Конструкции из дерева и пластмасс - Гаппоев М.М., Слуцкоухов Ю.В., Буданов В.Д.

Автор: Гаппоев М.М. Слуцкоухов Ю.В. Буданов В.Д.
Теги: сооружения и части сооружений по виду строительных материалов и методам возведения строительство строительные конструкции строительные материалы
Год: 1986
Похожие
Конструкция из дерева и пластмасс
Деревянные конструкции
Инженерные конструкции
Текст
                    КОНСТРУКЦИИ
ИЗ ДЕРЕВА
И ПЛАСТМАСС
Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоевж И. М. Гусь*
ков, 3. Б. Махутова, Б, А. Освенский, В. С. Сарычев,
Э. В. Филимонов
КОНСТРУКЦИИ
ИЗ ДЕРЕВА
И ПЛАСТМАСС
Под редакцией заслуженного деятеля науки :
и техники РСФСР д-ра техн, наук проф.
Г. Г. Карлсена и канд. техн, наук проф.
Ю. В. Слицкоухова
Издание 5-е, переработанное и дополненное
Допущено Министерством высшего и среднего специ-
ального образования СССР в качестве учебника для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по специальности
«Промышленное и гражданское строительство»
МОСКВА
СТРОЙИЗДАТ
1986
ББК 38.55
К 65
УДК [624.011.1 +624.011.78](075.8>
Рецензент—канд. техн, наук доц. А. Ю. Валенти-
навичюс (Вильнюсский инженерно-строительный институт).
Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб, для
К 65вузов/Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гап-
поев и др.; Под ред. Г. Г. Карлсена и Ю. В. Слиц-
коухова. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Строй-
издат, 1986. — 543 с., ил.
Рассмотрены физико-механические свойства строительной древеси-
ны и конструкционных пластмасс. Даны указания по защите деревян-
ных конструкций от возгорания и биологического поражения. Изложе-
ны основы проектирования, расчета и изготовления конструкций из
дерева и пластмасс с учетом требований новых нормативных докумен-
тов. Описаны конструктивные особенности сплошных, сквозных и про-
странственных деревянных конструкций.
Для студентов строительных вузов, обучающихся по специально-
сти «Промышленное и гражданское строительство».
3202000000—336	ББК 38.55+38.56
К----------------- 101—86
047(01)—86	6С4.05
© Стройиздат, 1975
© Стройиздат, 1986, с изменениями
ПРЕДИСЛОВИЕ
В решениях XXVII съезда КПСС указано на необхо-
димость применения в строительстве новых эффективных
материалов и облегченных конструкций, в том числе
клееных деревянных конструкций. Кроме того, обраще-
но внимание на то, что при проектировании и строитель-
стве следует уменьшать вес сооружения, а это возможно
при уточненном расчете конструкций и изготовлении их
из более легких материалов. Решению этих задач спо-
собствует развитие вопросов расчета конструкций на
устойчивость плоской формы деформирования, усиление
интереса к применению при небольших пролетах и на-
грузках дощатых конструкций из цельной древесины с
металлическими соединениями различного вида, уточне-
ние расчетных характеристик древесины с учетом ее
сортности; происходят также другие изменения в обла-
сти проектирования конструкций из дерева и с примене-
нием пластмасс.
С 1982—83 гг. в строительных вузах и факультетах
вступил в действие новый учебный план, с учетом кото-
рого была пересмотрена типовая программа курса «Кон-
струкции из дерева и пластмасс», для специальности
1202 «Промышленное и гражданское строительство».
Согласно этой программе конструкции и изделия с при-
менением пластмасс не выделяются в самостоятельный
раздел, как это было в 4-м издании, а рассматриваются
совместно с конструкциями из дерева. Вместе с тем в
связи с большими работами, которые ведутся в настоя-
щее время по реконструкции промышленных предприя-
тий, в это издание включен раздел «Основы эксплуата-
ции деревянных конструкций», где освещаются вопросы
усиления конструкций. Кроме того, с 1 января 1982 г.
введен в действие новый СНиП II-25-80 «Деревянные
конструкции. Нормы проектирования», материалы кото-
рого положены в основу учебника. Все это потребовало
переработки предыдущего издания.
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 расче-
та, конструирования и контроля качества конструкций
различных типов, умел обследовать состояние сооруже-
нии, рассчитывать и контролировать несущие и ограж-
дающие конструкции с учетом технологии пх изготовле-
ния.
Эта дисциплина непосредственно связана с курсами
«Металлические конструкции» и «Железобетонные кон-
струкции», а также и дополняет их в части особенностей
методов расчета и конструирования из материалов,
обладающих упругопластическими свойствами, анизо-
тропностью и т. п.
Во время работы над рукописью учебника скончался
заслуженный деятель науки и техники РСФСР, д-р. техн,
наук проф. Г. Г. Карлсен, в связи с чем общее редакти-
рование учебника выполнено проф. канд. техн. наук.
Ю. В. Слицкоуховым.
Работа над рукописью пятого издания учебника рас-
пределялась следующим образом: введение, разд. Ill,
кроме § 3.8, разд. V написаны проф. канд. техн, наук
Ю. В. Слицкоуховым; гл. 2 разд. I, § 3.7 гл. 3 и гл. 4
разд. IV, гл. 2 и 3 разд. VI — доц. канд. техн, наук
В. Д. Будановым; гл. 1, § 2.1 гл. 2, гл. 3, кроме § 3.7,
разд. IV и гл. 1 и 7 разд, VII — доц. канд. техн, наук
М. М. Гаппоевым; гл. 2, 3 разд. II, гл. 2—6 разд. VII и
разд. XI—доц. канд. техн, наук И. М. Гуськовым; гл. 1
разд. II и разд. X — доц. канд. техн, наук 3. Б. Махуто-
вой; гл. 1 разд. I, § 2.2 и 2.3 гл. 2 разд. IV, разд. VIII,
§2.2 гл. 2 и § 3.6 гл. 3 разд. IX — доц. канд. техн, наук
Б. А. Освенским; гл. 1 и 4—7 разд. VI, разд. XII — доц.
канд. техн, наук В. С. Сарычевым; гл. 1, гл. 2, кроме
§2.2; гл. 3, кроме § 3.6, гл. 4 и 5 разд. IX — доц. канд.
техн, паук Э. В. Филимоновым; § 3.8 разд. III написан
проф. д-ром техн, наук Ю. М. Ивановым, которому ав-
торский коллектив приносит искреннюю признатель-
ность.
Авторы выражают глубокую благодарность канд.
техн, наук А. Ю. Валентинавичюсу за ценные замечания,
сделанные им при рецензировании рукописи, которые
были учтены при работе над книгой.
ВВЕДЕНИЕ
§ 1. Краткий исторический обзор развития конструкций
из дерева и пластмасс
Деревянные конструкции. Дерево в качестве строи-
тельного материала применяется с древнейших времен.
Этому способствовало наличие лесов, легкость обработ-
ки и транспортировки деревянных элементов к месту
строительства. Кроме того древесина обладает хороши-
ми конструкционными качествами — значительной проч-
ностью и упругостью при сравнительно небольшой
массе.
С позиций диалектического материализма историче-
ское развитие деревянных конструкций как отрасли
строительной техники неизбежно связано с развитием
производства, а следовательно, и общества.
Применительно к нашей стране, в которой сосредото-
чены огромные лесные богатства, технико-экономическая
целесообразность деревянного строительства не вызыва-
ла сомнений. С давних пор применялись в строительстве
деревянные сооружения оборонительного, общественно-
го, хозяйственного, жилищного и других назначений.
Основной конструктивной формой бревенчатых соору-
жений стал сруб, который выполнялся из горизонтально
расположенных бревен, соединенных врубками, шипами
и другими видами соединений, что требовало большой
квалификации мастера. В строительстве сооружений,
выполняемых в виде сруба, русские мастера достигли
большого совершенства. На рис. 1 показаны основные
формы бревенчатых несущих конструкций в виде сруба.
Сочетанием этих основных форм в деревянном зодчестве
были созданы самобытные, выдающиеся по красоте
рубленые сооружения. Примерами таких сооружений яв-
ляются Успенский шатровый храм в Кондопоге высотой
42 м, построенный в 1774 г. (рис. 2). Четырехгранный
сруб (четверик) уширяется вверху с помощью повалов,
образующих защитный карниз, а затем переходит в руб-
леный также с повалами вверху восьмигранник (вось-
мерик). Покрытие выполнено в виде шатра с пологим
карнизом, называемым «полицей».
Еще более сложной является конструкция 22-главого
высотой 35 м Преображенского храма в Кижах на
Онежском озере, построенного в 1714 г. (рис. 3). В
1667—1681 гг. в с. Коломенском под Москвой для царя
Алексея Михайловича был построен деревянный рубле-
ный дворец. Строители дворца под руководством плот-
ничного старосты Петрова создали выдающийся образец
дворцового деревянного зодчества (рис. 4), объединяв-
ший в единую композицию многие основные формы, по-
казанные на рис. 1. Дворец называли восьмым чудом
света. Иностранцы, приезжавшие в Москву, восторга-
лись этой постройкой. Мастерство плотников того вре-
мени было очень высоким, о чем можно судить по вы-
сказыванию Жана Соважа1, который в 1586 г. путе-
шествовал по России. Он так характеризует оборони-
тельную ограду Архангельска: «Она составляет замок,
сооруженный из бревен, заостренных и перекрестных:
постройка его из бревен превосходна, нет ни гвоздей, ни
крючьев, но все так хорошо отделано, что нечего поху-
лить, хотя у строителей русских все орудия состоят в
1 Бернгард Таннел. Описание путешествия польского посольст-
ва в Москву в 1678 г. Изд. 1891 г,
6
Рис. 1. Основные формы бревенча-
та несущих конструкций из гори-
зонтально расположенных бревен
в виде сруба
для сген; а — прямоугольный сруб; б—
квадратный сруб (четверик); в — мно-
гоугольный сруб (восьмерик); для по-
крытий. а — двускатный сруб; д — че-
тырехскатиый сруб (палатка или епан-
ча); шатровый пирамидальный четырех,
гранный сруб; е — низкий	(кол-
пак); лс—высокий Л >1,56 (шатер);
з — многогранный шатер; и — килевид-
ный сруб (бочка); иа чертеже показа-
на также схема построения бочки; к—
кубоватое четырехгранное покрытие
(куб): л — кубоватое многогранное по-
Кры ГИС
Рис. 2. Успенский шатровый храм
в Кондопоге на берегу Онежского
озера
Рис. 3. Многоглавые храмы з Ки-
жах на Онежском озере
7
Рис. 4. Общий вид дворца в селе Коломенском (по старинной гра-
вюре)
одних топорах; но ни один архитектор не сделает луч-
ше, как они делают».
Можно было бы привести много других примеров
выдающихся образцов деревянного зодчества, характери-
зующих довольно длительный этап строительства из бре-
вен, преобладавший в России до XVIII в. Русские плот-
ники отличались не только конструкторским мастерст-
вом. Они владели искусством передовых методов строи-
тельства,. обеспечивающих высокие темпы возведения
сооружений. Доказательством этого служит строительст-
во крепости Свияжска, выполненное под руководством
Ивана Григорьевича Выродкова.
Все сооружения, куда входили: крепостные стены,
рубленые «тарасами», шириной 5 м и длиной около
3000 м, имевшие два ряда бойниц, семь стрельниц, семь
ворот и 18 башен; 370 домов; четыре лавки; две бани
с общим расходом древесины примерно 20 тыс. м3 бы-
ли зимой 1550—1551 гг. заготовлены и построены под
Москвой в районе Углича. После разметки все сооруже-
ния были разобраны, собраны в плоты, а затем по Вол-
ге сплавлены к устью р. Свияги, где в течение одного
месяца была возведена крепость.
В конце XVII в. появилась возможность вначале
ручной, а затем механической продольной распиловки
8
бревен, что способствовало созданию стержневых систем
в виде' брусчатых и дощатых конструкций. Однако для
их изготовления по-прежнему требовались высококвали-
фицированные мастера-плотники, так как соединения
элементов этих конструкций по длине и в узлах выпол-
нялись в виде сложных врубок. В это время были созда-
ны выдающиеся образцы деревянных конструкций, к
которым относятся, например:
построенный в 1736—1738 гг. архит. Иваном Кузьми-
чем Коробовым шпиль Адмиралтейства в Ленинграде,
сохраненный архит. Андреяном Дмитриевичем Захаро-
вым при перестройке башни в период 1806—1823 гг.
(рис. 5). Существующая и до настоящего времени дере-
вянная брусчатая конструкция шпиля имеет высоту
72 м;
деревянные фермы быв. Манежа в Москве пролетом
около 48 м, построенные в 1817 г. архит. А. А. Бетанку-
ром (рис. 6);
Останкинский дворец, построенный в 1792—1793 гг.
крепостным Назаровым;
железнодорожные девятипролетные мосты через
р. Мету с пролетами по 61 м (рис. 7) и через овраг
р. Веребьи с пролетами по 54 м при высоте над уровнем
воды 49 м на Петербурго-Московской (ныне Октябрь-
ской) железной дороге, спроектированные инж.
Д. И. Журавским и возведенные в 1842—1851 гг.
После Великой Октябрьской социалистической рево-
люции, когда в стране создавались станкостроительная,
авиационная, химическая и другие отрасли промышлен-
ности при малом еще производстве цемента и стали, пе-
ред строителями была поставлена задача создать новые
формы деревянных конструкций построечного изготов-
ления, не требующих квалифицированных плотников,
которых при резком увеличении объема строительства
было явно недостаточно.
Советскими инженерами-строителями такая задача
была решена. Были предложены и широко внедрены при
строительстве промышленных и общественных зданий и
сооружений так называемые дощато-гвоздевые конст-
рукции, где основным соединением деревянных элемен-
тов были гвозди, забивка которых не требовала от рабо-
чих высокой квалификации. В создании этих новых кон-
структивных форм принимали активное творческое учас-
тие профессора д-ра техн, наук В. Ф. Иванов, Г. Г. Карл-
9
Рис. 5. Конструкция шпиля
Адмиралтейства о Ленин-
граде (после перестройки
А. Д. Захарова)
Рис. 6. Стропильные фермы
бывшего манежа в Москве
Рис. 7. Железнодорожный
мост через р. Мету на быв.
Петерб урго-Московской
(ныне Октябрьской) желез-
ной дороге
сеп, В. В. Большаков, В. М. Коченов, М. Е. Каган,
Ю. М. Иванов, А. Б. Губенко, доценты канд. техн, наук
Г. В. Свенцицкий, Б. А. Освенский, Г. А. Цвингман,
К. П. Кашкаров и др.
Вслед за гвоздевыми конструкциями в 1932—1936 гг.
В. С. Деревягиным были предложены брусчатые конст-
рукции на пластинчатых нагелях в виде балок пролетом
до 6 м и ферм пролетом до 21—24 м (рис. 8),
10
Формы дощато-гвоздевых конструкций были весьма
разнообразными. Они применялись как в виде плоскост-
ных конструкций: сплошных — балки, арки, рамы (рис.
9) и сквозных — балочные и арочные фермы сегментного
очертания (рис. 10), так и пространственных конструк-
ций в виде сводов-оболочек (рис. 11), складок, куполов,
башен-градирен (рис. 12), башен-оболочек и др. Пере-
крываемые ими пролеты доходили до 100 м, а автодо-
рожные мосты имели пролеты размером 45—55 м. Один
из мостов комбинированной системы, состоящий из гиб-
кой арки и фермы жесткости с тремя пролетами по 44 и
каждый, показан на рис. 13.
И
Рис. 8. Металлодеревянная ферма системы В. С. Деревягина проле-
том 18 м в покрытии здания рынка
Мосты комбинированной системы обладают тем до-
стоинством, что их пролетные строения можно собрать
на берегу, а затем перевезти на понтонах к месту уста-
новки на опоры. Такая перевозка, осуществленная в
1944 г. при строительстве моста через Днепр, видна на
рис. 14,
После Великой Отечественной войны 1941 —1945 гг.
все силы страны были направлены на восстановление в
первую очередь разрушенных заводов тяжелой промыш-
ленности с кранами большой грузоподъемности, где пре-
обладали металлические несущие конструкции, а нес-
колько позднее с 1954—1955 гг. началось массовое
многоэтажное жилищное строительство. Оно решалось
на основе крупных железобетонных элементов заводско-
го изготовления. Все это резко сократило объем деревян-
ного строительства в нашей стране. Изменились также
требования к строительству.
Вместо конструктивных форм построечного изготовле-
ния потребовались конструкции заводского изготовления.
Решение, принятое на XXV съезде КПСС о применении
деревянных конструкций, способствовало развитию де-
ревянных конструкций нового типа—клееных и клеефа-
нерных, чему значительно содействовали достижения в
химической промышленности. Были разработаны водо-
12
Рис. 9. Рамы дощато-гвоздевые с перекрестной стенкой, построенные
в Москве в '1926—1926 гг.
стойкие прочные синтетические клеи — фенолформальде-
гидный, резорциновый и др.
В настоящее время в Советском Союзе работает
около 20 заводов по производству деревянных клееных
конструкций. Они изготовляют трехслойные панели 3 и
6 м, балки пролетом до 18 м, распорные системы тре-
угольного очертания пролетом 12—18 м, арки от 15 до
13
Рис. 10. Деревянная ферма сегментного очертания пролетом 24,5 м
с соединениями на гвоздях
Рис. 11. Ребристый свод-оболочка пролетом 100 м, построенный в
1936 г. под Москвой
60 м и рамы 12—24 м. За последнее время из клееных
элементов были построены: склады минеральных удобре-
ний пролетом 45 м в Солигорске и Березниковском рай-
оне (рис. 15); Дворец спорта профсоюзов в Архангель-
14
Рис. 12. Градирня в виде тонкостенной башни-оболочки высотой
22 м, построенная в 1932 г.
Рис. 13. Автодорожный мост через р. Медведицу с фермами комби-
нированной системы пролетом до 44 м. Спроектирован и построен
в 1934 г. Л. А. Кондратьевым
ске, с покрытием арками пролетом 63 м (рис. 16); кры-
тый каток в Калинине пролетом 56,7 м (рис. 17); легко-
атлетический манеж спортивного общества «Трудовые
резервы» в Минске пролетом 50 м (рис. 18).
15
Рас. 14. Перевозка на понтонах к месту установки деревянного про-
летного строения с фермами комбинированной системы пролетом
61.д м
Кроме того, были возведены некоторые другие круп-
ные объекты, а также значительное количество производ-
ственных зданий сельскохозяйственного назначения и по-
крытия промышленных зданий. В ряде организаций п ву-
зов страны — ЦНИИСК, СоюздорНИИ, МИСИ, ЛИСИ,
ВИА, НИСИ — проводятся исследования клеефанерных
конструкций с использованием бакелизировэнной фане-
ры, фанерных профилей и фанерных труб. Одним из ос-
новных условий экономической эффективности примене-
ния древесины в капитальном строительстве является
увеличение срока службы деревянных конструкций, по-
этому научной разработке проблемы долговечности де-
ревянных конструкций уделяется большое внимание.
Много работают в этом направлении сотрудники отде-
ла деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Куче-
ренко под руководством проф. д-ра техн, наук Ю.М. Ива-
нова. Кроме того, в Солнечногорске Московской обла-
сти находится лаборатория, ведущая работы по защи-
те деревянных конструкций от биологического разру-
шения, руководимая проф. д-ром техн, наук М. М.. Гор-
шины м.
Конструкции с применением пластмасс. В отличие от
дерева, природного материала, столетиями используемо-
го в строительных конструкциях, пластмассы и другие
16
синтетические полимерные материалы начали применять
в строительстве лишь несколько десятилетий тому назад.
Развитие коксохимической промышленности и теоре-
тической химии привело в начале XX в. к возникновению
промышленного производства синтетических высокомо-
лекулярных соединений — смол. Для развития химии по-
лимеров огромное значение имели работы творца теории
строения органических веществ А. М. Бутлерова (1828—
1886 гг.), положившего начало исследованиям процессов
синтеза высокомолекулярных соединений путем полиме-
ризации и поликонденсации.
Начиная с 30-х годов XX в. количество синтетичес-
ких смол и пластмасс, выпускаемых химической промыш-
ленностью СССР и зарубежных стран, значительно рас-
ширилось. Пластмассы и смолы стали применять в раз-
личных отраслях промышленности, чему способствовал
ряд их достоинств — высокая прочность при относитель-
но малом собственном весе, стойкость в агрессивной хи-
мической среде и в отношении гниения. В СССР органи-
зовано производство конструкционных пластмасс (раз-
личных видов стеклопластиков, древесно-слоистых пла-
стиков и других, а также изделий из них, используемых
и строительстве) и пластмасс (пенопластов, сотопластов
п др.) для среднего слоя трехслойных конструкций, вы-
полняющего функции теплоизоляции.
Новым, прогрессивным видом конструкций из пласт-
масс при возведении сборно-разборных построек (склад-
ских, спортивных, зрелищных н др.) являются пневмати-
ческие конструкции, состоящие из воздухонепроницае-
мых оболочек из прорезиненной ткани или армированной
пленки, внутри которых поддерживается постоянное
избыточное давление воздуха. Пневматические конст-
рукции получили за последние годы распространение за
рубежом и осуществлены в нашей стране. Эксперимен-
тальное строительство с применением пластмасс сопро-
вождалось исследованиями их физико-механических
свойств, разработкой конструкций, методов расчета И
технологии их изготовления.
В историческом обзоре развития деревянных конст-
рукций, даже очень кратком, нельзя не упомянуть о
творческих работах И. П. Кулибина, Д. И. Журавского и
Ь. Г. Шухова, внесших огромный вклад не только в об-
ласть инженерных конструкций, в том числе и деревян-
ных, но также в теорию их расчета.
2—423
Рис. 15. Склад минеральных удобрений 4-го Березниковского района
Рис. 15. Дворец спорта профсоюзов в Архангельске (внутренний вид)
18
Рис. 17. Монтам: крытого катка а Калинине
Рис. 18. Деревянные конструкции покрытия легкоатлетического ма-
нежа спортивного общества «Трудовые резервы* в Минске
2*
19
Рис. 19. Схемы зарубежных конструкций мостов, существовавших в
период жизни И. П. Кулибина
а —система Файолэ; б — мост братьев Грубенман; в —тип немецких и швей-
царских мостов конца XVIII — начала XIX вв.
Иван Петрович Кулибин (1735—1818 гг.) Отличи-
тельной особенностью работ И. П. Кулибина является
использование при проектировании сооружения экспери-
ментальных методов, что нашло свое яркое подтвержде-
ние при разработке проекта моста через Неву пролетом
298 м. Зарубежные конструкции мостов, которые приме-
нялись в XVIII в., характеризовались неясностью в рас-
пределении усилий, наличием лишних стержней, гро-
моздкостью н большой трудоемкостью при возведении,
требующими в связи с большим количеством сложных
врубок высокого индивидуального мастерства плотников.
.Типичные примеры таких систем даны на рис. 19, а, б, в.
Вопреки таким нерациональным системам И. П. Ку-
20
либин впервые предложил комбинированную систему,
которая состоит из гибкой арки, воспринимающей в ос-
новном собственный вес моста, и жесткой бесшарнирной
арочной фермы, несущей временную подвижную нагруз-
ку. Применение арки жесткости уменьшило усилия в
раскосах по сравнению с балкой жесткости. Мост, спро-
ектированный И. П. Кулибиным, состоял из брусчатых
комбинированных систем, соединенных в коробчатое се-
чение решетчатыми связями (рис. 20).
Выбор И. П. Кулибиным комбинированной системы,
оптимальной для конструкций больших пролетов, в со-
четании с выгодной для дерева работой на сжатие,
обеспечил простое решение стыков лобовым упором. Та-
кое решение остается рациональным с точки зрения н
современных принципов проектирования. И. П. Кулибин
сконструировал «испытательную машину» (рис. 21), на
которой определял зависимость величины распора от от-
ношения высоты арки к пролету. Интересно отметить,
что имитирующая арку распорная система треугольного
очертания имела переменное по высоте сечение. Пере-
менность сечения учитывала изменение нагрузки от соб-
ственного веса по длине проекции, что связано с переме-
ной угла наклона и разной длиной криволинейной арки
на 1 пог. м проекции.
То же самое им было учтено при определении очерта-
ния гибкой арки, которая была принята по кривой дав-
ления от постоянной нагрузки. Для этого к закреплен-
ной горизонтально бечеве длиной около 30 м было при-
креплено пятьдесят грузов (рис. 22). Величина грузов
по соображениям, отмеченным выше, уменьшалась от
опор к середине арки. Очертание прогиба бечевы под
нагрузкой наносилось на щит. После поворота щита на
180° линия прогиба явилась кривой очертания оси арки.
Таким образом Кулибин впервые применил свойство ве-
ревочного многоугольника для построения арки по кри-
вой давления задолго до разработки этой теории Ламэ
и Клапейроном, которая была ими дана только в 1823 г.,
уже после смерти И. П. Кулибина.
Ранее отмечалось, что, применив в системе моста ар-
ку жесткости, И. П. Кулибин добился использования
свойства древесины хорошо работать на сжатие, а также
уменьшения усилия в элементах решетки. Однако это
уменьшение еще не могло обеспечить прикрепления ре-
шетки к поясам с помощью болтов. Резкое снижение
21
К5

Боковой план
Рис. 20. Схема конструкции моста через Неву, спроектированного И. П. Кулибиным в виде комбинированной
многорешетчатой системы
Рис. 21. Испытательная машина И. П. Кулибина для определения
распора арки
Рис. 22. Использование И. П. Кулибиным свойств веревочного мно-
гоугольника для определения очертания оси арки (вес грузов в зо-
лотниках)
усилий получено И. П. Кулибиным благодаря уменьше-
нию расстояния между узлами арочной фермы примене-
нием впервые многорешетчатой системы раскосов. Об-
щий вид моста показан на рис. 23. Как известно, мост
через Неву не был построен. Однако для проверки его
конструкции была построена модель моста в */ю его на-
туральной величины. Модель моста сама являлась солид-
ным сооружением, имеющим пролет около 30 м. При
строительстве модели моста И. П. Кулибин соответствен-
но изменению пролета назначал различные поперечные
сечения элементов.
Таким образом, И. П. Кулибиным по-существу впер-
вые была разработана теория испытания моста на моде-
23
Рис. 23. Общий вес моста И. П. Кулибина через Неву пролетом
298 м (по старинной гравюре)
ли и созданы принципы моделирования конструкций. Это
положение подтверждается следующей заметкой, напе-
чатанной в номере 12 «Санкт-Петербургских ведомос-
тей» за 1777 г.: «Господин Кулибин в 1773 году дошел
сам собою до тех правил, чтоб узнавать по модели, мо-
жет ли настоящий мост снести собственную свою тя-
гость и сколько может понести постороннего грузу. Сии
правила совершенно сходны с теми, кои после произвел
из механических оснований славный господин Ейлер,
здешний академик, и кои напечатаны были в календаре
с наставлениями за 1776 год и внесены в Академичес-
кие комментарии».
Испытание модели моста проводилось комиссией Пе-
тербургской Академии наук в присутствии известного
ученого академика Леонарда Эйлера. Комиссия пол-
ностью одобрила работу И. П. Кулибина.
Идеи И. П. Кулибина, заложенные в проекте моста
через Неву, составили основу многих систем инженерных
конструкций как в дереве, так и в металле, которые по-
явились в строительстве позже. Так, например, можно
назвать широко применявшиеся мосты многорешетчатой
системы, в том числе металлические старые Крымский и
Б. Краснохолмский мосты в Москве, деревянные фермы
Тауна, балки, арки и рамы с перекрестной стенкой на
гвоздях, своды-оболочки, складки и др.
И. П. Кулибин предложил использовать многорешет-
24
Рис. 24. Конструкция деревянного арочного покрытия здания проле-
том 136 м, предложенная И. П. Кулибиным.
чатую конструкцию для большепролетных покрытий
зданий и спроектировал арочное покрытие пролетом
136 м (рис. 24). Он считал рациональным воспринимать
распор арок не мощными каменными контрфорсами, а
затяжкой. Выдающийся ученый и крупнейший инженер
Д. И. Журавский, с именем которого связано дальней-
шее развитие инженерного конструкторского искусства,
в том числе и деревянного, прекрасно понимал передовое
значение работ И. П. Кулибина и высоко оценивал их.
Им дана такая характеристика работе Кулибина по про-
екту моста через Неву: «На ней печать гения; она по-
строена по системе, признаваемой новейшею наукою са-
мою рациональною; мост поддерживает арка, изгиб ее
предупреждает раскосная система, которая по неизвест-
ности того, что делается в России, называется американ-
ской».1
Дмитрий Иванович Журавский (1821 —1891 гг.) Ин-
женер путей сообщения Д. И. Журавский принимал не-
посредственное участие в строительстве Петербурго-Мос-
ковского (ныне Октябрьского) железнодорожного пути.
Им были спроектированы крупнейшие железнодорожные
деревянные мосты: через р. Мету — девятипролетный
1 А. Ершов. О значении механического искусства и о состоянии
его в России, «Вестник промышленности», № 3, 1859,
25
мост по 61 м каждый пролет, через овраг р. Веребьи—
также девятипролетный с неразрезными деревянными
фермами каждая по 54 м. Этот мост имел выше уровня
воды деревянную конструкцию опор высотой 49 м.
Д. И. Журавский не только проектировал, но и руково-
дил строительством моста через овраг р. Веребьи. При
строительстве этих мостов их элементы антисептирова-
лись глубокой пропиткой под давлением. В связи с от-
сутствием в то время физико-механических характерис-
тик сосны и ели, произрастающих в России, Д. И. Жу-
равскому пришлось проделать огромную работу по
изучению прочности этих пород. В результате им были
созданы первые научно обоснованные допускаемые на-
пряжения, которые легли в основу расчета деревянных
мостов.
Талантливому инженеру и крупному ученому
Д. И. Журавскому принадлежат решения задач, которые
до него оставались неизвестными. Занимаясь проектиро-
ванием мостов, он столкнулся с необходимостью в целях
увеличения высоты сечения балок применять их состав-
ными из брусьев, соединенных шпонками. Такне состав-
ные балки потребовали расчета шпонок, и Д. И. Журав-
ский, решая этот вопрос, вскрыл ранее неизвестное явле-
ние сдвига при поперечном изгибе, которое приводило
деревянные элементы к разрушению от скалывания. Им
впервые получена формула для определения касательных
напряжений в брусе прямоугольного сечения и, следова-
тельно, дан метод расчета составной деревянной брусча-
той балки с соединением шпонками.
Д. И. Журавским была проведена большая работа по
созданию метода расчета запатентованной в 1940 г. в
Америке и широко применяемой фермы Гау (рис. 25).
В то время считалось, что усилия во всех раскосах, так
же как и усилия во всех стойках, одинаковы. Д. И. Жу-
равский сначала теоретически доказал, что усилия в
элементах решетки уменьшаются от опор к середине
фермы, а при передвижении сосредоточенного груза по
ферме могут даже менять в элементах сжимающие уси-
лия на растягивающие, а затем подтвердил это положе-
ние экспериментально. Для этого им была выполнена
модель фермы, в которой растянутые стойки были из
струн, натянутых с одинаковой силой, и поэтому изда-
вавших один и тот же тон. После нагружения модели
можно было, проводя по струнам смычком, обнаружить,
26
Рис. 25. Схема фермы Гау
что теперь уже они издают различный тон и, следова-
тельно, имеют различные усилия.
Исследуя величину усилий в элементах фермы от еди-
ничного сосредоточенного груза, перемещаемого от од-
ного узла к другому, Д. И. Журавский высказал идею
линий влияния. Им, по-существу, был создан впервые в
истории метод расчета ферм, в том числе и неразрезных,
в основе которого использована идея вырезания узлов и
составления условий равновесия, причем использован
этот метод в 1845 г.— иа шесть лет ранее Кульмана,
статья которого о расчете ферм была опубликована толь-
ко в 1851 г. Наконец, Д. И. Журавскому принадлежит
приоритет применения метода деформаций при решении
статически неопределимых задач. Этим методом он поль-
зовался задолго до Винклера, который предложил его в
1862 г. Таким образом, творческая научная и практиче-
ская деятельность Д. И. Журавского дает полное право
считать его одним из основоположников русской школы
инженерных деревянных конструкций.
Владимир Григорьевич Шухов (1853—1939 гг).—
почетный член Академии наук СССР, выдающийся уче-
ный, который внес большой вклад в создание инженер-
ных строительных конструкций новых видов. В конце
XIX в. В. Г. Шухов выдвинул идею создания легких,
экономичных пространственных конструкций, которую он
Осуществил в 1896 г. на Всероссийской художественно-
промышленной выставке в Нижнем Новгороде (ныне
Горький). Им там были построены деревянные сводча-
тые покрытия павильонов пролетом до 21,3 м. Они со-
стояли из трех слоев взаимно перекрещивающихся до-
сок толщиной 12,7 мм каждый, которые были соедине-
ны между собой гвоздями. Распор свода воспринимался
затяжкой, а его устойчивость обеспечивалась наклонны-
ми тяжами. В этих сводах доски выполняли функции как
несущей, так и ограждающей конструкции (рис. 26).
Позже подобные конструктивные формы выполнялись в
виде деревянных сооружений, таких, например, как двой-
ные гнутые своды, кружально-сетчатые своды с узлами
на шипах (рис. 27), башни-градирни в виде однополого
гиперболоида (рис. 28) и др. В. Г. Шухову принадлежит
27
математическое обоснование целесообразности примене-
ния ферм с криволинейным верхним поясом. Широкое
применение в строительстве начиная с 30-х годов нашли
фермы сегментного очертания, особенностью которых яв-
ляются малые усилия в элементах решетки, что позволя-
ло все соединения в узлах выполнять гвоздями.
28
рас. 26. Схема пространствен-
ного сводчатого деревянного
покрытия В. Г. Шухова
„ _ разрез; б — план; в — деталь
Олорного узла А: / — металлические
наклонные тяжи; 2 — слой досок
средний; 3 — то же, нижний; -/—то
верхний
рис 27. Конструкция покрытия
павильона в виде крестовых
Крцжально-сетчатых сводов с
узлами на шипах (Песельника)
Рис. 28. Сетчатая башпя-гра-
дчрня системы В. Г. Шухова
высотой 35,7 м, построенная в
1938 г. е Орске
§ 2. Дальнейшее развитие конструкций из дерева
и пластмасс и основные области их применения в СССР
Деревянные конструкции. Соответствие конструктив-
ных форм уровню развития производительных сил зако-
номерно для всех этапов развития деревянных конст-
рукций. В соответствии с этой закономерностью и реше-
ниями XXVII съезда КПСС, обязывающими повысить
уровень индустриализации строительства, увеличить сте-
пень заводской готовности строительных конструкций,
индустриализация производства является основным
методом их прогрессивного развития. Технико-экономиче-
ской предпосылкой индустриализации являются типиза-
ция и стандартизация деревянных конструкций. Вместе
с тем комплексная механизация и автоматизация позво-
ляют успешно решить народнохозяйственную задачу
всемерной экономии древесины. При этом используются
три пути экономии древесины:
индустриализация производства деревянных конст-
рукций, и прежде всего клееных, сводящая к минимуму
Потери древесины при ее заготовке и обработке и позво-
ляющая в то же время наиболее полно использовать от-
29
ходы для изготовления древесных плит и облицовочных
материалов;
индустриальное производство прогрессивных форм
клееных и, в частности, клеефанерных конструкций из
унифицированных элементов позволяет целесообразно
отбирать, а следовательно и наиболее экономично ис-
пользовать лесоматериалы различных сортов;
индустриальное производство из высушенного лесома-
териала и применение необходимых конструктивных и
химических мероприятий по защите древесины от гние-
ния и пожарной опасности создает условия для сущест-
венного повышения капитальности деревянных конст-
рукций.
Ценные строительные свойства древесины определя-
ют и области ее эффективного использования. Малая
плотность сухой древесины при сравнительно большой
прочности и жесткости ее (вдоль волокон) делает целе-
сообразным применение деревянных конструкций в по-
крытиях общественных, промышленных и сельскохозяй-
ственных зданий, поскольку в них наряду с наиболее
полным использованием лучших конструкционных
свойств сухой древесины легче всего осуществить кон-
структивные меры борьбы с гниением. В ограждающих
частях отапливаемых зданий при этом хорошо использу-
ется малая теплопроводность сухой древесины поперек
волокон. Химическая стойкость сухой древесины оправ-
дывает преимущественное применение безметальных и
особенно клееных деревянных конструкций для покры-
тия сухих химических цехов и складов. Применение де-
ревянных конструкций целесообразно в однопролетных
покрытиях одноэтажных зданий (мастерских, зрелищ-
ных зданиях на селе, выставочных павильонах, крытых
спортивных стадионах и т. п.), а также в сельских про-
изводственных и складских зданиях, навесах и пр.
Разработанные советскими и зарубежными учеными
новые высокоэффективные способы защиты древесины от
гниения позволяют применять деревянные конструкции и
в сооружениях, не защищенных от атмосферного ув-
лажнения— в мостах и эстакадах, мачтах и башнях раз-
личного назначения.
Доступность заготовки и первичной обработки древе-
сины местных лесов с применением подвижных средств
механизации и возможность сборки и возведения дере-
вянных конструкций в любое время года, а также эф-
30
фективность повторного использования легких, транс-
портабельных деревянных блоков и клеефанерных щитов
дЛя сборно-разборных деревянных конструкций опреде-
ляют целесообразность их применения во временных и
вспомогательных сооружениях и легких зданиях инвен-
тарного типа, использование которых особенно эффек-
тивно в условиях Крайнего Севера и в других необжи-
тых районах страны.
Конструкции из различных материалов — дерева, ме-
талла, железобетона — должны не противопоставляться
друг Другу, а применяться в сочетаниях, обеспечиваю-
щих наиболее эффективное использование в строитель-
стве свойств, присущих каждому из материалов.
Дальнейшее прогрессивное развитие производствен-
ной базы заводского изготовления деревянных строи-
тельных конструкций должно быть ориентировано на по-
вышение их эксплуатационных качеств и капитальности,
на ускорение темпов строительства и повышение произ-
водительности труда не только в процессе заводского
изготовления укрупненных элементов сборных сооруже-
ний, но и при их монтаже.
Конструкции с применением пластмасс. Применение
пластмасс в строительных конструкциях при увеличении
выпуска пластических масс и синтетических смол раци-
онально с технической и экономической точек зрения в
случаях, когда необходимо:
а)	уменьшить вес конструкций;
б)	сократить объем транспортных и монтажных ра-
бот (при строительстве в отдаленных и труднодоступ-
ных районах);
в)	уменьшить мощность подъемно-транспортного
оборудования;
г)	повысить надежность зданий и сооружений;
д)	применить безиетальные конструкции (в условиях
воздействия агрессивной среды, а также когда требуется
исключить влияние магнитных свойств строительных кон-
струкций и возможность искрообразования).
Важной задачей дальнейшего развития в СССР стро-
ительных конструкций с применением пластмасс являет-
ся продолжение исследований физических и механичес-
ких свойств конструкционных пластмасс с целью их
улучшения — повышения долговечности (защиты от ста-
рения), прочности и деформативности, теплостойкости и
огнестойкости, уменьшения ползучести и т. д.
31
Целесообразными с технической и экономической то-
чек зрения конструктивными формами применения пласт-
масс в ближайшие годы будут панели стен и малопро-
летных покрытий, пространственные конструкции из
сборных элементов, в том числе в светопрозрачных реше-
ниях. Нередко бывает оправдано комплексное решение
трехслойных панелей и плит из пластмасс в сочетании с
другими материалами (для обшивок) — фанерой, асбес-
тоцементом и т. п. Широкое применение найдут пневма-
тические конструкции, позволяющие перекрывать проле-
ты более 100 м при малом расходе синтетических мате-
риалов.
Необходимо продолжать экспериментальное проекти-
рование н строительство объектов с применением конст-
рукций перечисленных видов, налаживать и развивать
заводское производство конструкций с использованием
пластмасс, работать над их типизацией и стандартиза-
цией.
РАЗДЕЛ I. ДРЕВЕСИНА И ПЛАСТМАССЫ
КАК КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ, ИХ СВОЙСТВА, ДОСТОИНСТВА
И НЕДОСТАТКИ
ГЛАВА 1. ДРЕВЕСИНА — КОНСТРУКЦИОННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ
§ 1.1.	Сырьевая база применения древесины
в строительстве
Советский Союз — самая богатая лесом страна в ми-
ре, запасы древесины в которой определяются примерно
80 млрд, м3, что составляет около 40 % мировых запа-
сов. Основные лесные ресурсы СССР сосредоточены в
Сибири и на Дальнем Востоке, занимая 73 % всей пло-
щади лесов СССР. Преобладающими породами являют-
ся хвойные: лиственница 37 %, сосна 19, ель и пихта 20,
кедр 8 %. Запасы березы, являющейся основным сырьем
для фанерной промышленности, составляют около 13 %.
Для выполнения целевой комплексной программы
увеличения выпуска пластмасс, клееных деревянных
конструкций, древесных плит, картона и других видов
продукции химической, деревообрабатывающей и целлю-
лозно-бумажной промышленности необходимо упорно и'
настойчиво заниматься ускорением научно-технического
прогресса.
В строительную практику все шире внедряются про-
грессивные деревянные конструкции заводского изготов-
ления; должно существенно возрасти использование от-
ходов лесной и деревообрабатывающей промышленнос-
ти. Ответственная роль в выполнении этой задачи при-
надлежит проектировщикам-конструкторам.
*
§ 1.2.	Анатомическое строение древесины — основа
для правильного понимания ее механических
и физических свойств
Деревянные строительные конструкции в основном
изготавливаются из древесины хвойных пород (сосна,
ель, лиственница), поэтому ограничимся рассмотрением
анатомического строения древесины хвойных пород, ко-
3-423	33
Рис. /J, Главные разрез# стась
ла
П — поперечный; Р — радиальный}
Т — тангенциальный
торая отличается от древесины лиственных пород прос-
тотой и однообразием структуры.
На поперечном сечении ствола дерева различают
следующие части (рис. 1.1): под корой расположен тон-
кий слой камбия, отлагающего древесину и работающего
с различной интенсивностью, так как деятельность его
зависит и от внешних условий. Камбиальной зоной обыч-
но называют слой камбия вместе с молодыми, еще не
дифференцированными элементами древесины. В расту-
щем дереве камбий обусловливает прирост древесины и
коры. В центре сечения ствола расположена сердцевина,
имеющая форму небольшого круглого пятнышка диа-
метром 2—5 мм.
Вся основная древесина, расположенная между то-
неньким слоем камбия и сердцевиной, состоит из двух
частей, немного отличающихся одни от других цветовы-
ми оттенками — внутренняя зона, более темная, называ-
ется ядром, а более светлая заболонью. С возрастом
размеры ядра увеличиваются за счет перехода части за-
болонной древесины в ядровую, а ширина заболони по-
степенно уменьшается. В то же время процент площади
поперечного сечения ствола, приходящийся на заболонь,
увеличивается с переходом вверх по стволу.
На поперечном сечеиии ствола можно увидеть кон-
центрические слои, окружающие ' сердцевину.  Каждое
такое кольцо представляет собой ежегодный прирост
древесины и называется годичным слоем. Ширина годич-
ных слоев колеблется в зависимости от возраста, поро-
ды, условий произрастания и положения в стволе.
Древесина состоит из клеток двух видов — прозеи-
химных й паренхимных. Прозенхима происходит от гре-
S4
ческих слов «проз»—«удлиненное» и «енхима»—напол-
ненное, а паренхима от латинского слова «пар»—«одина-
ковый» и от греческого слова «енхима». Паренхимные
клетки имеют примерно одинаковые размеры во всех
трех осевых направлениях; Китрозенхимньн* клеткам, от-
носятся трахеиды — полые клетки, сильно вытянутые в
длину с заостренными концами. Среднее отношение дли-
ны этих клеток к их размерам в поперечном сечении при-
близительно равно 50—60.
Установлено, что в 1 см3 древесины приблизительно
размещается 420000 трахеид. Основными элементами
древесины хвойных пород являются трахеиды, которые
занимают свыше 90 % общего объема древесины.
Паренхимные клетки в хвойной древесине входят в
состав сердцевинных лучей. В растущем дереве по серд-
цевинным лучам происходит движение питательных ве-
ществ и воды в горизонтальном направлении в период
вегетации, а в период покоя в них хранятся запасные
питательные вещества. В процессе роста трахеиды свои-
ми заостренными концами врастают между другими ана-
томическими элементами или себе подобными элемен-
тами.
Таким образом, стыкование трахеид в продольном
направлении, решаемое природой, является подсказкой
решения стыка в растянутых клееных элементах с по-
мощью так называемого стыка «на ус».
Трахеиды хвойных пород выполняют не только свой-
ственные им. проводящие функции, но и механические.
Трахеиды ранней части годичного слоя (рис. 1.2, а) об-
ладают тонкими стенками и большими внутренними по-
лостями, а трахеиды поздней части годичного слоя име-
ют более толстые стенки и малые полости (рис. 1.2,6).
Резкость перехода между ранней и поздней древесиной в
пределах одного годичного слоя неодинакова у разных
представителей хвойных пород (у лиственницы — рез-
кий, а у сосны менее резкий). Но даже при таком замет-
ном переходе как у лиственницы можно установить про-
межуточные ряды клеток, которые нельзя отнести по их
форме ни к ранней; ни к поздней древесине. На (рис.
1.3) показана объемная схема микроскопического строе-
ния сосны.
На основе современных исследований установлено,
что стенки клеток трахеид представляют собой слоистую
оболочку (рис. 1.4). В стенке каждой нормальной тра-
3*
35
Рис. 1.2. Поперечное сечение
ранних, и поздних трахеид сос-
ны
Рис. 1.3. Схема микроскопиче-
ского строения древесины сос-
ны
ТР —трахеиды; о. п. — окаймлен-
ные поры; в. с. к, — вертикальный
смоляной ход; с. л. — сердцевинный
луч; г. с. — годичный слой; р. д. —
ранняя {весенняя) древесина; п д.—
поздняя (летняя) древесина
Рис. 1.4. Схема строения обо-
лочки трахеид
хеиды различают: тонкую первичную оболочку Р, значи-
тельно более толстую вторичную оболочку 3, состоя-
щую из наружного слоя Si, среднего слоя S? и внутренне-
го слоя Зз. Трахеиды связаны между собой аморфным
межклеточным веществом срединной пластинки ЛТ, ок-
ружающей каждую клетку (рис. 1.4). Каждый слой обо-
лочки трахеид состоит из микрофибрилл, основой кото-
Рис. 1.5. Микрофибриллы во
вторичном слое S растения ва-
лония> увеличенные в 12000
раз (по данным К. Мюлет-
галера )
Рис. 1.6. Поперечное сечение
ранних и поздних трахеид
лиственницы
37
рых, является кристаллическая целлюлоза, инкрустиро-
ванная матриксом аморфных или паракрйст'аллических
полимеров, стабилизирующих структуру микрофибрилл.
В составе стенки клетки особую роль играет лигнии.
Если высокая прочность при растяжении обеспечивает-
ся в основном целлюлозными микрофибриллами, то лиг-
нии придает оболочке прочность на сжатие. Невольно
возникает аналогия между микрофибриллами и армату-
рой, а также между лигнином и бетоном.
Микрофибриллы ориентированы различно в слоях Р,
Si, S2 и S3. В слое Р они преимущественно располагают-
ся поперек оси трахеид, а в слоях Si, S2 и S3 по спирали
под разными углами (рис. 1.5). Все слои стенок трахеид
отличаются одни от других не только углами наклона
микрофибрилл по отношению к продольной оси клеток,
но и толщиной, которая для отдельных слоев, как и у
всей толщины стенки клетки, неодинакова для различ-
ных пород древесины (рис. 1.2 и 1.6). Изменчивость так-
же наблюдается в пределах одного вида дерева, что мо-
жет быть следствием различия условий произрастания.
От толщины стенок клеток зависит плотность древесины.
Исследования В. Е. Вихрова показали, что у поздних
трахеид вторичная оболочка и срединная пластинка
вдвое толще, чем у ранних. Однако соотношение между
слагающими клеточную стенку оболочками в обоих слу-
чаях одинаково. Целлюлозные микрофибриллы обычно
представляют собой тяжи шириной 10—25 нм (послед-
няя величина является максимальной).
В древесине хвойных пород из паренхимных клеток
состоят в основном многочисленные сердцевинные лучи
(см. рис. 1.3). Они узкие, преимущественно однорядные,
но среди них встречаются и многорядные лучи со смоля-
ным горизонтальным ходом посредине. У сосны, ели и
лиственницы кроме паренхимных клеток лучи содержат
трахеиды.
Только на основе глубокого анализа микро- и субмик-
роструктуры древесины можно раскрыть действительный
характер и особенности механических свойств древеси-
ны как материала для строительных конструкций.
§ 1.3.	Влага в древесине
Различают Два вида влаги, содержащейся в древеси-
не,— связанную (гигроскопическую) и свободную (ка-
38
пиллярную). Связанная влага находится в толще клеточ-
ных оболочек, а свободная в полостях клеток и в меж-
клеточных пространствах. Кроме свободной и связанной
влаги различают влагу, входящую в химический состав
веществ, которые образуют древесину (химически свя-
занная влага). Эта влага имеет значение только при хи-
мической переработке древесины.
Максимальное количество связанной влаги называет-
ся пределом гигроскопичности илн пределом насыщения
волокон древесины и составляет 30 %. Дальнейшее, уве-
личение влажности может происходить только за счет
свободной влаги, т. е. путем заполнения пустот в древе-
cijhe. При изменении влажности от нуля до предела на-
сыщения клеточных оболочек объем древесины увеличи-
вается (разбухает), а снижение влажности в этих пре-
делах уменьшает его размеры (усушка). Чем плотнее
древесина, тем больше ее разбухание и усушка. Соответ-
ственно различны разбухание и усушка у поздней, более
плотной, и у ранней древесины.
Установлено, что линейная усушка вдоль волокон, в
радиальном и тангенциальном направлениях существен-
но различаются. Усушка вдоль волокон древесины обыч-
но так мала, что ею пренебрегают, усушка в радиальном
направлении колеблется в пределах 2—8,5%, а в тан-
генциальном направлении 2,2—14%. Следствием такой
неравномерности усушки является коробление досок при
высыхании (рис. 1.7). При увеличении влажности свыше
точки насыщения волокон, когда влага занимает полос-
ти клеток древесины, дальнейшего разбухания не проис-
ходит.
39
Процесс высыхания древесины состоит из испарения
влаги с поверхности и перемещении ее из внутренних,
более влажных слоев, к наружным. Испарение влаги с
поверхности древесины происходит быстрее, чем продви-
жение влаги изнутри к периферии, что обусловливает не-
равномерность распределения влажности; в тонких пи-
ломатериалах эта неравномерность обычно невелика и
быстро уменьшается; в толстых элементах влажность
выравнивается медленно и неравномерность ее распреде-
ления в начале высыхания может быть значительной.
Чем выше плотность древесины, тем меньше скорость
высыхания. Влагопроводность в радиальном направле-
нии несколько больше, чем в тангенциальном, что объяс-
няется влиянием сердцевинных лучей. Установлено, что в
хвойных породах между радиальной и тангенциальной
усушкой древесины поздней зоны годичных слоев су-
ществует небольшое различие, а тангенциальная усушка
ранней зоны в 2—3 раза превосходит радиальную. Све-
жесрубленная древесина содержит 80—100 % влаги,
причем влажность заболони хвойных пород в 2—3 раза
больше влажности ядра. Влажность сплавной древеси-
ны доходит до 200 %. Конечная влажность древесины
после сушки должна соответствовать ее равновесной
влажности в условиях эксплуатации.
§ 1.4.	Химическая стойкость древесины
Древесина является химически более стойким мате-
риалом, чем металл и железобетон, поэтому деревянные
конструкции можно рекомендовать для применения в
зданиях с химически агрессивной средой. В зависимости
от вида химической агрессии древесину можно использо-
вать без дополнительной защиты или защищая ее по-
краской или поверхностной пропиткой. Применение де-
ревянных конструкций целесообразно при строительстве
складов для таких агрессивных сыпучих материалов,как
калийные и натриевые соли, минеральные удобрения,
разрушающие сталь и бетон.
Древесина по-разному реагирует на действие хими-
ческих веществ. При обычной температуре плавиковая,
фосфорная и соляная (низкой концентрации) кислоты не
разрушают древесину. Серная кислота при концентрации
более 5 % и особенно азотная кислота разрушают древе-
40
сину и при низких температурах. Большинство органиче-
ских кислот при обычной температуре не ослабляют дре-
весину; она устойчива к действию уксусной, муравьиной,
лимонной и других кислот. Горячие растворы органичес-
ких кислот разрушают древесину, особенно при
увеличении концентрации и повышении температуры.
Газовые среды, например серный или сернистый ангид-
рид, вредно действуют на древесину при наличии ув-
лажнения и повышенной температуры.
Для зданий с химически агрессивной средой следует
применять главным образом сплошные, монолитно скле-
енные безметальные конструкции, не имеющие зазоров
и щелей. Для покрытий лучше всего подходят клеефа-
нерные панели, имеющие гладкую поверхность без вы-
ступающих частей.
§ 1.5.	Физические свойства древесины
Плотность. Древесина имеет трубчато-волокнистое
строение. Плотность ее зависит от породы, количества
пустот, толщины стеиок клеток и содержания влаги; оиа
может быть различна даже в пределах одной и той же
породы. Плотность в значительной степени зависит и от
влажности.
Температурное расширение. Линейное расширение
при нагревании, характеризуемое коэффициентом линей-
ного расширения, в древесине различно вдоль волокон и
под углом к ним. Как известно, коэффициент линейного
температурного расширения вдоль волокон в 7—10 раз
меньше, чем поперек волокон, и в 2—3 раза меньше, чем
у стали. Незначительное линейное расширение от тепла
вдоль волокон позволяет в деревянных зданиях и соору-
жениях отказаться от устройства температурных швов.
Теплопроводность. Трубчатое строение клеток дре-
весины превращает ее в плохой проводник тепла. Теп-
лопроводность древесины вдоль волокон больше, чем
поперек волокон. Чем больше плотность и влажность дре-
весины; тем больше ее теплопроводность. Малая тепло-
проводность древесины поперек волокон является осно-
вой широкого применения ее в ограждающих частях
отапливаемых зданий, в результате чего толщина дере-
вянных стен по сравнению с кирпичными значительно
меньше.
41
§ 1.6.	Механические свойства древесины
При всей относительной стройности структуры хвой-
ных пород древесины ее трахеиды не стандартны, что
является основной причиной изменчивости ее механиче-
ских свойств.
Механические свойства древесины, являющейся при-
родным полимером, изучаются на основе реологии —
науки об изменении свойств веществ во времени под
действием тех или иных факторов, в данном случае на-
грузок. Известно, что при быстром, кратковременном
действии нагрузки древесина сохраняет значительную
упругость и подвергается сравнительно малым деформа-
циям. При длительном действии неизменной нагрузки де-
формации во времени существенно увеличиваются. Если
задать древесине неизменную во времени деформацию,
например определенный прогиб изгибаемому элементу,
то напряжения в нем с течением времени уменьшают-
ся— релаксируют, хотя деформация не меняется.
Реологические свойства древесины учитываются при
назначении расчетных сопротивлений. Под действием
постоянной нагрузки непосредственно после ее прило-
жения в древесине появляются упругие деформации, а с
течением времени развиваются эластические и остаточ-
ные деформации. Упругие и эластические деформации
обратимы — они исчезают после снятия нагрузки в тече-
ние малого (упругие деформации) или более или менее
длительного (эластические деформации) промежутка
времени. Остаточные деформации, являющиеся необра-
тимой частью общих деформаций, остаются и после сня-
тия нагрузки.
Для обоснованного назначения размера элементов
деревянных конструкций необходимо знать прочность
древесины при различных силовых воздействиях, которая
зависит от размера пороков, в основном сучков, ослаб-
ляющих сечение.
Благодаря особенностям строения древесина являет-
ся анизотропным материалом, ее механические свойства
различны в различных направлениях и зависят от угла
между направлением действующего усилия и направле-
нием волокон. При совпадении направления силы и во-
локон прочность древесины достигает максимального
значения, в то же время она будет в несколько раз мень-
ше, если сила действует под большим углом к волокнам.
42
Рис. 1.8. Стандартные образцы для определения временных сопро-
тивлений (предела прочности) древесины
а — растяжение вдоль волокон; б—поперечный изгиб; в—сжатие вдоль во-
локон; е —скалывание вдоль волокон; д —смятие поперек волокон
Для обоснованного расчета элементов деревянных
конструкций необходимо знать прочность древесины при
различных видах напряженного состояния и при разно-
образном их сочетании (при сложном напряжении). До
настоящего времени основой для определения несущей
способности конструктивных деревянных элементов слу-
жит предел прочности древесины, определяемый испыта-
нием стандартных образцов, выполняемых из чистой, без
всяких пороков древесины (рис. L8). Однако некоторые
из этих образцов не дают правильного ответа на вопрос
о величине предела прочности. Так, например, стандарт-
ный образец на скалывание вдоль волокон не работает
на чистый сдвиг. По плоскости разрушения в нем возни-
кают неравномерные напряжения сдвига в сочетании с
неравномерными, нормальными напряжениями сжатия и
растяжения поперек волокон.
Тем не менее согласно установленному методу, со-
противление древесины скалыванию определяют как со-
противление чистому сдвигу, что не соответствует дейст-
43
вительности. Чистый сдвиг возможен только при работе
элемента круглого сечения на кручение.
Испытания показывают значительный разброс пока-
зателей прочности даже для одной и той же породы дре-
весины. Это объясняется неоднородностью древесины,
связанной с особенностями ее анатомического строения.
Так, у хвойных пород, преимущественно применяемых в
строительстве, прочность поздней древесины в 3—5 раз
выше прочности ранней древесины. Чем толще стенки
трахеид и чем больше процент поздней древесины, тем
выше плотность древесины и ее прочность. Опытами ус-
тановлена прямая пропорциональность между пределом
прочности и плотностью древесины. На прочность дре-
весины благодаря ее реологическим свойствам значи-
тельно влияют скорость приложения нагрузки или про-
должительность ее действия. Если серию одинаковых
деревянных образцов загрузить, например на изгиб, раз-
личной по значению постоянной нагрузкой, то разруше-
ние их произойдет через разные промежутки времени —
чем больше нагрузка (напряжение), тем скорее разру-
шится образец. При этом может оказаться, что часть об-
разцов вообще не разрушится, как бы долго нагрузка ни
действовала. Представив результаты таких испытаний
графически в координатах «предел прочности — время
до разрушения» (рис. 1.9), получим асимптотическую
кривую, по которой можно определить, сколько времени
пройдет от начала нагружения до разрушения образца,
находящегося под тем или иным напряжением. Асимпто-
тический характер кривой показывает, что предел проч-
ности с увеличением длительности приложения нагрузки
хотя и падает, но не безгранично — он стремится к неко-
торому постоянному значению одл, равному ординате
асимптоты кривой. Кривая на рис. 1.9 называется кривой
длительного сопротивления древесины, а ордината одл —
пределом длительного сопротивления древесины; одл ха-
рактеризует то предельное (максимальное) значение на-
пряжения (или нагрузки), под действием которого обра-
зец не разрушится, как бы долго нагрузка ни действо-
вала.
Асимптота на кривой длительного сопротивления де-
лит весь диапазон изменения нагрузки на две области—•
область ниже асимптоты с о<одл, в которой разрушение
образна не произойдет, как бы долго ни действовала
нагрузка, и область выше асимптоты с а>одл, где раз-
44
D 20 iO 60 80 100 120 MO
Время йо разрушения, дни
Рис. 1.9. Кривая длительного Рис. 1.10. Кривые деформации
сопротивления древесины	во времени
а —при а«гдл; б —при о>адд
рушение с течением времени неизбежно и где оно про-
изойдет тем скорее, чем больше а превышает одл. Асим-
птотический характер кривой длительного сопротивления
справедлив и для напряженного состояния древесины
других видов.
Две области кривой, указанные на рис. 1.9, различа-
ются также по характеру зависимости деформации от
времени при заданном значении действующей нагрузки
(напряжения). Так, при напряжении о<щдлдеформации
с течением времени затухают, стремясь к некоторому
пределу (пунктир на рис. 1.10,а), а прн о>одл после
некоторого уменьшения скорости деформаций на участ-
ке в—г (рис. 1.10,6) наступает развитие деформаций с
постоянной скоростью на участке г—д. Далее, в момент
времени Л начинается ускоренный рост деформаций,
приводящий к разрушению материала.
Как видно из (рис. 1.10), древесина обладает свой-
ством последействия (ползучести), т. е. роста деформа-
ций в течение некоторого времени после приложения
нагрузки. Примером последействия на практике может
служить провисание балок, находящихся долгое время
под эксплуатационной нагрузкой.
Длительное сопротивление является показателем
действительной прочности древесины в отличие от пре-
дела прочности, определяемого быстрыми испытаниями
на машине стандартных образцов. Переход от предела
прочности к длительному сопротивлению производится
умножением предела прочности на коэффициент дли-
тельности сопротивления, равный отношению предела
длительного сопротивления к пределу прочности. По
опытным данным, коэффициент длительности сопротив-
ления может быть принят 0,5—0,6. Опыты показывают,
45
что при очень быстром приложении нагрузки, например
при ударе, предел прочности повышается по сравнению
с длительным сопротивлением в среднем в 3 раза. Таким
образом, относительная прочность древесины при ее ис-
пытании с различной скоростью приложения нагрузки
изменяется в пределах 1—3.
Фактически деревянные конструкции находятся под
совместным действием постоянных (например, собст-
венный вес), временно длительных (например, снеговая)
и кратковременных (например, ветровая) нагрузок.
Опыты показывают, что в этом случае предел прочности
зависит от соотношения этих нагрузок и изменяется от
предела длительного сопротивления (при наличии только
постоянной нагрузки) до предела прочности, определяе-
мого при,стандартной скорости загружения от действия
основных кратковременных нагрузок. Случай преиму-
щественного влияния постоянной нагрузки специально
учитывается в расчете (см. табл. III.6).
В СССР первые систематические работы по исследо-
ванию влияния продолжительности действия нагрузки на
прочность древесины были проведены Ф. П. Белянки-
ным, результаты их были опубликованы в 1931 и 1934 гг.
§ 1.7.	Работа древесины на растяжение, сжатие
и поперечный изгиб
Предел прочности древесины при растяжении вдоль
волокон в стандартных чистых образцах (влажностью
12 %) высок — для сосны и ели он в среднем 100 МПа.
Модуль упругости 11—14 ГПа. Наличие сучков и при-
сучкового косослоя значительно снижает сопротивление
растяжению. Особенно опасны сучки на кромках с вы-
ходом на ребро. Опыты показывают, что при размере
сучков ’/< стороны элемента предел прочности составля-
ет всего 0,27 предела прочности стандартных образцов.
Отсюда видно, насколько важен правильный отбор дре-
весины по размерам сучков для растянутых элементов
конструкций.
При ослаблении деревянных элементов отверстиями и
врезками их прочность снижается больше, чем получа-
ется при расчете по площади нетто. Здесь сказывается
отрицательное;влияние концентрации напряжений у мест
ослаблений. Опыты показывают также, что прочность
при растяжении зависит от размера образца; прочность
46
Рис. 1.1L Приведенная, диа-
грамма работы сосны
1 — при растяжении; 2 — При сжа-
тии
Рис. 1.12. Разрушение образца
при сжатии вдоль волокон
крупных образцов в результате большей неоднородности
их строения меньше, чем мелких.
При разрыве поперек волокон вследствие анизотроп-
ности строения древесины предел прочности в 12—.
17 раз меньше, чем при растяжении вдоль волокон.
Следствием этого является большое влияние косослоя,
при котором направление усилия не совпадает с направ-
лением волокон. Чем значительнее косослой, тем боль-
ше составляющая усилия, перпендикулярная волокнам,
и тем меньше прочность элемента. Косослой — второй по
значимости порок, величина которого в растянутых эле-
ментах должна строго ограничиваться.
Диаграмма работы сосны на растяжение (рис. 1.11),
в которой по оси абсцисс откладывается относительная
деформация е, а по оси ординат относительное напря-
жение <р, выраженное в долях от предела прочности
(так называемая приведенная диаграмма), при <р^0,5
имеет незначительную кривизну и в расчетах может
приниматься прямолинейной. Значение ср=0,5 рассмат-
ривается при этом как предел пропорциональности. '
41
Испытания стандартных образцов на сжатие вдоль
волокон дают значения предела прочности в 2—2,5 раза
меньшие, чем при растяжении. Для сосны и ели при
влажности 12 % предел прочности на сжатие в среднем
40 МПа, а модуль упругости примерно такой же, как при
растяжении. Влияние пороков (сучков) меньше, чем при
растяжении. При размере сучков, составляющих 7з сто-
роны сжатого элемента, прочность при сжатии будет
0,6—0,7 прочности элемента тех же размеров, но без суч-
ков. Кроме того, в деревянных конструкциях размеры
сжатых элементов обычно назначаются из расчета на
продольный изгиб, т. е. при пониженном напряжении, а
не из расчета на прочность. Благодаря указанным осо-
бенностям работа сжатых элементов в конструкциях бо-
лее надежна, чем растянутых. Этим объясняется широ-
кое применение металлодеревянных конструкций, имею-
щих основные растянутые элементы из стали, а сжатые
и сжато-изгибаемые из дерева.	z
Приведенная диаграмма сжатия (см. рис. 1.11) при
сп>0,5 более криволинейна, чем при растяжении. При
меньших значениях <р криволинейность ее невелика иона
может быть принята прямолинейной до условного преде-
ла пропорциональности, равного 0,5. Разрушение сопро-
вождается появлением характерной складки (рис. 1.12),
образуемой местным изломом волокон.
При поперечном изгибе значение предела прочности
занимает промежуточное положение между прочностью
на сжатие и растяжение. Для стандартных образцов из
сосны и ели при влажности 12 % предел прочности при
изгибе в среднем 75 МПа. Модуль упругости примерно
такой же, как при сжатии и растяжении. Поскольку при
изгибе имеется растянутая зона, то влияние сучков и ко-
сослоя значительно. При размере сучков в ’/з стороны
сечения элемента предел прочности составляет 0,5—0,45
прочности бессучковых образцов. В брусьях и особенно
в бревнах это отношение выше и доходит до 0,6—0,8.
Влияние пороков в бревнах при работе на изгиб вообще
меньше, чем в пиломатериалах, так как в бревнах отсут-
ствует наблюдаемый в пиломатериалах выход на кром-
ку перерезанных при распиловке волокон и отщепление
их в присучковом косослое при изгибе элемента.
Определение краевого напряжения при изгибе по
обычной формуле o=M/W соответствует линейному рас-
пределению напряжений по высоте сечения н действн-
48
Рис. I.J3. Эпюры напряжений в изгибаемом деревянном элементе при
увеличении нагрузки до разрушения
тельно в пределах небольших напряжений (рис. 1.13).
При дальнейшем росте нагрузки и увеличении кривизны
эпюра сжимающих напряжений в соответствии с диаг-
раммой работы на сжатие (рис. 1.11, кривая б) прини-
мает криволинейный характер (рис. 1.13,6, в). Одновре-
менно нейтральная ось сдвигается в сторону растянутой
кромки сечения. При этом фактическое краевое напряже-
ние сжатия меньше, а напряжение растяжения больше
вычисленных по формуле.
Определение предела прочности по формуле
удобно для сравнительной оценки прочности различной
древесины. В стадии разрушения сначала в сжатой зоне
образуется складка, затем в растянутой зоне происходит
разрыв наружных волокон. Разрушение клеток в сжатой
и растянутой зонах аналогично разрушению при осевом
сжатии и растяжении.
Опыты и теоретические исследования показывают,
что условный предел прочности при изгибе зависит от
формы поперечного сечения. При одном и том же момен-
те сопротивления у круглого сечения ои больше, чем у
прямоугольного, а у двутаврового сечения меньше, чем
у прямоугольного. С увеличением высоты сечения предел
прочности снижается. Все эти факторы учитываются в
расчете введением соответствующих коэффициентов к
расчетным сопротивлениям.
4-423	49
$ 1.8. Работа древесины на смятие, скалывание
и раскалывание
Различают смятие вдоль волокон, поперек волокон и
под углом к ним. Прочность древесины на смятие вдоль
волокон, например, в стыках сжатых элементов, мало
отличается от прочности на сжатие вдоль волокон, и
действующие нормы не делают различия между ними.
Смятию поперек волокон древесина сопротивляется
слабо. Смятие под углом занимает промежуточное поло-
жение. Смятие поперек волокон характеризуется в соот-
ветствии с трубчатой формой волокон значительными
деформациями сминаемого элемента. После сплющива-
ния и разрушения стенок клеток происходит уплотнение
древесины, уменьшение деформаций и роста сопротивле-
ния сминаемого образца (рис. 1.14).
В отличие от ранее рассмотренных случаев о работе,
древесины на смятие поперек волокон приходится су-
дить главным образом по значению допустимых в эк-
сплуатации (с учетом фактора времени) деформаций.
За нормируемый предел здесь обычно принимается
напряжение при некотором условном пределе пропорцио-
нальности (см. рис. 1.14). Этот предел имеет наимень-
шее значение при смятии по всей поверхности, среднее
значение при смятии на части длины и максимальное;
при смятии на части длины и ширины (рис. 1.15). В двух
последних случаях деформация уменьшается благодаря
поддержке сминаемой площадки соседними незагружен-
ными участками древесины. При смятии на части длины,
как показывают опыты, поддерживающее действие воз-
растает до достижения свободными концами сминаемого
элемента длины, равной длине площадки смятия, причем
сопротивление тем выше, чем уже сминающий «штамп».
При смятии под углом а значение <тнр возрастает с
уменьшением угла, и опытные точки хорошо укладыва-
ются на эмпирическую кривую (рис. 1.16). Термин
«скалывание» означает «разрушение в результате сдви-
га одной части материала относительно дру-
гой».
Существующие в настоящее время методы расчета
- элементов, деревянных конструкций, работающих иа ска-
лывание и раскалывание, имеют существенные недостат-
ки: а) не установлен стандартный метод эксперимен-
тальной проверки предельной прочности древесины при
50
Рис. 1.14. Диаграмма работы
древесины при смятии поперек
волокон
Рас. 1.16. Влияние угла меж-
ду сминающей силой и направ-
лением волокон на сопротивле-
ние древесины смятию
Рис. 1.15. Смятие древесины поперек волокон
а —по всей поверхности; б — на части длины; в — на части длины и части
ширины
сложном напряженном состоянии (различном сочетании
касательных и нормальных напряжений);
б) не внедрена, предложенная Б. А. Освенским тео-
рия, раскрывающая зависимость прочности древесины от
соотношений касательных и нормальных напряжений,
увязанная с данными об анатомическом строении дре-
весины.
Как уже было сказано, стенкн клеток трахеид древе-
сины сосны состоят из слоев Р, S;, S2, Sa, которые отли-
чаются одни От других углом наклона микрофибрилл
по отношению к продольной оси трахеид и своей толщи-
ной. По исследованиям многих ученых, ориентация мик-
4'
51
Рис. 1.17, Схема направления микрофибрилл относительно оси х о
слоях радиальной стенки трахеид сосны
Рис. 1.18. Схема расчетной стержневой системы (деформированная
схема показана пунктиром)
рофибрилл в первичной оболочке Р близка к попереч-
ной. Расположение микрофибрилл в наружном слое вто-
ричной оболочки изменяется от перпендикулярного по
отношению к продольной оси клетки до различных сте-
пеней распределения по спирали, а в среднем слое вто-
ричной оболочки S2— от спирального до продольного.
От угла наклона микрофибрилл в значительной степени
зависят физико-механические свойства элементов, сла-
гающих древесину.
За основу принимаем, что отношение толщины от-
дельного слоя стенки трахеиды, отличающегося ориен-
тацией микрофибрилл, к полной толщине одной стенки
сохраняется во всех трахеидах. Таким образом, принятые
нами соотношения сохраняются и для любой суммы сте-
нок трахеид.
Заменяя сумму слоев одинаковых по ориентации мик-
рофибрилл эквивалентным стержнем, в итоге получим
стержневую систему. При этом распределяем все ориен-
52
тацни микрофибрилл на четыре основные направления:
перпендикулярное, два перекрестных спиральных н про-
дольное (рис. 1.17). Средний угол спиральных слоев вто-
ричной оболочки примем на основании данных (полу-
ченных В. А. Баженовым) для сосны ?Ран=29,2ол:30“ и
у11037= 17,3°. Обозначим толщины отдельных слоев стен-
ки в безразмерных единицах как отношение части к це-
лому: — суммарная толщина слоев с поперечной ори-
ентацией (Aj-f-P+Sj-j-Sj); 6Спл—толщина спирального
слоя S2jl левого (условно) направления; 6СВпр —толщина
спирального слоя S2np правого направления (SZnp=SZjI);
— толщина слоя S2 продольного направления.
Стержневая система принята для участка длиной,
равной единице в направлении вдоль волокон древесины
(рнс. 1.18).
Площади поперечного сечения микрофибрилл ука-
занных слоев:
= ^спл — ^сппр = ®сп sin v: Са = 6а.
Длина микрофибрилл отдельных слоев на рассмат-
риваемом участке а=1 (рис. 1.18) будет: для слоев с
поперечной ориентацией h = atgy; со спиральной ориен-
тацией d=a/cosy, а с продольной ориентацией а=1.
Рассмотрим данную схему как стержневую конструк-
цию, которая для случая когда сила jVa-so направлена
поперек волокон (благодаря симметрии) и является ста-
тически неопределимой системой с одним лишним неиз-
вестным.
Исходя из очертания деформированной системы и по-
лагая, что деформации удлинения слоев с поперечной
ориентацией весьма малы, а модули упругости у всех
слоев одинаковы, получим значение усилия, воспринима-
емого суммарным слоем с поперечной ориентацией
У = Д'» /1 + 2 cos’ (90° - у) Рcn!Fh.	(1.1)
Зная отношение Fcn/Fh и заменяя в этом выражении
силу Ngg, которую считаем приложенной к поверхности,
равной 1 см2, получим значение напряжения в слоях с
поперечной ориентацией. Приняв А0О равным значению
предельного сопротивления разрыву поперек волокон,
получаемому экспериментально, найдем предельное со-
противление суммарного слоя с поперечной ориентацией
микрофнбрилл, так как слои со спиральной ориентацией
53
Рис. J.19. Расчетная стержневая система при растяжении под уг-
лом а, (деформированная схема показана пунктиром)
Рис. 1.20. Расчетная схема при чистом сдвиге
в этом случае недонапряжены. Полученное таким обра-
зом напряжение является приведенным к площади древе-
сины, а не действительным напряжением в микрофиб-
риллах, которое может быть найдено при условии, если
будет известна действительная площадь поперечного се-
чения этих слоев микрофибрилл, приходящихся на 1 см2
сплошного сечения древесины.
Точно так же можно найти и приведенное напряже-
ние в слоях со спиральной ориентацией микрофибрилл,
которое не является предельным и разрушающим при
растяжении поперек волокон. Их разрушение может про-
изойти последовательно после разрушения слоев с попе-
речной ориентацией.
Получив таким образом приведенную предельную
прочность микрофибрилл, создаем возможность опреде-
лить прочность для силы приложенной под любым
углом а к волокнам древесины.
При приложении силы Na под углом а к волокнам
(рис. 1.19) по плоскости разрушения возникает сочета-
ние касательных и нормальных напряжений (сложное
напряжение). В этом случае симметрия стержневой сис-
54
темы нарушается и появляется еще одно дополнительное
неизвестное условие. Составляем уравнения равновесия:
Zn cos (« + ?} + cos (а — у) + Y sin а = Na ,
(?л + 2n) cos у — Na cos а = 0.
Решая совместно эти уравнения, после ряда преобра-
зований получим
2Л + К = tfo(sina+ tgycosa).	(1.2)
Рассматривая очертание деформированной системы,
указанной на рис. 1.19, и пренебрегая изменением углов
от перемещения узла, составим два уравнения:
А И = Yh/FtiE = А/о sin а;
Д2Л >= Za diFen Е = AL0 cos:(a — у).
Решая совместно эти два уравнения, после преобра-
зований получим
z = tg т cos (a ~ fсд у
л	Fh sin a
Учитывая, что у=30° и FA=1; Fcn=0,5; FCn/Fh=1/2,
получим
2Л = 0,25 cos (я ~ v) у.	(1.3)
sin a
Решая уравнения (1.2) и (1.3) совместно, будем
иметь
N _ 1 + 0,25 [cos (<х — у)/sin «] у
а	sin а tg у cos a ’
где на основании формулы (1.1)
У = NJ 1 + 2 cos3 60° 0,5 = Ngj/1,125 = a^l1,125.
Таким образом получим предельное сопротивление
разрыву под углом a
Op aA = р + 0,25 —5.дд—- / (sin a + tg у cos a) 1,125 J
(1-4)
Уравнение (1.4) применимо для углов a^30°. Для
углов a<30°
аПрсд = Г	sin «-f-0,25 cos (? —«)	1 <#90 р
sa 0,25 cos (у — a) (sin «+ tg у cos a) J 1,25 сп'
55
Таблица 1.1. Экспериментальные и теоретические данные
предельного сопротивления древесины при растяжении
под углом к волокнам
о
Угол, 0	чистый
сдвиг
Теоретнчегкие данные, 9,02
МПа
9,9 11,73 9,45 8,50 8,83 8,78
Предельное сопротив-
ление по эксперименту,
МПа
Предельное напряжение при чистом сдвиге вдоль во-
локон определяется по схеме (рис. 1.20):
acn₽^ = 2Fclja7^/CosV.l,125.	(1.6)
По вышеприведенным формулам нами определены
теоретические значения прочности сосны на растяжение
под различными углами к волокнам. Результаты выпол-
ненных расчетов для разных углов а по предложенной
схеме ориентации микрофибрилл (рнс. 1.17) приведены
в табл. 1.1.
Анализ данных, полученных теоретически, раскрыва-
ет причины относительно низкого сопротивления древе-
сины растяжению поперек волокон. Это объясняется тем,
что при данном виде напряжения происходит последова-
тельное разрушение отдельных слоев стенки. Наиболь-
шее напряжение возникает в слоях с поперечной ориен-
тацией, в то время как слои со спиральной ориентацией
еще слабо напряжены. Это определяет минимальное
значение предельного сопротивления древесины при а =
= 90°. При а = у = 30° напряжение в слоях со спираль-
ной ориентацией становится равным напряжению в сло-
ях с поперечной ориентацией, и разрушение происходит
одновременно в тех и других слоях, что объясняет полу-
чающееся при этом угле максимальное сопротивление
разрыву.
Разработанная теория дает возможность, ограничив-
шись одним видом испытания на растяжение поперек
волокон, также определить предельное сопротивление
древесины при растяжении вдоль волокон, что подтвер-
ждено-экспериментальными данными.
56
§ 1.9. Сопротивление древесины скалыванию при
сочетании касательных напряжений вдоль волокон
с нормальными напряжениями сжатия поперек волокон
Некоторые исследователи иногда неправильно пред-
ставляют роль и характер влияния нормальных напря-
жений поперечного сжатия и растяжения на предельное
сопротивление скалыванию, прн этом преувеличивают
как положительную роль сжатия, так и отрицательную
роль растяжения поперек волокон.
В зоне воздействия внешнего поперечного обжима в
сопряжениях, например в лобовой врубке или в сборном
стыке с обжимными клиньями1, где имеет место односто-
роннее расположение площадки скалывания в растяну-
тых элементах, одновременно с уменьшением нормаль-
ных растягивающих напряжений поперек волокон увели-
чивается концентрация напряжений сдвига. Только при
относительно более равномерном поперечном обжатии
плоскости скалывания можно несколько повысить сопро-
тивление скалыванию.
Для обоснования этого положения необходимо об-
ратиться к современным данным о микро- и субмикро-
структуре стеиок клеток трахеид древесины. За основу
примем изложенное ранее положение о том, что отноше-
ние толщины отдельного слоя стенки трахеиды, отлича-
ющегося своей ориентацией микрофибрилл, к полной
толщине стенки сохраняется во всех трахеидах ранней
или поздней древесины. Следовательно, принятые ранее
соотношения сохраняются и для любой суммы стенок
трахеид. За основу, таким образом, берем ранее приня-
тую схему (см. рис. 1.17) направления мнкрофибрилл
относительно оси х. Средний угол спиральных слоев вто-
ричной оболочки принимаем, как и в предыдущем иссле-
довании, для клеток ранней древесины сосны уРаи=30о
и для клеток поздней древесины уПозд=17,3°. Толщины
слоев с различной ориентацией микрофибрилл, площади
их поперечных сечений, длины отдельных слоев и дру-
гие характеристики сохранены прежние. Расчетная схе-
ма показана на (рис. 1.21).
1 Михайлов В. Г. Скалывание в клееных дощатых стыках. —
В кп.:' Вопросы прочности и изготовления деревянных конструкций,
М.: 1952,
57
Рис. 1-21. Расчетная стержневая система при сжатии поперек воло-
кон (деформированная схема показана пунктиром)
§ 1.10. Влияние влажности и температуры
на прочность древесины
Влияние влажности. При повышении влажности дре-
весины от нулевой до точки насыщения волокон пример-
но до 30 % ее прочность, в том числе и длительная,
уменьшается, деформативность увеличивается и модуль
упругости снижается. В наименьшей степени влажность
влияет иа ударную прочность древесины и на прочность
при растяжении вдоль волокон. В других случаях влия-
ние влажности сравнительно велико и при ее изменении
на 1 % прочность меняется на 3—5 %. Повышение влаж-
ности древесины свыше точки насыщения волокон не
приводит к дальнейшему снижению ее прочности.
Для сравнения прочности древесины надо показате-
ли прочности приводить к одной влажности. В настоя-
щее время комиссия по стандартизации СЭВ приняла
для показателей физико-механических свойств древеси-
ны стандартную влажность 12 %. Приведение к стан-
дартной влажности производят по формуле
Я12= ^[1 + а(1Г-12)],
где Biz — предел прочности при влажности 12 %; V7 — влажность в
момент испытания; Bw— предел прочности при влажности в момент
испытания; а — поправочный коэффициент, принимаемый по табл. 1.2.
Формула приведения действительна в пределах изме-
нения влажности 8—23 %.
Влажность определяют взвешиванием до и после вы-
сушивания до постоянного веса в сушильном шкафу об-
разцов небольших размеров. В производстве влажность
сортаментов можно определять, не вырезая образцов,
58
Таблица 1.2. Значение коэффициента а
Напряжение
а при приведении к влажности
12% для древесины всех 'пород
Сжатие вдоль волокон
Статический изгиб
Скалывание вдоль волокон
0,05
0,04
0,03
с помощью электровлагомера, действие которого основа-
но на изменении электропроводности древесины в зави-
симости от ее влажности.
Влияние температуры. Опыты показывают, что пре-
дел прочности при любой влажности зависит от темпера-
туры, с ее повышением прочность уменьшается, с пони-
жением — увеличивается. При большой влажности и
отрицательных температурах влага в древесине превра-
щается в лед, получается так называемая замороженная
древесина, прочность которой на сжатие, поперечный
изгиб, скалывание и раскалывание возрастает. В то же
время замороженная древесина становится более хруп-
кой, н сопротивление ее ударному изгибу понижается.
Модуль упругости при повышении температуры пони-
жается, что увеличивает деформативность деревянных
конструкций. Уменьшение прочности при повышенных
температурах, осложненное усушкой в присучковом ко-
сослое, является основной причиной наблюдавшихся
иногда разрывов деревянных элементов конструкций в
жаркие летние месяцы, когда напряжения в элементах
значительно ниже, чем ‘зимой.
Из изложенного следует, что при экспериментальном
определении прочности древесины следует учитывать не
только ее влажность, но и температуру. Предел прочно-
сти при данной температуре к прочности при стандарт-
ной температуре 20 °C можно пересчитывать по формуле
Ого — от + р (Т — 20),
где <т20 — искомая прочность при / = 20°С; от — прочность при данной
температуре С; [3 — поправочное число на температуру, принимаемое
по -табл. 1.3.
Формула приведения действительна в пределах поло-
жительных температур 10—50 °C. Пересчет к температу-
ре 20 °C должен производиться после пересчета к влаж-
ности 12 %.
59
Таблица 1.3. Поправочные ннсла [5
Порода древесины	3. МПа, при			
	сжатии ВДОЛЬ во- локон	статическом изгибе	скалыва- нии	растяже- нии
			вдоль	олокон
Сосна	3,5	4,5	0,4	4
Ель	2,5	3	—	—
Лиственница	4,5	—	—	—
Пихта	2,5	——	—	—
Береза	4,5	—	—	—
§ 1.11. Требования к качеству и отбор
лесоматериалов для элементов несущих конструкций
При наличии значительных пороков, в особенности
сучков, прочность досок, брусьев нли бревен бывает на-
столько низкой, что они не могут быть применены для
элементов несущих конструкций, поэтому размеры поро-
ков необходимо ограничивать.
Лесоматериалы разделяются на сорта в зависимости
от величины и вида пороков. К древесине для деревян-
ных конструкций кроме требований ГОСТ 8486—66* на
пиломатериалы хвойных пород и ГОСТ 9463—72* на
круглые лесоматериалы предъявляются следующие до-
полнительные требования, указанные в СНиП П-25-80:
а) ширина годичных слоев в древесине должна быть
не более 5 мм, а содержание в них поздней древесины—
не менее 20 %;
б) в заготовках из пиломатериалов 1-го и 2-го сортов
для крайней растянутой зоны (на 0,15 высоты сечения)
клееных изгибаемых элементов и в досках 1—3-го сор-
тов толщиной 60 мм и менее, работающих на ребро при
изгибе или на растяжение, не допускается сердцевина.
Пороки по-разному сказываются при работе на рас-
тяжение, сжатие и изгиб, скалывание и смятие. Следо-
вательно, ограничение пороков связано с видом работы
элемента в конструкции.
§ 1.12. Строительная фанера
Фанера представляет собой слоеный листовой мате-
риал, состоящий, как правило, из нечетного числа слоев,
60
называемых шпонами и получаемых лущением прямоли-
нейных отрезков ствола дерева.
Фанерное сырье поступает на заводы в виде кряжей
нли чураков. Отрезок кряжа, длина которого соответст-
вует установленному размеру форматного листа лущено-
го шпона по длине волокон с припуском на оторцовку,
называют чураком. В кряже может быть два, три и
более чураков. Каждый чурак должен иметь припуск
по длине 2—3 см, а кряж — по 3 см на каждый чу-
рак.
Смежные шпоны в пакете имеют взаимно перпенди-
кулярное расположение волокон и склеиваются между
собой горячим или холодным прессованием. Фанеру тол-
щиной более 15 мм называют фанерными плитами.
Вследствие перекрестной структуры фанера обладает
меньшей анизотропией свойств, чем природная древеси-
на, а явления усущки и разбухания соответствуют тако-
вым у древесины в направлении вдоль волокон.
Фанере присущи высокие прочностные свойства, ма-
лая масса (она в 4 раза легче алюминия), низкая тепло-
и звукопроводимость, большая стойкость к воздействию
химически агрессивных сред и повышенная водостой-
кость при изготовлении на водостойкий клеях. Фанера
имеет низкий коэффициент линейного температурного
расширения (5-10~6 мм/м°С) по сравнению с коэффици-
ентом линейного расширения стали (11,3-10~6) или алю-
миния (25-10-6).
Совокупность положительных свойств фанеры позво-
ляет использовать ее в строительстве. К строительной
фанере относится клееная фанера (ГОСТ 3916—69 «Фа-
нера клееная») марок ФСФ (Ф — фанера, СФ — на
смоляном фенолформальдегидном клее), ФК (К—на
карбамидном клее) сортов не ниже В/ВВ и бакелизиро-
ванная фанера марок ФБС (Б — бакелизированная, С —
пропитка наружных слоев и намазывание серединок
спирторастворимыми смолами) и ФБСВ (С — пропитка
наружных слоев спирторастворимыми смолами, В — на-
мазывание серединок водорастворимыми смолами).
К строительной фанере следует отнести также фанерные
плиты марки П ПФ-А (П — плита, Ф — фанерная, А —
перекрестная структура, изготовляемые аналогично кле-
еной фанере). Сорта клееной фанеры и плит определя-
ются в основном качеством древесины и обработкой
шцона наружных слоев. Данные для расчета конструк-
цйй из строительной фанеры содержатся в СНиП
11-25-80.
Влагосодержание фанеры колеблется в пределах 5—
10 %, а у фанерных плит не превышает 12 %. Фанера
марки ФСФ обладает повышенной водостойкостью и ре-
комендуется для изготовления клеефанерных конструк-
ций. Фанера марки ФК является фанерой средней водо-
стойкости и рекомендуется для конструкций группы Aj,
А2 и Б1( т. е. устанавливаемых внутри помещений.
Необходимо ориентироваться на использование в
строительстве клееной фанеры, изготовленной из древе-
сины хвойных пород, главным образом лиственницы,
которая дешевле фанеры, изготовленной из березовой
древесины, и экономически эффективной клееной комби-
нированной фанеры с наружными тонкими слоями бере-
зового шпона и с внутренними слоями толстого шпона
хвойных пород.
Бакелизированная фанера выпускается толщиной от
5±0,5 мм до 18j^a мм длиной 1500—7700 мм и шири-
ной 1200—1500 мм; ее влагосодержание составляет 6—
10 %. Бакелизированная фанера характеризуется высо-
кой прочностью *и водостойкостью. Ее используют для
строительства специальных конструкций и для изготов-
ления многооборачиваемой опалубки.
Средняя толщина листов фанеры имеет допустимые
отклонения от номинальной толщины, существует также
разнотолщинность в пределах листа. В некоторых слу-
чаях это отрицательно сказывается на прочности клеево-
го соединения конструкций, поэтому листы следует более
тщательно сортировать по толщине или калибровать с
помощью фрез приклеиваемые участки. Бакелизирован-
ную фанеру или фанеру повышенной водостойкости с во-
достойкими защитными покрытиями на слоях применяют
в качестве сборно-разборной опалубки для изготовления
железобетонных конструкций с большими плоскими по-
верхностями. Водостойкие покрытия защищают нанесе-
нием на поверхность фанеры слоя минерального масла
(одноразовое использование), полиуретанового лака
или фенольной смолы, а также напрессованием пленок
из крафт-бумаги, пропитанной фенолформальдегидными
смолами, или стеклоткани, пропитанной водостойкими
смоляными клеями. Состыкованные листы опалубочной
фанеры могут иметь максимально возможную по услови-
ям транспортирования длину (до 20 м) и Ширину.
62
В настоящее время выпускается опалубочная фане-
ра из древесины лиственных и хвойных пород с защит?
ними покрытиями из пропитанных смолами бумажных
пленок и разработаны конструкции многооборачиваемой
щитовой опалубки, состоящей из дощатого каркаса и
обшивки нз опалубочной фанеры (ЦНИИОМТП).
Строительная фанера может быть в необходимом случае
использована также для изготовления профильных фа-
нерных элементов.
ГЛАВА 2. ПЛАСТМАССЫ — КОНСТРУКЦИОННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ
$ 2.1. Общие сведения о пластмассах
Полимеры1, являющиеся основой пластмасс, пред-
ставляют собой высокомолекулярные соединения, моле-
кулы которых состоят из многих элементарных звеньев
одинаковой структуры. Эти звенья соединены между
собой ковалентными связями в длинные цепи или обра-
зуют жесткие и пластичные пространственные ре-'
щетки.
Технические свойства высокомолекулярных соедине-
ний зависят от строения и природы исходных мономеров
и значения молекулярной массы. Чем длиннее цепи этих
соединений, тем выше, например при прочих равных ус-
ловиях, механическая прочность.
Получают.полимеры из исходных низкомолекулярных
органических веществ (мономеров), отдельные молеку-
лы которых благодаря двойным или тройным связям
способны взаимосоединяться с образованием молекул
удвоенной (димер), утроенной (тример) или многократ-
но увеличенной молекулярной массы (полимер).
Название полимера образуется обычно от названия
того мономера, из которого он был получен. Так, напри-
мер, полиэтилен получают из этилена, поливинилхло-
рид — из винилхлорида, полистирол — из стирола и т. д.
Иногда название полимера образуется в зависимости от
вида реакционных химических групп, соединяющих мо-
лекулы мономеров,— полиамиды, полиэфиры и т. д.
1 Слово полимер образуется нз двух греческих слов «поли» -я»
множество, много, и «мерос» — часть, доли,
Пластическими массами называются материалы, ко-
торые в качестве основного компонента содержат синте-
тический полимер. Пластмассы могут состоять из одного
полимера или содержать кроме полимера некоторые
вспомогательные вещества, придающие им определенные
свойства.
В основе технологии синтеза высокомолекулярных
соединений лежат два основных метода получения поли-
меров— полимеризации и поликонденсации, различаю-
щихся как по механизму основной реакции, так и по
строению образующихся полимеров. Поэтому все син-
тетические полимеры делятся на два основных боль-
ших класса — полимеризационные и поликонденсаци-
онные.
Полимеризация — это соединение большого числа
молекул мономера одного и того же вещества в одну
большую макромолекулу. Этот процесс протекает обыч-
но при определенной температуре и давлении без выде-
ления каких-либо низкомолекулярных веществ. При по-
лимеризации химический состав полимера соответствует
химическому составу исходного номомера.
Поликонденсация представляет собой химический
процесс получения высокомолекулярных соединений из
мономеров различных исходных веществ, сопровождаю-
щийся выделением побочных продуктов (воды, спирта
и др.).
Часто для получения материалов со специальными
свойствами в качестве исходного продукта берут не-
сколько различных по составу мономеров в определен-
ных пропорциях. В этом случае процесс полимеризации
называется сополимеризацией, а готовый продукт — со-
полимером. Сополимеры обладают новыми свойствами,
отличающимися от свойств исходных мономеров. Таким
образом, подбирая мономеры с различными свойствами,
сополимеризацией можно получить пластические массы
с заранее заданными свойствами.
В зависимости от поведения связующего (смолы) при
нагревании пластические массы делятся на две груп-
пы — термопластические и термореактивные.
Полимеры, получаемые полимеризацией, чаще всего
являются термопластичными материалами. К последним
относятся пластические массы (термопласты), получен-
ные на основе поливинилхлорида, полиэтилена, полисти-
рола, полиуретана, полиамидных, акриловых и других
64
термопластичных смод, которые при нагревании размяг-
чаются и становятся пластичным», а при охлаждении
снова отвердевают.	/. 
К термореактивным пластмассам (реактопластам)
относятся материалы на основе фёнолоформальдегид-
ных, полиэфирных, эпоксидных, карбамидных и других
термореактивных синтетических смол, которые, будучи
отформованы в процессе изготовления, переходят в
неплавкое, нерастворимое состояние.
Нашей промышленностью вырабатываются пласт-
массы и смолы многих видов, но в строительстве приме-
няются только некоторые из них.
Пластмассы могут быть неоднородными, состоящими
из главного компонента — связующего вещества (смо-
лы) и технологических добавок: пластификаторов, на-
полнителей, стабилизаторов, антистатиков, красителей,
инициаторов, порообразователей и др., и однородными,
к которым относятся, например, полиэтилен, полиметил-
мета кр илат й др.
Связующие вещества (смолы). Для конструкций и
изделий строительного назначения в основном применя-
ют полиэфирные, фенолоформальдегидные, эпоксидные,
мочевино-.и Меламиноформальдегидные и кремнийорга-
нические смолы.
Полиэфирные смолы относятся к числу термореак-
тивных материалов и обладают весьма ценными свой-
ствами: небольшой вязкостью, способностью к отверж-
дению при повышенной и комнатной температурах без
выделения летучих продуктов, хорошими механическими
показателями в отвержденном состоянии и высокой
стойкостью к воздействию воды, кислот, бензина, масел
и других веществ. Ненасыщенные полиэфиры получают-
ся в результате конденсации ненасыщенных дикарбоно-
вых кислот с многоатомными спиртами. Их применяют
главным образом в качестве связующего при изго-
товлении стеклопластиков, а также как основу для
клеев, лаков, компонентов заливочных составов, пласто-
бетонов, шпаклевок и т. д.
Для отверждения полиэфирных смол чаще всего при-
меняют инициатор — гидроперекись изопропилбензола
(гипериз) и ускоритель—10 %-ный раствор нафтената
кобальта в стироле. Отверждение полиэфирных смол
сопровождается выделением большого количества тепла,
увеличением плотности и уменьшением объема смолы.
5-423
65
Некоторые полиэфирные смолы (НПС-69-22М, ПН-62 и
др.) не содержат летучих мономеров, что способствует
улучшению условий труда, а также повышению качест-
ва изделий.
В строительстве наибольшее применение находят
полиэфирные смолы марок ПН-1, ПН-2, ПН-3, НП-4,
ПН-1С, ПН-6 и др. Смолы ПН-1 и ПН-2 используют
главным образом при изготовлении крупногабаритных
изделий из стеклопластиков контактным методом, на-
моткой, вакуум-формованием, прессованием и др. Они
применяются там, где не требуются высокая стойкость,
специальные оптические и другие специфические свой-
ства. Эти смолы дешевы и изготовляются как правило
из наиболее доступного сырья.
Смолы ПН-3 и ПН-4 характеризуются повышенной
теплостойкостью—150—170 °C. Их применяют главным
образом в качестве связующих для стеклопластиков,
эксплуатируемых при повышенных температурах.
Смолы ПН-1С и ПН-6 относятся к самозатухающим1.
Для придания смолам способности к самозатуханию в
их состав вводят 25—28 % хлора. При введении в смолы
небольшого количества трехокиси сурьмы содержание в
них хлора может быть существенно уменьшено.
Для светопроницаемых стеклопластиков рекомендует-
ся применять полиэфирные смолы марок ПНМ-2, ПН-1М
и ПНМ-8, которые пропускают до 90 % дневного света
и до 75 % ультрафиолетовых лучей.
Фенолоформальдегидные смолы представляют собой
продукт конденсации фенола и формальдегида в при-
сутствии катализаторов. В них сочетаются тадие необ-
ходимые свойства для стеклопластиков, как термостой-
кость, высокая механическая прочность и сравнительно
хорошая адгезия к стеклянному волокну. Фенолофор-
м альдегидные смолы имеют также высокую адгезию к
целлюлозосодержащим материалам (древесине, бума-
ге), что позволяет широко использовать их при произ-
водстве древесных и бумажных пластиков, фанеры, кле-
еной древесины и т. д.
При нагревании эти смолы быстро отверждаются и
переходят в твердое, неплавкое состояние. Отвержден-
1 Самозатухающими называются такие материалы, Которые го-
рят только при наличии внешнего источника огня. При устранении
этого источника горение прекращается.
66
ные смолы имеют высокие физико-механические и ди-
электрические свойства, не растворяются в продуктах
нефтепереработки и органических растворителях и стой-
ки к действию слабокислых сред.
При отверждении фенолоформальдегидных смол вы-
деляются летучие вещества и вода. Ввиду большой ско-
рости процесса отверждения летучие вещества и вода не
успевают полностью удалиться из смолы, что может
быть причиной появления вздутий, трещин и рыхлых
поверхностей в готовых изделиях. Чтобы избежать это-
го, при формовании изделий из стеклопластиков созда-
ют относительно высокие давления, превышающие дав-
ления, создаваемые летучими веществами при отверж-
дении смолы.
Эпоксидные смолы получают при взаимодействии
многоатомных фенолов (дифенолопропан и др.) с ве-
ществами, содержащими эпоксидную группу (например,
эпихлоргидрином). После введения отвердителя эпок-
сидные смолы становятся неплавкими, нерастворимыми
продуктами, обладающими сетчатой трехмерной струк-
турой. В качестве отвердителей чаще всего используют
ангидриды кислот или полиамины, например полиэти-
ленполиамин.
Отвержденные эпоксидные смолы обладают ценны-
ми технологическими свойствами и высокими физико-
механическими показателями. Изделия, изготовленные
из них, бензо-, масло- и водостойкие. Эпоксидные смолы
в отличие от многих других полимерных материалов от-
верждаются с минимальной усадкой без выделения по-
бочных продуктов и обладают высокой адгезией к боль-
шому числу материалов. Эти смолы используют как
связующие при изготовлении стеклопластиков и прессо-
вочных композиций, для изготовления различной техно-
логической оснастки, в качестве клеев, герметиков, кор-
розие- и водостойких покрытий, обладающих хорошей
атмосферо -и светостойкостью.
В последнее время широко применяют эпоксидные
смолы, модифицированные различными продуктами, на-
пример фурановыми, фенолоформальдегндными, поли-
эфирными и другими смолами.
Мочевино- и меламиноформальдегидные смолы. Мо-
чевиноформальдегидные (карбамидные) смолы получа-
ют конденсацией мочевины с формальдегидом в слабо-
щелочной или нейтральной среде. Отверждение этих
5*
67
смол происходит под действием органических кислот,
кислых солей и эфиров. Мочевиноформальдегидные смо-
лы растворимы в воде, но не растворяются в обычных
органических растворителях. Будучи отвержденными,
они практически ни в чем нерастворимы.
Меламиноформальдегидные смолы получают кон-
денсацией меламина с формальдегидом. Находят приме-
нение также смешанные меламино- и мочевиноформаль-
дегпдные смолы с различными соотношениями мелами-
на и мочевины.
Карбамидные смолы бесцветны, обладают достаточ-
но высокой теплостойкостью и светостойкостью. Они
широко используются в качестве связующего в пресс-
порошках, применяемых для изготовления строительных
деталей, в качестве клеев для соединения и пропитки
тканей и т. п. На основе мочевиноформальдегидных смол
получают пористый материал (мипору), имеющий высо-
кие теплозвукоизоляционные показатели и малую плот-
ность.
Кремнийорганические смолы относятся к особому
классу высокомолекулярных соединений. В своем соста-
ве наряду с органической частью они содержат неорга-
ническое вещество — кремний. Кремнийорганические по-
лимеры обладают повышенной аГмосферо- и светостой-
костью.
В строительстве кремнийорганические смолы приме-
няют в качестве лаков, эмалей, красок, а также для при-
дания гидрофобных (водоотталкивающих) свойств по-
верхности пористых материалов (мрамору, тканям, бу-
маге и т. п.).
Наполнители уменьшают расход связующего, что
снижает стоимость готового изделия, предотвращают
усадку при отверждении, придают высокую механичес-
кую прочность и т. д. В качестве твердых наполнителей
применяют непрерывное и рубленое стекловолокно,
стеклоткань, асбестовое волокно, древесную стружку,
опилки, тальк и др.
Пластификаторы снижают хрупкость пластмасс, уве-
личивают гибкость, эластичность и относительное удли-
нение, а также повышают морозостойкость материала.
Кроме того, они улучшают условия переработки пласт-
масс.
Для придания полимеру комплекса нужных свойств
применяют смеси пластификаторов, чаще всего такие,
68
как грибутилфосфат, дибутнлфталат, трикрезилфосфат
и др.
Стабилизаторы способствуют сохранению физико-
механических свойств пластмасс во времени и снижа-
ют скорость процессов деструкции (разложения) мате-
риалов под влиянием атмосферных условий, повышен-
ных температур, света и микробиологической коррозии.
По характеру действия стабилизаторы делятся на
актиоксиданты или термостабилизаторы (против тер-
моокислительной деструкции) и светостабилизаторы
(против фотолиза и фотоокнсления).
Антистатики уменьшают электризацию полимерных
материалов в процессе их переработки и эксплуатации
изделий из них. Способность полимерных материалов
накапливать заряды статического электричества объяс-
няется тем, что по своим свойствам многие из этих мате-
риалов (полиолефины, полнстирольные пластики, поли-
винилхлорид и др.) являются диэлектриками, т. е. обла-
дают значительным удельным поверхностным и объем-
ным электрическим сопротивлением, а следовательно, и
ничтожно малой проводимостью.
В качестве антистатика для пластмасс применяют
поверхностно-активные вещества и электропроводящие
наполнители (сажа, графит, порошки металлов).
§ 2.2. Основные виды конструкционных пластмасс,
их свойства и области применения
В строительстве наибольшее применение нашли стек-
лопластики и древесные пластики. Стеклопластики пред-
ставляют собой пластмассы, состоящие из стеклянного
наполнителя и связующего. В качестве последнего ис-
пользуют обычно ненасыщенные полиэфирные, эпоксид-
ные и фенолоформальдегидные смолы, а также некото-
рые термопласты. Наполнители в настоящее время
используются главным образом стекловолокнистые,
свойствами которых во многом определяются физико-
механические характеристики стеклопластиков.
Стеклянное волокно является для стеклопластика
своеобразной арматурой подобно металлу в железобе-
тоне. Смола выполняет роль связующего и в то же время
защищает стеклянные волокна от влияния внешней сре-
ды и способствует равномерному распределению уси-
лий, возникающих в них.
69
Рис. 1.22. Схема получения не-
прерывного стекловолокна
1—электрическая печь; 2 — замас-
ливающий аппарат; 3 — наматываю-
щий аппарат
По химическому составу стекло, из которого выра-
батывают волокна, может быть щелочным с содержани-
ем окиси натрия 5—15 % и малощелочным с меньшим
его содержанием. Прочность щелочного стекловолокна
ниже прочности малощелочного и в значительно большей
степени снижается при увлажнении. В связи с этим для
изготовления стеклопластиков применяют малощелоч-
ное стекловолокно.
Стекловолокно получают следующим образом (рис.
1.22). Расплавленная в печи стеклянная масса, проходя
через фильерные отверстия на дне печи, образует капли,
которые увлекают за собой тонкие волокна. Затем эти
волокна наматываются на вращающийся барабан.
Во время выработки стеклянные волокна следует
замасливать — наносить на их поверхность смеси орга-
нических или элементоорганических веществ из распла-
ва, раствора или эмульсии (рис. 1.22). Однако замасли-
ватели значительно снижают адгезию связующего к
стеклянному волокну, поэтому в дальнейшем замасли-
ватель со стекловолокна (если это необходимо) удаля-
ют и наносят новое покрытие — аппрет, которое спо-
собствует лучшему совмещению стекла и связующего..
Применяют три вида замасливателей — парафино-
вый, парафиновую эмульсию и спиртоканифольный.
В качестве аппретирующих веществ используют главным
образом оргаиосилановые соединения.
Стеклянное волокно имеет все положительные ка-
чества, присущие стеклу — негорючесть, высокую тепло-
стойкость, плотность, прозрачность, а также хорошие
механические показатели. Так, прочность малощелочно-
го волокна диаметром 6 мк превышает 2 ГПа, а модуль
упругости достигает 70 ГПа.
70
Непрерывные волокна, получаемые из расплава мас-
сивного стекла, приобретают новые качества, наиболее
важные из которых гибкость и высокая прочность при
растяжении.
Первичные стеклянные нити получают непосредст-
венно при выработке непрерывного волокна. Их приме-
няют в основном для изготовления пресс-материалов,
вырабатываемых на тех же предприятиях, где произво-
дится стекловолокно, так как транспортирование пер-
вичных нитей затруднено. На основе первичных нитей
производят пресс-материалы типа АГ-4С (ЛОС, АГ-4нС),
а также СВ AM (в последнем случае выработка первич-
ной нити совмещается с получением композиционного
материала). Первичные нити служат исходным сырьем
для получения также крученых нитей, стекложгутов и
стеклохолстов (стекломатов).
Тканые стекловолокнистые материалы благодаря их
хорошим технологическим свойствам широко использу-
ются в производстве изделий из стеклопластиков. Ком-
позиции на основе стеклотканей и связующих называ-
ются стеклотекстолитами.
Пресс-материалы. Принцип получения стеклопласти-
кового пресс-материала состоит в совмещении различ-
ными способами связующего и стекловолокнистого на-
полнителя, в результате чего образуется композиция,
удобная для дальнейшей переработки в изделие мето-
дом прямого или литьевого прессования.
Пресс-материалы типа СВАМ. Стекловолокниетый
анизотропный материал (СВАМ), являющийся одним из
первых отечественных стеклопластиков, получают не-
посредственно при выработке первичной стеклонити,
применяя связующее в качестве замасливателя.
Стеклоплавильное устройство с фильерной пласти-
ной совершает возвратно-поступательное движение
вдоль оси приемного устройства — барабана диаметром
1 м, длиной 3 м, на который наматываются нити (рис.
1.23).
После намотки определенного числа слоев пропитан-
ной нити однонаправленный материал срезают. В раз-
вертке он представляет собой квадратный лист разме-
ром 3X3 м2. Повернув лист на 90° относительно оси
барабана и вновь его закрепив, также наматывают необ-
ходимое число слоев пропитанной нити. Таким образом
получается стеклошпои с взаимно перпендикулярным
71
Рис. 1.23. Схема намотки СВАМ
/ — стеклоплавильная печь; 2 —волокна; 3—папылитель смолы; 4— бара-
бан
1 — шпулярник; 2 — стеклонить; 3 —лента; 4 — пропиточная ванна; 5 — су-
шильная камера; 6 — приемное устройство
расположением волокон. После сушки до определенного
содержания летучих веществ стеклошпон перерабатыва-
ют в изделия методом прямого прессования.
Пресс-материалы типа АГ-4С представляют собой
однонаправленную ленту, получаемую на основе круче-
ных стеклянных нитей и анплпно-фенолоформальдегид-
ной смолы, модифицированной бутваром (Р-2М).
Определенное число крученых стеклонитей сматыва-
ется со шпуль, установленных на шпулярнике, и, сбли-
жаясь, формируется в ленту, которая направляется в
пропиточную ванну. Затем она попадает в сушильное
устройство и после удаления растворителя наматывает-
ся в рулоны на приемном устройстве (рис. 1.24).
72
В последние годы начали выпускать пресс-материал
типа АГ-4нС, отличающийся от материала АГ-4С видом
наполнителя. В качестве наполнителя здесь используют
первичные стеклянные нити номера 22—24 м/г (диаметр
элементарного волокна 9—И мк). Физико-механические
свойства пресс-материала типа АГ-4нС несколько выше,
чем у материала типа АГ-4С; кроме того, он дешевле
последнего.
В отличие от пресс-материалов типа АГ-4С на осно-
ве крученых нитей ленточные пресс-материалы иа осно-
ве первичных нитей иногда называют ЛОС (лента од-
нонаправленная стеклянная).
Пресс-материалы типа АГ-4С предназначены для по-
лучения высокопрочных изделий методом прямого прес-
сования или намотки.
Пресс-материалы типа АГ-4В представляют собой
стекловолокнит, получаемый на основе срезов первич-
ной стеклонити и смолы Р-2М. Специально подготов-
ленный стекловолокнистый наполнитель смешивают с
фенолоформ альдегидной смолой в смесителях. Затем по-
лученный продукт выгружают и сушат. Пресс-материал
типа АГ-4В поставляют в виде волокнистой массы или
в таблетированном виде. Подобным образом готовят во-
локниты других типов на основе различных связующих.
Режимы прессования определяют заранее в зависимости
от вида п толщины изделия.
Для обычных или модифицированных фенолофор-
мальдегндных смол давление прессования должно со-
ставлять не менее 10 МПа, максимальная температура
прессования 140—150 °C, продолжительность выдержки
3—4 мин на 1 мм толщины получаемого изделия.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что
использование стеклопластиков в строительстве имеет
немало технико-экономических преимуществ, благодаря
которым они используются в строительстве главным об-
разом в виде ограждающих конструкций (стеновые и
кровельные панели), несущих строительных конструк-
ций, архитектурно-строительных деталей и изделий, са-
нитарно-технических изделий, декоративно-облицовочных
материалов, арматуры и опалубки для бетонных конст-
рукций.
В качестве ограждающих конструкций из листовых
стеклопластиков наибольшее применение нашли плоские
и волнистые полиэфирные стеклопластики, бесцветные
73
или окрашенные в различные цпета. Такие материалы
используются з большинстве случаев для покрытия про-
мышленных зданий и сооружений.
Большое распространение в промышленном строи-
те шстзе индустриальных районов, где такие материалы,
кал листовая сталь или асбестоцементные листы, быст-
ро подвергаются коррозии и разрушаются вследствие
влияния агрессивных газов, получают кровельные стек-
лэлластиковые материалы.
У нас в стране в настоящее время выпускают гладкие
и волнистые листы из стеклопластиков на основе смолы
ПН-1. Эти материалы имеют удовлетворительные физи-
ко-механические свойства, небольшой объемный вес,
светопрозрачность и хороший внешний вид. Их исполь-
зуют для устройства световых фонарей, покрытий про-
мышленных и общественных зданий (летних павильо-
нов, кафе и т. д.), навесов, балконных ограждений,
стеновых панелей и перегородок.
Плоские и волнистые листы из стеклопластиков (не-
прозрачные и прозрачные) целесообразно применять при
строительстве взрывоопасных помещений, а также зда-
ний и сооружений, расположенных в сейсмических рай-
нах. Такие синтетические материалы при разрушении
не дают осколков и имеют небольшую массу по сравне-
нию с другими строительными материалами.
Стеклопластики иа полиэфирных смолах применяют
для стеновых и кровельных панелей неотапливаемых
зданий, трехслойных панелей, различных профильных
изделий, а также в качестве защитного покрытия желе-
зобетонных конструкций, подвергающихся воздействию
агрессивных сред, а также периодическим заморажива-
нию и оттаиванию, например градирен. Защитное покры-
тие в этом случае наносят на поверхность элементов
методом контактного формования или напылением. Дол-
говечность железобетонных конструкций с защитным
покрытием увеличивается в несколько раз.
Волнистый стеклопластик на полиэфирных смолах
нашел широкое применение в нашей стране в качестве
обшивки башенных и вентиляторных градирен.
В строительстве промышленных, общественных и
сельскохозяйственных зданий и сооружений прозрачные
листовые кровельные материалы из стеклопластиков в
сочетании с другими кровельными и стеновыми материа-
лами используются для устройства отдельных прозрач-
74
ныл участков кровли и стен. Благодаря применению
прозрачных стеклопластиков стало возможным значи-
тельно упростить конструкцию фонарей многопролет-
ных промышленных зданий.
Погонажные элементы, изготовленные из стекло-
пластика типа АГ-4С, могут найти применение в конст-
рукциях ферм, прогонов, решетчатых стоек и т. д. Тех-
нология изготовления этих изделий, разработанная в
МИСИ им. В. В. Куйбышева, позволяет получать на
прессах погонажные изделия практически любого попе-
речного сечения и любой длины. Несущие конструкции,
изготовленные из таких профилей, целесообразно при-
менять в сооружениях, которые подвержены действию
агрессивных сред, а также «в радиопрозрачных», немаг-
нитных, электроизоляционных и других сооружениях
специального назначения.
Практическая возможность применения несущих кон-
струкций из пластмасс в различных областях строитель-
ства подтверждена многочисленными примерами осу-
ществленных сооружений во многих странах мира.
Наиболее эффективными конструкциями из пласт-
масс являются пространственные конструкции в виде
оболочек покрытия, в которых благодаря рациональной
геометрической форме в значительной степени компен-
сируется такой недостаток пластмасс, как повышенная
деформативность вследствие относительно низкого мо-
дуля упругости.
В оболочках покрытий благодаря совмещению несу-
щих и ограждающих функций материал используется
как правило более выгодно, чем в плоских конструкци-
ях. В пространственных конструкциях при одних и тех
же пролетах возникают значительно меньшие изгибаю-
щие моменты, чем в плоских. Относительный недоста-
ток пространственных конструкций — их более сложный
монтаж, особенно конструкций, состоящих из криволи-
нейных элементов. Из пластмасс, используемых для из-
готовления пространственных конструкций, преимущест-
венное распространение получили стеклопластики и пе-
нопласты.
Оболочки покрытий для неотапливаемых зданий и
сооружений выполняют из стеклопластика. Толщина'та-
ких оболочек исчисляется миллиметрами, поэтому в по-
давляющем большинстве случаев их собственный вес не
превышает 20 кг на 1 м2 перекрываемой площади, что в
75
10—12 раз меньше, чем железобетонной оболочки при
аналогичном пролете. Элементы оболочек из пластмасс
в основном соединяются на болтах. Реже применяют
соединения на клеях, а также в сочетании с болтами,
винтами,заклепками.
Древесные пластики—это материалы, полученные
соединением синтетическими смолами продуктов пере-
работки натуральной древесины. К ним относятся дре-
весно-слоистые пластики, древесно-волокнистые и дре-
весно-стружечные плиты, бумажный слоистый пластик
(гетпнакс) и др.
Древесно-слоистые пластики изготовляют из тонких
листов сушеного березового, липового или букового шпо-
на, пропитанного и склеенного между собой различны-
ми синтетическими смолами при высоком давлении и
температуре. В зависимости от расположения волокон
шпона в смежных слоях ДСП выпускаются несколько
марок. Для строительных конструкций наиболее пер-
спективна марка ДСП-Б, где через каждые 10—20 про-
дольных слоев шпона укладывают один поперечный слой.
Прочность древесно-слоистых пластиков превышает
прочность древесины вследствие уплотнения материала
прессованием п термической обработкой тонких слоев
древесного шпона, глубоко пропитанных прочными и
водостойкими смолами. Древесный шпон пропитывают
преимущественно резольными, фенолоформальдегидны-
ми или карбамидными смолами с последующей просуш-
кой.
ДСП выпускаются промышленностью в виде плит
следующих размеров: длина 0,7—5,6 м. ширина до 1,2 м,
толщина 3—60 мм. Плиты ДСП обладают хорошей во-
достойкостью, стойкостью к органическим растворите-
лям и маслам, легко поддаются механической обработ-
ке— пилению, строганию, фрезерованию и т.п.
Относительно высокая стоимость ДСП не позволяет
пока широко применять этот листовой материал для
крупных элементов строительных конструкций. Его при-
меняют в основном для изготовления средств соедине-
ния элементов конструкций в виде шпонок, нагелей, ко-
сынок, вкладышей.
Древесно-волокнистые плиты (ДВП) изготовляют из
хаотически расположенных волокон древесины, склеен-
ных канифольной эмульсией с добавлением для некото-
рых типов плит фенолоформальдегидных смол. Сырьем
76
для изготовления ДВП являются отходы лесопильных и
деревообрабатывающих производств (отрезки реек, гор-
быля, брусков), которые дробят в щепу и растирают в
специальных установках до волокнистого состояния.
При формовании плит без уплотнения на прессах полу-
чаются пористые ДВП, которые применяют для утеп-
ления, звукоизоляции и отделки стен, перекрытий и по-
крытий.
При длительном действии влажной среды древесно-
волокнистые плиты поглощают значительное количество
влаги, в результате чего набухают (в основном по тол-
щине) и теряют прочность.
Древесно-стружечные плиты (ПС и ПТ) получают
горячим прессованием под давлением древесных стру-
жек, пропитанных синтетическими термореактивными
смолами. Для изготовления ПС и ПТ применяют специ-
ально изготовленную стружку, полученную на деревооб-
рабатывающих станках, а также мелкую щепу (дроб-
ленку).
Специальную стружку изготовляют из низкосортной
древесины, отходов лесопиления и фанерного производ-
ства (рейка, горбыль, «карандаш»). Она имеет малые
размеры и высокую однородность, поэтому плиты, полу-
чаемые с ее применением, обладают высокими механи-
ческими свойствами и наиболее гладкой поверхностью.
В качестве связующего применяют фенолоформальде-
гидные, мочевиноформальдегидные и мочевино-мелами-
новые смолы.
Плиты облицовывают с одной или двух сторон дре-
весным шпоном, фанерой, бумагой, пленками и т. п. Об-
лицованные плиты имеют более высокие механические
показатели, ровную поверхность и хороший внешний
вид.
Изготовляют древесно-стружечные плиты методом
горячего прессования в этажных прессах или в специ-
альном прессе непрерывного действия. В последнем слу-
чае большинство древесных частиц укладывается волок-
нами перпендикулярно плоскости плиты (на ребро), и
изделия получаются менее прочными и более неоднород-
ными.
Механические свойства плит ПС и ПТ зависят от
плотности, вида и количества связующего, породы и раз-
меров древесных частиц. Количество смолы принимают
обычно до 10%, а древесной стружки — около 90 %
77
g Таблица 1.4. Расчетные характеристики пластмасс
Коэффициент
Сопротивления, МПа
Коэффициент
Модуль
Материал	нормативные на				расчешые на				однородности	длительного сопро- тивления	£ упругости, 		££, ГПа Е	G,. сДЕИга, _Jz_ . ГН U
	растя- жение, /;р	изгиб,	сжа- тие, с	срез, Ян ср	растя- жение, /гк P	изгиб, 7* н	* ft О ?J Ф Ф	срез ср				
								^ср				
					йр							
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	Г2	В
paci2iipe-
Стеклопластики
Полиэфирный ли- стовой (плоский н волнистый)	60	130	90	45	36 15	78 15	_54_ 15	27	0,6	0,2	6 3	—	0,1	25
								9						
	45Q		400		337	525	300	112,5			28,5			
СВАМ		70		150	160 60	250 90	140 75	50	0,75	0,5	24	—	0,13	10
Прессовочный АГ-4В марки В	80	120	100		36	54	60		0,75	0,6	—-	—	0,13	10
пластмасс. 2). Для полиэфирных стеклопластиков нормативные и расчетные сопротивления при срезе даны в
направлении, перпендикулярном плоскости листа. 3). Для стеклопластиков СВАМ. и АГ-4 расчетные характе-
ристики даны при соотношении продольных и поперечных стекловолокон 1 : 1 для усилий, действующих в направ-
' S пении стекловолокон.;
массы. С увеличением содержания связующего прочность
плит повышается, однако при этом значительно увели-
чивается себестоимость изделия, так как стоимость свя-
зующего составляет около 40—50 % стоимости всей
плиты.
При водопоглощении древесно-стружечные плиты
разбухают. Введение гидрофобных добавок снижает
разбухание плит до 10 %. Древесно-стружечные плиты
обладают малой теплопроводностью и высокой звукоизо-
ляционной способностью. Они хорошо поддаются обра-
ботке на деревообрабатывающих станках. Их применя-
ют в строительстве в качестве перегородок и для декора-
тивной отделки стен и потолков.
В настоящее время разработаны древесно-стружеч-
ные плиты, армированные металлической сеткой, кото-
рые могут найти применение в некоторых видах строи-
тельных конструкций.
§ 2.3. Влияние влажности и температуры на прочность
и деформативность пластмасс
Расчетное сопротивление пластмасс 7? при нормаль-
ных температурно-влажностных условиях принимают
равным произведению кратковременного расчетного со-,
противления Рк на коэффициент длительного сопротив-
ления &дл
*=ЛЧл=*ЧдЛл. '	0.7)
Длительный предел прочности ОдЛ , т. е. длительное
нормативное сопротивление материалов /?дЛ определяют
по формуле
Коэффициент длительного сопротивления материала
для различных предельных состояний устанавливают
при испытаниях до разрушения серии специальных об-
разцов, находящихся под длительной нагрузкой, при на-
пряжениях, составляющих определенную часть предела
прочности материала. В некоторых случаях коэффици-
ент длительного сопротивления определяют из условия,
максимально допустимой деформативности материала во
времени. Расчетные характеристики конструкционных
пластмасс приведены в табл. 1.4.
60
Расчетные сопротивления материалов, эксплуатируе-
мых в условиях воздействия атмосферной среды, повы-
шенных температуры и влажности, определяют умноже-
нием соответствующих расчетных сопротивлений на ко-
эффициенты условий работы:
(1-8)
йО=Лтю;	(1.9)
^'“=йт(тв;	(1.10)
Rf = Rmt,	(1.11)
где R1 и mt — расчетные сопротивления и коэффициенты условий
работы материалов, эксплуатируемых при -повышенных температурах;
Ra и т и — то же, при повышенной влажности; — расчетные
сопротивления при повышенных температуре и влажности; Rf, т/ —
то же, в атмосферных условиях.
Коэффициенты условий работы полимерных материа-
лов в конструкциях, работающих в различных условиях,
приведены в табл. 1.5—1.7.
Учет атмосферных и температурно-влажностных воз-
действий на модули упругости и сдвига материалов про-
изводится так же, как и для расчетных сопротивлений.
Деформативность полимерных материалов под на-
грузкой при расчете строительных конструкций с приме-
нением пластмасс по деформациям характеризуется
кратковременными и длительными модулями деформа-
ций и сдвига соответственно Ек и GK, Ё и G. Значения
Ек и GK находят из кратковременных статических испы-
таний стандартных образцов как отношение приращения
Таблица 1.5. Коэффициенты условий работы стеклопластиков,
эксплуатируемых в атмосферных условиях (т/)
Материал	Коэффициенты к рас- четным сопротивлениям Для районов		Коэффициенты к дли- тельным модулям уп- ругости н сдвига для районов	
	средней полосы	ЮЖНЫХ	средней полосы	ЮЖНЫХ
Стеклопластик полиэфир- ный листовой (плоский и волнистый)	0,75	0,65	0,85	0,8
Примечание. Приведенные коэффициенты условий работы
учитывают при эксплуатации в атмосферных условиях.
6-423
81
Таблица 1.6. Коэффициенты условий работы материалов в
конструкциях, эксплуатируемых при повышенной влажности (нг<о)
Материал	При длитель- ном увлаж- нении	При длительном пребывании в ус ловнях относи- тельной влаж- ности воздуха около
Стеклопластики СВАИ, АГ-4	0,7	0,85
Стеклопластик полиэфирный листо- вой (плоский и волнистый)	0,5	0,75
Таблица 1.7. Коэффициенты условий работы материалов в
конструкциях, эксплуатируемых при повышенных температурах (т()
Материал	Коэффициент при температуре, СС			
	40		60	
	к расчетному сопротивле- нию	к длительному модулю уп- ругости и 1 сдвига	1 1	к расчетному сопротивле- нию	к длительно- му модулю упругости и сдвига
Стеклопластик полиэфирный листовой (плоский и волни- стый) : при сжатий и растяжении при изгибе	0,6 0,4	о,6 0,4		—
Стеклопластики СВ AM, АГ-4	0,84	0,85	0,65	0,65
Пластики древесно-слоистые марки ДСП-Б	0,8	0,7	0,75	0,6
Примечания: I. Коэффициент условия работы материалов в
конструкциях, находящихся при /=20оС, принимают равным едини-
це, 2). При промежуточных температурах коэффициент условия ра-
боты материала определяют интерполяцией.
напряжения к приращению относительной деформации
образца.
. Длительные модули упругости и сдвига материалов
определяются длительными статическими испытаниями
стандартных образцов при уровне напряжений, равном
расчетному длительному сопротивлению материала, как
отношение напряжения к максимальной относительной
деформации образца (при затухании деформаций ползу-
чести).
82
РАЗДЕЛ II. ЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ОТ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
И БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ
ГЛАВА I. ЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ОТ ВОЗГОРАНИЯ
§ 1.1.	Горючесть древесины
Горение представляет собой реакцию соединения го-
рючих компонентов древесины с кислородом воздуха, со-
провождающуюся выделением тепла или дыма, появле-
нием пламени и тления. Возгорание древесины может
возникнуть в результате кратковременного нагрева ее
до температуры 250 °C или длительного воздействия бо-
лее низких температур. При горении происходит хими-
ческая деструкция (пиролиз) древесины. Вначале в
результате повышения температуры из древесины испа-
ряется влага и пока влага не испарится, температура
древесины остается 100 °C. С повышением температуры
до 150—210 “С древесина высыхает, изменяет цвет (жел-
теет), появляются первые признаки химической деструк-
ции — обугливание ее. Термическое разложение отдель-
ных компонентов древесины происходит при различной
температуре: гемицеллюлозы 160—170, целлюлозы 280—
380, лигнина 200—500 °C. Пиролиз древесины сопровож-
дается выделением летучих веществ, содержащих угле-
род: СО2, СО, С2Н4> С3Нв, СН4 и др.
Таким образом, при нагревании древесины до темпе-
ратуры пожаров (800—900 °C) происходит ее термичес-
кое разложение с образованием смеси газообразных
продуктов и твердого остатка в виде угля.
Различают две фазы горения древесины. Первая фа-
за пламенная — сгорание газообразных продуктов в
воздухе, вторая—тление угля, который при темпера-
туре 200 °C не обладает свойством летучести и спосо-
бен окисляться только в результате притока к нему кис-
лорода воздуха. Тление прекращается, если на поверх-
ности угля образуется тончайшая пленка золы. При
температуре 1100—1200 °C уголь приобретает свойство
летучести и способен гореть пламенем, повышая при
этом теплотворную способность древесины.
6*	83
Рис. 11.1. Огнестойкость раз-
личных деревянных элементов
Декки.
Спружка Аэрозом
Рис. 11.2. Зависимость прочно-
сти элементов от температуры
пожара
1 — стандартная кривая изменения
температуры во время пожара; 2—
остаточная прочность деревянного
элемента размером 50X100 мм; 3 —
остаточная прочность стального
элемента
Интенсивность горения зависит от подачи и количе-
ства кислорода воздуха, от поверхностной активности и
взаимного обогрева горящих поверхностей древесины.
Для полного сгорания 1 м3 древесины необходимо около
3000 м3 воздуха. Чем больше омываемая воздухом по-
верхность Frop данного объема древесины и чем интен-
сивнее движение воздуха (тяга), тем больше скорость
горения. Большое значение при этом имеет взаимный
обогрев горящих поверхностей. Деревянные элементы,
состоящие из отдельных досок с зазорами между ними,
быстрее нагреваются до температуры возгорания, чем
монолитные, в результате взаимного обогрева. На рис.
11.1 показана огнестойкость различных деревянных эле-
ментов. Наиболее огнестойкими являются клееные (а)
или массивные элементы из цельной древесины (б).
В бревне, распиленном на доски (в), образуются очагн
горения из-за взаимного обогрева и сохранения теплоты
между горящими поверхностями досок. Еще значитель-
нее происходит обогрев при горении пучка лучин или
стружек (г). Воздушная взвесь древесной пыли (д) яв-
ляется взрывоопасной.
§ 1.2.	Огнестойкость деревянных конструкций
В пожарном отношении деревянные строительные
конструкции часто неправомерно рассматриваются бо-
лее опасными, чем металлические или железобетонные.
Во время пожара незащищенные металлические или же-
84
лезобетонные конструкции быстро теряют прочность и
внезапно ломаются, в то время как деревянные массив-
ные конструкции очень медленно теряют свою несущую
способность. На рис. II.2 показаны температурная кри-
вая (/) и изменение прочности деревянного (2) и сталь-
ного (3) элементов одинаковой несущей способности в
условиях пожара. Под действием температуры деревян-
ный элемент (кривая /) главным образом благодаря
своей низкой теплопроводности значительно медленнее
теряет прочность, чем металлический элемент (кривая
2). В течении 20 мин, когда температура пожара достиг-
нет 800 °C, деревянный элемент размером 50ХЮ0 мм
сохраняет 40 % своей начальной прочности, в то время
как металлический элемент всего лишь 10 %. Чем боль-
ше размеры деревянного элемента, тем выше его огне-
стойкость.
Таким образом, следует выделять различные степени
огнестойкости зданий и сооружений, которые определя-
ются пределами огнестойкости основных строительных
конструкций и пределами распространения огня по этим
конструкциям.
Огнестойкостью называется способность строитель-
ных элементов и конструкций сохранять несущую спо-
собность, а также сопротивляться образованию сквозных
отверстий, прогреву до критических температур и рас-
пространению огня. Предел огнестойкости определяется
временем (в часах или минутах) от начала огневого
стандартного испытания образцов до возникновения
одного из предельных состояний элементов и конструк-
ций. Предельное состояние конструкций характеризует-
ся несущей способностью, теплоизолирующей способно-
стью (по повышению температуры на необогреваемой
поверхности) и плотностью.
Установленные в результате огневых испытаний в
специальных лабораторных печах с соблюдением стан-
дартного нарастания температуры пределы огнестойко-
сти деревянных конструкций приведены в табл. II. 1 для
зданий II степени огнестойкости.
При огневых испытаниях температурное воздействие
характеризуется зависимостью
7'-7'(> = 3451og1(1 (8/4- 1), °C,
где t — время от начала испытания, мин; Т — температура в печи за
время /; То — температура до теплового воздействия.
85
Таблица 11.1. Пределы огнестойкости деревянных конструкций
Основные деревянные конструкции	Предел огнестойкости, ч
Плиты, настилы, прогоны	0,5
Балки, фермы, арки, рамы	0,75
Колонны	2
Наружные стены из навесных пане- лей	0,5
Согласно СТ СЭВ 1000—78 предел огнестойкости де-
ревянных конструкций прямоугольного сечения можно
определить расчетом по прочности и устойчивости. Уста-
новлено, что в условиях пожара древесина сгорает с по-
стоянной скоростью, которая зависит от размеров и фор-
мы сечения и колеблется в пределах 0,7—1,8 мм/мин.
Обуглившийся наружный слой, имея очень низкий коэф-
фициент теплопроводности (в 4 раза меньше, чем у дре-
весины) , препятствует проникновению тепла и кислорода
в зону горения и тем самым защищает центральную
часть элемента от возгорания. Толщину слоя, который
может сгореть за определенное время, рассчитывают по
формуле
г = Готп,
где Vo — скорость обугливания, мм/мин; тп — время огневого воздей-
ствия, мин; т„ = Пр—т0; ПР — предел огнестойкости конструкции;
то — время возгорания; для незащищенной древесины равно 3 мин.
Расчет по прочности и устойчивости положения дере-
вянных конструкций при заданной огнестойкости произ-
водится на действие нормативных нагрузок с учетом
сечения, которое осталось после поверхностного сгора-
ния. При этом к расчетным характеристикам древесины
вводятся понижающие коэффициенты, которые зависят
от вида напряженного состояния.
Строительные материалы по возгораемости подраз-
деляются на три группы: несгораемые, трудносгораемые
и сгораемые. Группы возгораемости материалов устанав-
ливают при стандартных испытаниях. Сущность таких
испытаний состоит в определении признаков возгораемо-
сти образцов материала диаметром 45 мм, высотой
50 мм, объемом 80 см3 при действии температуры 800—
850 °C в течение 20 мин.
За предел распространения огня принимается раз-
мер поврежденной зоны образца в плоскости" конструк-
86
ции от границы зоны нагрева перпендикулярно к ней до
наиболее удаленной точки повреждения (обугливание
или выгорание) для вертикальных конструкций — вверх,
для горизонтальных — в каждую сторону. По этим испы-
таниям незащищенная древесина относится к группе
сгораемых материалов, поэтому необходимо применять
меры защиты древесины, переводящие ее в группу труд-
носгораемых материалов, а также соблюдать конструк-
ционные мероприятия, повышающие предел огнестойко-
сти деревянных конструкций.
§ 1.3.	Конструкционные и химические меры защиты
деревянных конструкций от пожарной опасности
При использовании деревянных конструкций следует
соблюдать мероприятия по их защите от возгорания.
С этой целью не рекомендуется применять конструкции
из неклееной древесины в условиях длительного нагревд,
если температура окружающего воздуха превышает
50 °C и для конструкций из клееной древесины 35 °C.
Деревянные конструкции должны быть разделены иа
части противопожарными преградами из несгораемых
материалов. В поперечном направлении здания противо-
пожарные диафрагмы устанавливают вдоль несущих
конструкций с шагом не более 6 м. Вентилируемые
ограждающие конструкции покрытий также должны
расчленяться диафрагмами из несгораемых материалов
на отсеки. Деревянные конструкции не должны иметь
сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым
может распространяться пламя, недоступное для туше-
ния.
В противопожарном отношении предпочтительнее де-
ревянные конструкции массивного прямоугольного сече-
ния с закруглениями, имеющие большие пределы огне-
стойкости, чем дощатые или клеефаиериые.
Опасны в пожарном отношении металлические на-
кладки, болты и другие детали соединительных и опор-
ных узлов деревянных элементов, так как они, являясь
проводниками тепла, снижают предел огнестойкости де-
ревянных конструкций, поэтому металлические узлы и
соединения необходимо тщательно защищать огнезащит-
ными покрытиями.
К химическим мерам защиты деревянных конструк-
ций'от возгорания относится применение пропитки огие-
87
защитными составами или нанесение огнезащитных
красок. Защитные средства, предохраняющие древесину
от возгорания, называются антипиренами. Огнезащит-
ные средства представляют собой вещества, способные
при нагревании разлагаться с выделением большого ко-
личества негорючих газов, либо увеличиваясь в объеме,
создавать защитный слой, препятствующий возгоранию
древесины и распространению по ней огня. Как прави-
ло, огнезащитные составы включают в себя смесь не-
скольких веществ и наносятся в виде водных растворов.
Способы нанесения антипиренов приведены в разд. X,
гл. 5.
К противопожарной защите древесины химическими
средствами следует относиться дифференцированно, все
зависит от условий эксплуатации конструкции, огнестой-
кости зданий и сооружений, размеров деревянных эле-
ментов и степени защищенности (глубины пропитки).
Для клееных конструкций рекомендуется применять
вспучивающиеся составы и антипирены, наносимые на
поверхность конструкций, для конструкций из цельной
древесины можно использовать пропиточные составы, а
для защиты деревянных элементов каркаса ограждаю-
Таблица II.2. Защитные средства, предохраняющие древесину от
возгорания
Наименование	Нормативный документ	Состав	Содержа ние по массе, % ' г	Примечания
I	2	3	4	5
Фосфатное огнезащит- ное покры- тие ОФП-9	Ог ГОСТ 23790—79	незащитные покрыти Полиметафосфаг натрия Гидроокись алю- миния Каолин или глина Зола уноса ТЭС Железный сурик или окись цинка Мочевина или тио- мочевина Растворитель — вода	я 40 15 15 5 20	Расход 0,5 — 0,7 кг/м2 Цвет — серый; на прочность древесины не влияет; не вызывает коррозии - ме- таллов
88
Продолжение табл. II.2
Наименование	Нормативный документ	Состав	* о . о. в w £. и tt ф Q О S я U a S	Примечания
1	2	3	4	5
Вспучиваю-	гост	Меламиномочеви-	31,9	Расход
щее покры- тие ВПД	25130—82	ноформальдегид- ная смола ММФ- 50 5 %-ный водный раствор натриевой соли карбоксил- целлюлозы Мелем Дициандиамид Амос марки А Растворитель — вода	15,9 18,4 6,3 27,5	0,7 кг/м2 Цвет — серый или белый
Пропиточные составы
МС 1:1	Инструкция ВСН 74-79	Диаммоний фосфат Сульфат аммония Фтористый натрий Растворитель — вода	7,5 7,5 2	Расход 66 кг/м3 Цвет древеси- ны не меняет; снижает проч- ность древеси- ны при сжатии вдоль волокон и при изгибе на 10 %; вызы- вает слабую коррозию ме- таллов
ББ-11	ГОСТ 23787.6—79	Бура техническая Кислота борная Растворитель — вода	10 10	Расход 50 кг/м3 Не окрашивает древесину; не вызывает Кор- розии ‘ метал- лов
МБ-1	ТУ-66 Латвийской ССР	Купорос медный Бура техническая Аммоний угле- кислый Кислота борная Растворитель — вода	2,7 3,6 5,3 3,4	Расход 60 кг/м3 Окрашивает древесину в светло-зеленый цвет
89
Продолжение табл. 11.2
Наименование	Нормативный документ	Состав	Содержа- ние по массе, %	Примечания
1	2	3	4	5
ТХЭФ		Т рихлорэтилфос- фат ТУ 6-05-1611- 78 Четыреххлори- стый	углерод ГОСТ 4.75	40 60	Расход 60 кг/м3 Цвет древеси- ны не меняет; не	снижает прочность дре- весины; не вы- зывает корро- зии металлов
щих конструкций требуется глубокая пропитка антипи-
ренами под давлением.
Указанные в табл. II.2 антипирены ОФП-9, ВПД, МС
1 : 1, ТХЭФ повышают предел огнестойкости конструк-
ций сечением менее 120X120 мм на 5 мин и уменьшают
пределы распространения огня по деревянным конст-
рукциям (по вертикали менее 40 см, по горизонтали ме-
нее 25 см) и переводят древесину в группу трудносгора-
емых материалов.
Г Л А В А 2. БИОВРЕДИТЕЛИ ДРЕВЕСИНЫ И УСЛОВИЯ
ИХ РАЗВИТИЯ
Биологические вредители древесины и материалов
на основе древесины наносят огромный ущерб народному
хозяйству страны. К биологическим вредителям древе-
сины относятся некоторые виды бактерий, дереворазру-
шающие грибы, жуки-древоточцы, термиты и морские
древоточцы (некоторые виды моллюсков и рачков).
До настоящего времени разрушающее воздействие на
древесину бактерий исследовано пока недостаточно. Ус-
тановлено, что отдельные виды анаэробных бактерий
вызывают брожение некоторых веществ, входящих в со-
став древесины, в результате чего снижается прочность
строительных конструкций, находящихся в грунте, на-
пример, свай.
Одним из наиболее распространенных вредителей
древесины являются грибы, разделяемые на лесные, бир-
90
жевые (складские) и домовые. Лесные грибы поражают
главным образом растущие деревья, на срубленной дре-
весине они не развиваются. Пораженная лесными гриба-
ми древесина относится к низким сортам. Применение
ее в строительстве возможно и не представляет опасно-
сти как источник гнилостного заражения деревянных
конструкций и элементов.
Биржевые грибы имеют много разновидностей. Они
поражают складированную древесину, в основном сопри-
касающуюся с грунтом. В некоторых случаях биржевые
грибы, например, пластинчатые (заборный гриб, грибы
рода лензитес и т. д.), приводят в дефектное состояние
деревянные конструкции, эксплуатирующиеся на откры-
том воздухе (столбы, мачты, башни) или их части, со-
прикасающиеся с грунтом. Многие биржевые грибы из-
меняют окраску поверхности или заболонной части дре-
весины, но не снижают ее прочности.
Наиболее серьезную опасность для деревянных стро-
ительных конструкций и элементов представляют домо-
вые грибы, из которых особо следует выделить четыре
вида: настоящий домовый гриб Serpula lacrymans (Ме-
ruliys lacrymans Schum.), белый домовый гриб Corio-
los vaporarius (Fr.) Bond et Sing (Poria oaporaria Pers),
пленчатый домовый гриб Coniophora puteana Fr. (Conio-
phora cerebella) и шахтный или пластинчатый домовый
гриб (Paxillus pantioides Fr.).
Разрушение древесины вследствие жизнедеятельнос-
ти грибов называется гниением. Оно протекает при тем-
пературе от 4-3 до Ч-45°С. Принято считать, что,оно
начинается при средней влажности древесины не ниже
18—20%. Для возникновение гниения необходимо на-
чальное увлажнение древесины до появления в ее по-
лостях капельно-жидкой влаги, последующее же увлаж-
нение происходит в результате химического разложения
древесины при участии гриба. Под водой из-за отсутст-
вия доступа воздуха гниение прекращается. Возмож-
ность гниения исключена, если в сооружении поддержи-
вается такой температурно-влажностный режим, при ко-
тором влажность древесины составляет не более 2Q%.
Доступ воздуха является одним нз условий развития
гниения, которое может происходить даже при незначи-
тельном воздухообмене. Однако при интенсивном возду-
хообмене древесина высушивается, что отрицательно
сказывается на гниении.
91
Грибы размножаются спорами или кусочками грибни-
цы. Споры, легко переносимые на большие расстояния
ветром, дождевой водой или насекомыми, попав в тре-
щины и щели деревянных элементов конструкций, про-
растают, образуя тонкие грибные нити-гифы, толщина
которых составляет 5—б мкм. Гифы проникают в толщу
древесины, образуя внутреннюю грибницу, а на поверх-
ности скапливаются в виде ватооб'разных пушистых тел,
образуя наружную грибницу илн воздушный мицелий.
Кроме воздушного мицелия гриб по поверхности древе-
сины образует тяжи и шнуры, а при благоприятных ус-
ловиях — плодовые тела. В особом слое (гименофоре)
плодовых тел образуются споры гриба. Грибница домо-
вых грибов питается в основном клетчаткой древесины
(целлюлозой), вызывая деструктивную трухлявую гниль
древесины, которая характеризуется наличием на пора-
женных участках древесины как продольных, так и по-
перечных трещин. При приложении даже небольшого
усилия разрушенная древесина легко распадается и рас-
тирается пальцами. Деструктивную гниль разделяют на
мелкую, среднюю и крупную.
Биохимический процесс разрушения древесины дест-
руктивной гнилью состоит из двух этапов:
1-ый — осахаривание целлюлозы под действием кис-
лых ферментов, выделяемых клетками гриба, с получе-
нием водорастворимой глюкозы
СвН16О5 + Н2О —► CeH12Oe;
2-й — окисление глюкозы в результате жизнедеятель-
ности гриба
С„н12ов + 6О2 6СО2 + 6Н2О.
Таким образом, для 1-го этапа требуется некоторое
начальное количество воды. На 2-ом этапе из воздуха
потребляется кислород, а выделяется вода и углекислый
газ, причем воды выделяется в шесть раз больше, чем
требуется на I-om этапе, т. е. происходит самоувлажне-
ние древесины.
Рассмотрим признаки наиболее распространенных ви-
дов домовых грибов. Настоящий домовый гриб Serpula
lacrymans, часто в литературе именуемый мерулиус,
развиваясь, образует крупные белые ватообразные ско-
пления, которые разрастаются и покрываются пятнами
канареечно-желтого цвета. В этом виде он чаще всего
встречается на древесине. Кроме канареечно-желтых пя-
92
Рис. П.З. Плодовые тела домо-
вых грибов
а—настоящий домовый гриб; б —
белый домовый гриб; в —пленча-
тый домовый гриб; г—шахтный
(пластинчатый домовой гриб)
тен встречаются пятна розового, фиолетового и оливко-
вого цветов. Со временем наружная грибница, содер-
жащая шнуры и тяжи из ватообразной массы тех цве-
тов, превращается в тонкую пленку грязно-серого цвета.
Развитое плодовое тело гриба коричневого цвета по кра-
ям имеет беловатую окраску (рис. II.3, а). Гименофор в
начальной стадии имеет форму червеобразных складок,
а в подсохшем состоянии приобретает трубчато-складча-
тое строение. Споры желто-коричневые, образуют вокруг
гриба пылевидные скопления. Начало развития настоя-
щего домового гриба происходит при относительной
влажности древесины, составляющей 19—22 °/о  Разви-
тие гриба возможно в диапазоне влажности древесины
25—150 % и температуре от —2 до +35 °C. Гниль — кру-
пнопризматическая. Гриб способен разрушать древесину
как хвойных, так и лиственных пород.
Белый домовый гриб Coriolos vaporarius (Fr.) Bond
et Sing, так же как и настоящий домовый гриб, на пора-
женной древесине образует грибницу, шнуры и плодо-
вые тела. Однако пышная ватообразная наружная гриб-
ница и шнуры этого гриба всегда, даже при отмирании,
сохраняют белую окраску. Белые ватные образования
встречаются либо в виде пышных подушек, либо в виде
93
сережек. Белые пленки гриба иногда содержат шнуро-
видные выступающие прожилки. Шнуры гриба белого
цвета сохраняют свою эластичность и после подсыхания.
Плодовое тело гриба белого цвета по виду напоминает
пышную подушку (рис. 11.3,6). В подсохшем состоянии
плодовое тело приобретает кремовый цвет. Споры белого
домового гриба буро-коричневые. Гниль — крупноприз-
матическая, светло-коричневая или коричневая.
Пленчатый домовый гриб кониофора (Coniophora
puteana Fr.) иа пораженной древесине образует слабо-
развитую грибницу, шнуры и плодовые тела. Наружная
грибница гриба желтого цвета со временем опадает, и
приобретает коричневую окраску. Шнуры гриба корич-
невого или почти черного цвета, очень тонкие с большим
количеством разветвлений. Пленки и налеты гриба жел-
товатого или светло-коричневого цвета и со светлыми
краями быстро переходят в плодовые тела, представля-
ющие собой сплошные пленки. Плодовые тела — корич-
невого или оливкого цвета с беловатыми или светло-жел-
тыми лучистыми краями (рис. П.З, в). Поверхность
плодового тела может быть покрыта извилинами, бугор-
ками, либо может быть гладкой. Плодовое тело легко от-
делимо от древесины. Споры — буро-коричневые. Гниль—
среднепризматическая или мелкопризматическая. Обыч-
но развитие гриба происходит при большой влажности
древесины. Пленчатый домовый гриб разрушает древе-
сину как хвойных, так и лиственных пород.
Шахтный или пластинчатый домовый гриб (Paxillus
panuoides Fr.). Пластинчатый домовый гриб (рис. П.З, г)
имеет грибницу, шнуры и плодовые тела. Скудные ва-
тообразные образования, встречающиеся чрезвычайно
редко, имеют желтовато-зеленоватую окраску. Пленки,
налеты и шиуры имеют также желтовато-зеленоватую ок-
раску, причем шнуры' в основании имеют лиловый цвет,
меняющийся при развитии на темный, почти черный.
Пластинчатый домовый гриб развивается при очень вы-
сокой влажности древесины (50—70 %) и воздуха
(100 %) в диапазоне температур от 8—23°C. Гниль —
мелкопризматическая красная или красно-бурая с золо-
тистыми прослойками.
Энтомологическими разрушителями деревянных кон-
струкций являются насекомые: жесткокрылые — жуки,
перепончатокрылые — рогохвосты; чешуйчатокрылые —
бабочки и ложносетчатокрылые — термиты. В отличие от
94
грибов насекомые способны разрушать как сырую, так
и сухую древесину, Повреждения древесины, именуемые
червоточиной, представляют собой совокупность ходов и
отверстий, проделанных самими насекомыми или их ли-
чинками. В основном древесину повреждают не сами на-
секомые, а их личинки, для которых древесина являет-
ся источником питания.
Среди насекомых — вредителей древесины наиболее
распространены жуки. Развитие всех жуков проходит че-
рез четыре стадии: яйцо, личинка, куколка, взрослое на-
секомое. Самки откладывают яйца в мелкие трещины, в
старые летные отверстия, а в редких случаях —и на по-
верхность древесины.
Личинки появляются через одну-две недели и, обла-
дая твердыми челюстями, вбуравливаются в древесину,
прогрызая ее. Часть непереваренной древесины выбра-
сывается личинкой в виде буровой муки, которая забивает
проделанный ход. Развитие личинок внутри деревяй-
ных конструкций продолжается от одного года до не-
скольких лет, после чего происходит окукливание. Разви-
тие куколки продолжается относительно недолго (две-
три недели) и завершается появлением молодого жука.
Молодой жук прогрызает летное отверстие в тонкой nej
регородке, отделяющей проделанный личинкой ход от
наружного воздуха, и вылетает через него. Жуки появ-
ляются в начале лета и живут до конца августа — нача-
ла сентября.
Рассмотрим некоторые виды Жуков, а) Жуки-точиль-
щики. распространены во всех климатических зоййх
СССР. Они разрушают древесину почти всех хвойных И
лиственных пород. Некоторые виды жуков-точилыцйков
в период спаривания издают стук (тиканье), создавае-
мый ударами головы о стенки хода. Продолжительность
жизни жуков-точильщиков составляет 8—10 сут. В тече-
ние этого срока они откладывают яйца и погибают. Раз-
рушителями древесины являются мелкие личинки жуков-
точильщиков с телом белого цвета и головкой темно-ко-
ричневого цвета.
Из жуков-точильщиков наиболее часто встречаются
следующие виды:
мебельный точильщик (Anobium punctatum Deg.),
Мебельный точильщик (рис. П.4, а) —жук темно-буро-
го цвета длиной 2,5—5 мм. Надкрылья покрыты полос-
ками из точек. Личинки жука белого цвета имеют с-об-
95
Рис. 11.4. Жучки-точильщики
а — мебельный точильщик (жук и личинка); б
личинка); в — гребнеусый точильщик (жук)
разно изогнутое тело длиной до 6 мм, снабженное тремя
парами грудных ног. Самка мебельного жука-точилыци-
ка откладывает яйца только в затемненные части дере-
вянных строительных конструкций, мебели и т. д. Лет-
ные отверстия мебельного жука-точильщика имеют
овальную форму, диаметр их составляет 1—2 мм. При
благоприятных условиях мебельные точильщики в тече-
ние одного года могут дать два поколения потомства;
домовый точильщик (Priobium pertinax L.) (рис. II.
4, б) — жук черно-бурого цвета с двумя золотистыми
пятнами из волосков в задних углах переднеспинки. Длина
жука составляет 4,5—5 мм. Личинка домового точиль-
щика по виду такая же, как личинка мебельного точиль-
96
щика, но длина ее составляет 7 мм. Самка жука откла-
дывает яйца в щели и старые летные отверстия. Диа-
метр летных отверстий домового точильщика 2,5—3 мм.
Наибольшему разрушающему воздействию подвергают-
ся части деревянных конструкций, выполненных в основ-
ном из древесины хвойных пород, которые расположены
в местах периодического увлажнения;
гребнеусый точильщик (Ptilinus pectinicomis L.) име-
ет длину 3—5 мм (рис. II.4, в). Он поражает главным об-
разом древесину лиственных пород, но встречается так-
же на древесине хвойных пород. Несколько поколений
гребнеусого точильщика способны полностью развивать-
ся без вылета жуков на поверхность деревянных конст-
рукций. Когда же будет разрушена почти вся древесина,
происходит массовый вылет жуков.
К жукам-точильщикам, являющимся вредителями
древесины, часто относят хлебного точильщика. Прове-
денные в 1975 г. опыты показали, что этот жук древеси-
ну не поражает.
б) Жуки-усачи.
Размеры жуков-усачей и их личинок достигают зна-
чительной величины, соответственно 20—25 и 25—35 мм.
Разрушителями древесины являются личинки, которые
прогрызают ходы, часто близко подходящие к поверхно-
сти древесины, но не затрагивающие ее.
К семейству усачей относятся:
черный домовый усач (Hylotrupes bajulus L.)—жук
черно-бурого цвета (рис. II.5, а), плоское тело которого
покрыто мелкими волосками, образующими на надкрыль-
ях легко стирающиеся пятна (по- два на каждом над-
крылье). Шарообразная сверху переднеспинка имеет два
блестящих пятна. Длина жука 8—22 мм, а длина усиков
не превышает половины длины тела. Личинка домового
усача желтовато-белого цвета, головка ее бурая, сильно
втянутая в переднегрудь. Грудные ножки (три пары)
развиты слабо. Длина личинки максимально составляет
22 мм. Самка откладывает яйца (около 200 шт.) в ще-
ли. Развитие личинки, выползающей из яйца через 14—
20 дней, продолжается 2—12 лет. Личинка прогрызает
ход, эллиптическое сечение которого с ростом личинки
увеличивается. Ход, забитый буровой мукой, направлен
вдоль волокон древесины. Куколка жука белого цвета.
Через 2—3 недели после окукливания появляется моло-
дой жук, который до полугода продолжает существовать
7-423
97
Рис. 11.5. Жуки-усачи (жуки и
личинки)
а — усач черный домовый: <5 — усач
одноцветный (рыжий) домовый
в древесине; лет жуков происходит в июне — августе.
Диаметр летного отверстия 5—10 мм. Поражается глав-
ным образом древесина хвойных пород, однако встреча-
ются также поражения древесины лиственных пород.
Черный домовый усач чаще всего нападает иа бревенча-
тые части построек — стропила, балки, а также на стол-
бы, особенно если их древесина имеет повышенную влаж-
ность;
одноцветный (рыжий) домовый усач (Stromatium
unicolor 01.)—жук буровато-желтого цвета с черными
глазами (рис. II,5, б). Приплюснутое тело жука с шаро-
образной по виду сверху переднеспинкой имеет длину
10,5—25 мм. Усики жука равны длине тела (у самок) или
превышают ее (у самцов). Длина личинки не превышает
30 мм. Мясистая личинка с телом белого цвета и с бурой
головкой имеет три пары крючковидных ножек. Личин-
ки образуют в древесине перепутанную систему ходов,
забитых буровой мукой. Куколка жука белого цвета.
Развитие с момента окукливания до появления молодого
жука составляет 2—4 недели. Лет жуков происходит в
середине лета. Общая продолжительность развития жука
98
3 года. Одноцветный домовый усач нападает на древеси-
ну хвойных и лиственных пород;
в) Прочие виды жуков:
бороздчатый древогрыз (Lyctus linearis Goeze).
Бороздчатый древогрыз (рис. II.6, а) — жук темно-
или желто-коричневого цвета длиной 2,5—5 мм с почти
цилиндрической формой тела. Переднеспинка сверху име-
ет бочковидную форму, по середине проходит продоль-
ная бороздка. Личинки жука подковообразные, утолщен-
ные в головной части. Куколки грязно-серого цвета. Про-
межуток времени от окукливания до появления молодого
жука составляет около 1 мес. Летные отверстия круг-
лой-или овальной формы имеют диаметр 1—1,5 мм. Ли-
чиночные ходы, забитые тонкой буровой мукой, распо-
ложены во всех направлениях. Бороздчатый древогрыз
поражает главным образом древесину лиственных пород,
ослабленную гниением;
одноцветный древогрыз (Lyctus brunneus Steph.). От-
носительно недавно этот жук вместе с импортируемой из
Африки древесиной был завезен в Европу и, не имея ес-
тественных врагов, в настоящее время обнаружен во мно-
гих странах, в том числе в СССР.
Жук одноцветный древогрыз (рис. II.6, б) небольших
размеров, имеет приплюснутую форму тела. Цвет тела
коричневый. Жук поражает мертвую сухую древесину.
В древесине, в деревянных конструкциях, находящихся
на открытом воздухе, жук дает одно-два поколения в год.
В древесине, хранящейся в закрытых складах, и в дере-
вянных конструкциях, защищенных от действия низких
температур, жук дает три-четыре поколения в год;
долгоносик-трухляк (Codiosoma spadix Hbst.) — мел-
кий блестящий жук темно-коричневого цвета длиной
2—3 мм (рис. 11.6,1s). Головка вытянута в виде хоботка,
по бокам ее расположены коленчатые усики. Передне-
спинка у головы более узкая, чем у туловища. Тело жу-
ка имеет грушевидную форму. Белая личинка долгоио-
сика-трухляка безногая и слегка изогнута. Жук в течение
3—4 мес живет в древесине, где совместно с личин-
ками прокладывает ходы и разрушает древесину. Про-
деланные ходы могут располагаться близко одни к дру-
гим, вследствие чего в местах сильного разрушения кроме
буровой муки содержится древесная труха. Долгоно-
сик-трухляк обычно поражает древесину хвойных пород,
7*
99
Рис. П.6. Некоторые виды жу-
ков— вредителей древесины (жу-
ки и личинки)
а — бороздчатый древогрыз; б — одно-
цветный древогрыз; в — дологоносик-
трухляк; г —свайный жук
находящуюся в местах постоянного увлажнения и уже
поврежденную гниением;
свайный жук (Nacerda melanura L.) красновато-жел-
того цвета с черными на вершине надкрыльями имеет
размеры 9—13 мм (рис. II.6, г). Личинка свайного жука
100
Рис. 11.7. Термиты
а — термит с крыльями; б — мура-
вей с крыльями (в отличие от му-
равья с крыльями термит не имеет
перетянутой талии)
Рис. 11.8. Морские древоточцы
а—двустворчатый моллюск Teredo navalis;
б — лимнория; в — келюра
светло-желтого цвета, с тремя парами развитых ножек.
На брюшке личинки (на третьем и четвертом члениках)
расположены парные выросты, способствующие ее пере-
движению. Длина личинки может достигать 30 мм. Ли-
чинки развиваются в сильно увлажненной древесине.
Жук поражает древесину свай, балки сырых помещений,
главным образом первых этажей и т. п. Личиночные хо-
ды обычно направлены вдоль волокон древесины. В по-
раженных деревянных элементах личинки скапливаются
в большом количестве и разрушают древесину, превра-
щая ее в труху. Лет жуков происходит в мае—июне. Для
выхода молодой жук прогрызает отверстие овальной или
круглой формы размером 3—6 мм.
Термиты (Jsoptera) (рис. II.7) относятся к подотря-
ду ложносетчатокрылых насекомых. Внешне онй похожи
на белых муравьев. Живут образуя большие общества.
В отличие от жуков в их развитии отсутствует стадия ку-
колки. Гнездятся термиты, встречающиеся на территории
СССР, в земле и поражают находящиеся в соприкосно-
вении с ней части деревянных конструкций. Древесина
разрушается термитами изнутри. В СССР термиты встре-
чаются в Закавказье и в Средней Азии.
Морские древоточцы насчитывают более 150 различ-
ных видов, В морях обитают морские древоточцы, отно-
101
сящиеся к группе двустворчатых моллюсков семейства
Teredinidae родов тередо (Teredo) и банкия (Bankia), а
также относящиеся к группе ракообразных — лимно-
рия (Limnoria) и хелюра (Chelura).
Взрослый моллюск тередо, обитающий в морях
СССР, может достигать длины 140—250 мм и диаметра
6—12 мм. Тередо обитает в районах Черного, Азовского
Японского н возможно Варенцова морей.
Крупный двустворчатый моллюск банкня достигает
длины до 500—800 мм при диаметре 10—20 мм, он пред-
ставляет собой разновидность моллюска тередо, обита-
ющего в северной части Японского моря (рис. II.8, а).
Моллюски тередо и банкия обычно разрушают древеси-
ну изнутри вдоль волокон. Площадь поперечного сечения
ходов может составлять до 90 % площади деревянного
элемента.
Лимнория — морской древоточец группы ракообраз-
ных имеет длину тела 2—7 мм. Рачок водится в Барен-
цевом, Черном и Японском морях (рис. 11.8, б).
Морской древоточец хелюра также распространен в
районах Варенцова, Черного и Японского морей. Хелю-
ра разрушает как раннюю, так и позднюю древесину.
Биология хелюры (рнс. 11.8, в) почти не изучена. Мор-
ские древоточцы группы ракообразных разрушают дре-
весину с ее поверхности.
ГЛАВА 3. КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ХИМИЧЕСКИЕ
МЕРЫ ЗАЩИТЫ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
ОТ БИОВРЕДИТЕЛЕЙ
§ 3.1.	Общие сведения
В строительной практике находит применение как
конструкционная, так и химическая защита деревянных
конструкций от биологических вредителей. Для борьбы
с гниением пригодна конструкционная и химическая за-
щита, а для борьбы с насекомыми — только химическая
защита. Мероприятия по защите древесины и материа-
лов, изготовленных с ее применением, разделяются на
профилактические и активные (если поражение гнилью
или насекомыми уже имеет место). Все защитные меро-
приятия должны носить планомерный характер. Это ка-
102
сается выбора средств защиты и осуществления мер по
защите в соответствии со строительным законодательст-
вом.
§ 3.2.	Конструкционные мероприятия по защите
деревянных конструкций от гниения
Суть конструкционных мероприятий по борьбе с гни-
ением сводится к тому, чтобы обеспечить воздушно-су-
хое состояние деревянных элементов здания, что
достигается устройством гидро-, пароизоляционных сло-
ев, препятствующих увлажнению древесины грунтовой,
атмосферной или конденсационной влагой, или обеспе-
чением надлежащего режима для удаления из древеси-
ны влаги.
Недопустимая влажность древесины может возник-
нуть в результате атмосферных осадков, капиллярной
влаги, поступающей из частей зданий, соприкасающихся
с древесиной, а также в результате увлажнения конден-
сатом.
Конструкционные мероприятия по борьбе с недопус-
тимым увлажнением древесины при эксплуатации сле-
дующие:
предотвращение увлажнения атмосферными осадка-
ми увеличением свесов крыши, надлежащим отводом во-
ды с крыш, устройством достаточно большого (не менее
30 см) разрыва между поверхностью грунта и нижней
отметкой расположения деревянных элементов здания
для предотвращения увлажнения брызгами падающей
сверху воды и др. Деревянная наружная обшивка долж-
на быть по возможности водонепроницаемой, причем при
выпадении осадков вода не должна попадать в обшивку
и скапливаться там;
удаление влаги из сырых помещений (что в первую
очередь касается подпблий). Сюда входит обеспечение
достаточно хорошей вентиляции с тем, чтобы средняя
относительная влажность воздуха в них была по воз-
можности ниже. Для этой цели необходимо иметь опре-
деленное^ число приточных и вытяжных вентиляционных
отверстий (продухов). По поверхности грунта рекомен-
дуется устраивать гидроизоляцию. При прямом воздей-
ствии влаги на деревянные элементы в сырых помеще-
ниях, например в душевых, поверхность этих элементов
должна быть защищена гидроизоляционным покрытием;
103
Таблица П.З. Химические составы для защиты деревянных конструкций от биовредителей
Составы для защиты деревянных конструкций от биоповреждений				Свойства состава	Рекомендации к применению
наименование, норматив- ные документы	компоненты	содержание компонентов, % по массе	концентрация раствора, %		
1	2	3	4	5	б
ХМБ-444 (ТУ 65-14-23-75)	Бихромат натрия или бихромат калия Медный купорос Кислота бориая Вода	5 5 5 85	15	Трудновымываемый, древесину окрашивает в зеленоватый цвет, не препятствует склеива- нию, вызывает коррозию металлов	Используется как внут- ри, так и снаружи поме- щений
ХМББ-3324 (ГОСТ 23787.2—79)	Бихромат натрия или бихромат калия Купорос медный Кислота борная Бура техническая Вода	2,5 2,5 3,3 1,7 90	10	То же	То же
КФА (ОСТ 6-08-2-75)	Аммоний кремиефто- ристый Вода	10 90	10	Легковымываемый, не окрашивает древесину, не препятствует склеи- ванию, вызывает слабую коррозию металлов	Используется внутри по- мещений, не рекоменду- ется к применению при контакте с цементом, из- вестью н алебастром
	1	
ТФБА	Теграфторборат ам-	10
(ТУ 6-08-297-74)	мония	
	Вода	90
ББ-32	Бура техническая	12
(ГОСТ 23787.6—79)	Кислота бориая	8
	Вода	80
ФН	Фтористый иартий	3,5
(ГОСТ 2871—75 с	Вода	96,5
изм.)		
1			
	10	То же	Используется внутри по- мещений, снаружи поме- щений применяется с по- следующим нанесением влагозащитных покры- тий
	20	Легковымываемый, не препятствует склеива- нию древесины, безопа- сен для людей и живот- ных	Для защиты конструк- ций овощехранилищ и животноводческих ферм
	3,5	Легковымываемый, не окрашивает древесину, вызывает Коррозию ме- таллов	Применяется внутри по- мещений, снаружи поме- щений используется с по- следующим нанесением влагозащитных покры- тий
защита древесины от увлажнения капиллярной вла-
гой, поступающей из соприкасающихся с ней частей зда-
ния, устройством гидроизоляции. Гидроизоляционные
прокладки рекомендуется делать под опорными частя-
ми деревянных балок, нижней обвязкой стен, опорными
плоскостями стоек при опирании их на бутовую кладку
или бетон и т. д.;
борьба с образованием конденсата состоит в следу-
ющем. Многослойные ограждающие строительные кон-
струкции и их элементы должны иметь такой порядок
расположения слоев и их толщину, чтобы устранить воз-
можность скопления конденсата. При проектировании не-
обходимо осуществлять поверочный теплотехнический
расчет ограждающих конструкций;
предотвращение увлажнения древесины бытовой вла-
гой, сводящееся к содержанию в надлежащем состоянии
систем водоснабжения и канализации (отсутствие про-
течек), просушке помещений после мытья полов и т. д.
К конструктивным мероприятиям по борьбе с гние-
нием следует отнести правильный подбор породы древе-
сины для изготовления соответствующих деревянных кон-
струкций или элементов.
§ 3.3.	Химическая защита деревянных конструкций
и элементов от биологических вредителей
Химические средства для защиты древесины от био-
вредителей называются антисептиками, причем химиче-
ские средства, предназначенные для защиты древесины
от поражения грибами, называются фунгицидами, а от
поражения насекомых — инсектицидами. Защитные сред-
ства изготовляются на основе неорганических (соли) и
органических соединений. Водорастворимые средства для
защиты древесины поставляются в виде солей, сухих
смесей солей или паст. Как правило для химической за-
щиты древесины используют водные растворы солей.
Органические вещества применяют в сочетании с органи-
ческими разбавителями или растворителями, а также с
соответствующими добавками, например пигмента, ста-
билизатора, эмульгатора и т. д.
Маслянистые защитные средства (каменноугольное
масло, антраценовое и т. д.) помимо масел содержат
растворитель и другие добавки. Как правило маслянис-
тые средства из-за их специфического запаха использу-
106
ют для защиты деревянных конструкций и деталей, экс-
плуатирующихся на открытом воздухе или в воде. На-
пример, для защиты древесины от морских древоточцев
применяют пропитку креозотовым маслом.
Согласно СНиП III-19-75, химические средства, при-
меняемые для защиты деревянных конструкций от бйо-
вредителей, разделяются на: а) влагозащитные лаки и
эмали; б) антисептические водные и малянистые пропи-
точные составы и пасты. Основные химические составы,
применяемые для защиты деревянных конструкций от
биовредителей, приведены в табл. II.3.
Выбор средств для биологической защиты древесины
осуществляется с учетом условий эксплуатации деревян-
ных конструкций или элементов (на открытом воздухе,
в закрытых помещениях и т. д.), назначения защитного
средства, а также способа защитной обработки древеси-
ны (нанесение кистью, роликом или напылением, окуна-
ние, пропитка под давлением и т. д.), химической совме-
стимости защитных средств с другими материалами. При
повторной защитной обработке деревянных конструкций
выбор защитного средства зависит также от химической
совместимости вновь используемого защитного средства
с примененным ранее. Если для защитной обработки при-
менялись водорастворимые составы (соли), то для по-
вторной обработки пригодны органические средства. Од-
нако если при предшествующей обработке древесины
использовались маслянистые составы, то последующая
обработка древесины водными растворами солей невоз-
можна из-за гидрофобных свойств масла.
Существуют различные способы химической защиты
древесины, которые рассматриваются в разд. X, гл. 5.
РАЗДЕЛ III. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
ЦЕЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
§ 3.1. Основы расчета элементов конструкций цельного
сечения по предельным состояниям
Элементы конструкций рассчитывают по методу пре-
дельных состояний. Предельным называется такое со-
стояние конструкции, за пределами которого дальней-
шая эксплуатация ее невозможна.
Для конструкций из дерева и пластмасс имеют зна-
чение главным образом два вида предельных состояний:
1) по несущей способности (прочности, устойчивости),
2) по деформациям (прогибам, перемещениям). Расчет
по первому предельному состоянию производится на рас-
четные нагрузки, а по второму предельному состоянию
производится на нормативные нагрузки, т. е. без учета ко-
эффициента перегрузки. Проф. д-р техн, наук Н. С. Стре-
лецкий сформулировал основной принцип всякого инже-
нерного расчета, который состоит в том, чтобы было
соблюдено условие неразрушимости. Исходя из этого
принципа наибольшая возможная или, иначе сказать, пре-
дельная нагрузка должна быть меньше или равна наи-
меньшей несущей способности конструкции, вычислен-
ной с учетом рассеяния показателей качества материа-
ла, нагрузок и условий работы конструкции, а также с
учетом фактора времени.
В СНиП П-25-80, введенном в действие 1 января
1982 г., расчетные сопротивления установлены в зависи-
мости от сорта древесины сосны и ели, а расчетные со-
противления древесины других пород определяются ум-
ножением основных расчетных сопротивлений на соот-
ветствующие коэффициенты. В соответствии со СНиП
П-25-80, в табл. III.1 даны расчетные характеристики
Таблица III.1. Расчетные сопротивления сосны (кроме
веймутовой), ели, лиственницы европейской и японской
Напряженное состояние и характеристика элементов	Расчетные сопротивления, МПа, для сортов древесины		
	1	2	3
1. Изгиб Ru, сжатие R: и смятие /?см вдоль волокон; 108			
Продолжение табл. 111.1
Напряженное состояние и характеристика элементов	Расчетные сопротивления, МПа, для сортов древесины		
	1	2	3
а) элементы прямоугольного сече- ния (за исключением указанных в подпунктах «б», «в») высотой до 50 см	14	13	8,5
б) элементы прямоугольного сечения шириной свыше 11 до 13 см при высоте сечения свыше 11 до 50 см	15	14	10
в) элементы прямоугольного сечення шириной свыше 13 см прн высоте сечения свыше 13 до 50 см	16	15	11
г) элементы из круглых лесоматери- алов без вырезок в расчетном сечении 2. Растяжение вдоль волокон, /?р	—	16	10
а) неклееные элементы	10	7	—
б) клееные	»	12	9	—
3. Сжатие Яеэо и смятие Ясмэо по всей площади поперек волокон 4. Смятие поперек волокон, /^смэо» мест- ное:	1.8	1,8	1,8
а) в опорных частях конструкции, лобовых врубках и узловых при- мыканиях элементов	3	3	3
б) под шайбами при углах смятия 90—60° 5. Сдвиг вдоль волокон, /?сн:	4	4	4
а) прн изгибе неклееных элементов	1,8	1,6	1,6
б)- при изгибе клееных элементов	1,6	1,5	1,5
в) з лобовых врубках для макси- мального напряжения	2,4	2,1	2,1
г) местное в клеевых соединениях для максимального напряжения	2,1	2,1	2,1
109
Иродолжение табл. Ill 1
Напряженное состояние я характеристика элементов	Расчетные сопротивления. МПа, для сортов древесяны		
	1	2	3
6. Сдвиг поперек волокон, Reuse			
а) в соединениях неклееных эле- ментов	1	0,8	0,6
б) в соединениях клееных элементов	0,7	0,7	0,6
7. Растяжение поперек волокон элемен- тов из клееной древесины.Rt98	0,35	0,3	0,25
Примечания: 1) расчетное сопротивление древесины мест-
ному смятию поперек волокон на части длины (при длине незагру-
женных участков не менее длины площадки смятия и толщины эле-
ментов). кроме случаев, оговоренных в и. 4 табл, III.1, определяют
по формуле
Л“90 = ЛсМэо + /см+ 1>2)’
где Иеыдо — расчетное сопротивление древесины сжатию и смятию
по всей поверхности поперек волокон (п. 3 табл. Ш.1); /см— длина
площадки смятия вдоль волокон древесины, см;
2)	расчетное сопротивление древесины смятию под углом а
к направлению волокон вычисляют по формуле

sin3a;
/?ж =
3)	расчетное сопротивление древесины сдвигу под углом к на-
правлению волокон находят по формуле
/?ск
----1 ^sin3a
^СК9О /
4)	в конструкциях построечного изготовления значения расчет-
ных сопротивлений на растяжение, принятые по п. 2, а этой таблицы,
следует снижать на 30 %;
5)	расчетное сопротивление изгибу для элементов настила и об-
решетки под кровлю нз древесины 3-го сорта следует принимать
13 МПа.
древесины сосны и ели при длительном действии стати-
ческой нагрузки, а в табл. III.2— коэффициенты пересче-
та расчетных сопротивлений для древесины других по-
род.
110
Условия работы конструкций учитывают умножени-
ем расчетных сопротивлений, приведенных в табл. III.1,
на соответствующие коэффициенты условий работы:
а)	прн различных условиях эксплуатации значения даны в
табл. Ш.З;
Таблица II 1.2, Переходные коэффициенты к расчетным
сопротивлениям табл. МЫ для установления расчетных
сопротивлений древесины других пород
Древесные породы	Коэффициент /л.в для расчетных сопротивлений		
	растяжению, изгибу- сжа- тию и смятию ВДОЛЬ ВОЛО- КОН, кр. яи. ^с’ ^см	сжатию я смятию попе- рек волокон, ^C90’ ^CMSG	сдвигу Лсд
Хвойные:			
лиственница, кроме евро- пейской и японской	1,2	1,2	1
кедр сибирский, кроме Красноярского края	0,9	0,9	0,9
кедр Красноярского ярая, сосна веймутова	0,65	0,65	0,65
пизта Твердые лиственные:	0,8	0,8	0,8
дуб	1,3	2	1,3
ясекь, клен, граб	1,3	2	1,6
акация	1,5	2,2	1,8
береза, бук	1,1	1,6	1,3
ВЯЗ, ИЛЬМ Мягкие лиственные:	1	1,6	1
ольха, липа, осина, то- поль	0,8	1	0,8
Пр имечание. Коэффициенты, указанные в таблице для конст-
рукций опор воздушных линий электропередачи, изготовляемых из
непрочитанной антисептиками лиственницы (при влажности г£Г25 %
умножают на коэффициент 0,85.
Ill
Таблица 111.3. Предельная влажность и коэффициенты условий
работы конструкций
Темпера* турно- влажност- ные ус- ловия	Условия эксплуатации конструкции	Максимальная влаж- ность древесины для конструкций, %		Коэффициент тв
		клееных	иеклееных	
А1	Внутри отапливаемых помеще- ний при температуре до 35 °C. относительной влажности воз- духа: до 60 %	9	20	1
А2	св. 60 до 75 %	12	20	1
АЗ	» 75 » 95 %	15	20	0,9
Б1	Внутри неотапливаемых поме- щений: в сухой зоне	9	20	1
Б2	в нормальной зоне	12	20	1
БЗ	в сухой и нормальной зо-	15	25	0,9
В1	нах с постоянной влажно- стью в помещении более 75 % и во влажной зоне На открытом воздухе: в сухой зоне	9	20	0,9
В2	в нормальной зоне	12	25	0,85
ВЗ	во влажной зоне	15	25	0,85
Г1	в частях зданий н соору-	—	25	0,85
Г2	жений, соприкасающихся с грунтом илн находящихся в грунте постоянно увлажняемых	- . -	Не огра-	0,75
ГЗ	находящихся в воде	—	ничива- егся То же	0,75
Примечания: 1. Применение клееных деревянных конструк-
ций в условиях эксплуатации А1 при относительной влажности воз-
духа ниже 45 % не допускается. 2. В неклееных конструкциях, эксп-
луатируемых в условиях В2, ВЗ, когда усушка древесины не вызы-
вает расстройства или увеличения податливости соединений, допуска-
ется использовать древесину с влажностью до 40 % при условии ее
защиты от гниения,
б)	для конструкций, эксплуатируемых при установившейся тем-
пературе воздуха до -|-35°С — на коэффициент тт—1; при темпера-
туре + 50 °C— на коэффициент тт=0,8. Для промежуточных зна-
чений температуры коэффициент принимают по интерполяции;
в)	для конструкций, в которых напряжения в элементах, возни-
кающие от постоянных и временных длительных нагрузок, превыша-
ют 80 % суммарного напряжения всех нагрузок, — на коэффициент
Щд = 0,8;
112
г)	для конструкций, рассчитываемых с учетом действия кратко-
временных (ветровой, монтажной или гололедной) нагрузок, а также
нагрузок от тяжения н обрыва проводов воздушных ЛЭП и сейсми-
ческой на коэффициент тв;
Нагрузка	Коэффициент тн	
	для сопротивле- ния всех видов, кроме смятия поперек волокон	ДЛЯ смятия поперек волокон
1. Ветровая, монтажная, кроме указан-	1,2	7,4
ной в п. 3	1,4	1,6
2. Сейсмическая 3. Для опор воздушных линий электро-		
		
передачи:	1,45	1,6
гололедная, монтажная, ветровая при гололеде, от тяжения проводов		
		
при температуре ниже среднегодо* _ вой	1,9	2,2
при обрыве проводов и тросов		
д)	для изгибаемых, внецеитренно сжатых, сжато-изгибаемых и
сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более
50 см расчетные сопротивления изгибу и сжатию вдоль волокон
на то;
Высота сечения, си	50 и ме- нее	60	70	80	100	120 н бо- лее
Коэффициент тъ	1	0,96	0,93	0,90	0,85	0,8
е)	для изгибаемых, внецеитренно сжатых, сжато-изгнбаемых и
сжатых клееных элементов в зависимости от толщины слоев расчет-
ные сопротивления изгибу, скалыванию и сжатию вдоль волокон
на коэффициент /псл;
Толщина слоя, мм	19 н менее	26	33	42
Коэффициент т,,;1	1,1	1,05	1	0,95
ж)	для гнутых элементов конструкций расчетные сопротивления
растяжению, сжатию н изгибу на коэффициент п1и;
8-423
113
Напряженное состояние	Коэффициент тги при отношении г*'а			
	150	200	250	500 и бо- лее
Сжатие м изгиб, 7?с; Ли	0,8	0,9	1	1
Растяжение, Rr	0,6	0,7	0,8	1
Примечание, r„ — радиус кривизны гнутой доски или брус-
ка; а — толщина гнутой доски, брусиа в радиальном направлении,
и) для растянутых элементов с ослаблением в расчетном сече-
нии и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой
в расчетном сечении — коэффициент /Ио=0,8;
к) для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипирена-
ми под давлением, коэффициент то=0,9.
При расчете по второму предельному состоянию мо-
дуль упругости древесины принимают; вдоль волокон
£=10 000 МПа, поперек волокон £9о = 400 МПа, а мо-
дуль сдвига относительно осей, направленных вдоль и
поперек волокон, G = 500 МПа, Коэффициент Пуассона
древесины поперек волокон при напряжениях, направ-
ленных вдоль волокон, принимают 1/90;п=О,5, а вдоль
волокон при напряжениях, направленных поперек воло-
кон, i4i9o = 0,02.'
Для конструкций, которые находятся в различных
условиях эксплуатации, подвергаются повышенной тем-
пературе, совместному воздействию постоянной и времен-
ной длительной нагрузок, модули упругости (£ и G) ум-
ножаются на коэффициенты пп. а, б, в табл. Ш.З. Кро-
ме того, в СНиП II-25-80 предусматривается, что в случае
расчета конструкций на устойчивость и по деформиро-
ванной схеме модуль упругости древесины следует при-
нимать Е' = 300/?с, где Rc—расчетное сопротивление
сжатию вдоль волокон по табл. III.1. Физико-механичес-
кие характеристики фанеры марки ФСФ и бакелизиро-
ванной даны в СНиП 11-25-80, для различного вида
пластмасс они изложены в специальной литературе, а
для основных из них были приведены в разд. I.
114
§ 3.2. Центральное растяжение
Деревянные элементы, работающие на центральное
растяжение, рассчитывают по наиболее ослабленному
сечению:
Ор = ЛГ/Fht < Ярт<Р	(Ш.1)
Коэффициент то=О,8 учитывает концентрацию напря-
жений, которая возникает в местах ослаблений. При оп-
ределении необходимо учитывать волокнистую струк-
туру древесины.
Если считать, что площадь и жесткость волокон дре-
весины одинаковы, то в сечении 1—1 (рис. Ш.1) все во-
локна будут загружены одинаково. В первом отверстии
у сечения 2—2 часть волокон будет перерезана, в связи
с чем их усилия будут переданы соседним волокнам, ко-
торые окажутся нагруженными сильнее. Таким образом
распределение растягивающих напряжений в сечении
3—3 будет неравномерным. На расстоянии 3 между от-
верстиями эта неравномерность будет постепенно вырав-
ниваться. Однако если расстояние S невелико, то вырав-
нивания не произойдет, а так как в сечении 4—4, где
находятся два отверстия, часть волокон ими будет так-
же вырезана, то соседние пока сильно нагруженные во-
локна еще получат дополнительные усилия. В результа-
те усилия в отдельных волокнах могут достичь их пре-
дела прочности на растяжение, что приведет к разрыву
волокон, передаче усилий с них соседним волокнам и их
последующему разрыву. Так как разрыв будет в наибо-
лее слабых местах волокон, то разрушение элемента про-
изойдет по зигзаг^, как показано на рис. Ш.1.
Из изложенного следует, что при определении пло-
щади ослабления Ент надо учитывать расстояния S меж-
ду соседними ослаблениями. В СНиП 11-25-80 в связи с
Разрыв по зигзаги
Рис. 1Ц.1. Центральное растяжение элемента
8*
П5
этим устанавливается, что при определении Рят все ос-
лабления, расположенные на участке длиной до 200 мм,
следует принимать совмещенными в одном сечении.
Применительно к рис. III. 1 по этому требованию при
5^200 мм FKt = b(fi—2d), а при S<200 мм FHT=b(h—
—3d).
§ 3.3. Центральное сжатие
Пластические свойства древесины при центральном
сжатии проявляются значительно сильнее, чем при рас-
тяжении, поэтому при расчете на прочность ослабление
учитывают только в рассчитываемом сечении, а при рас-
чете на устойчивость, во-первых, особо учитывают зону
работы древесины, в которой модуль упругости нельзя
считать постоянным, и, во-вторых, принимают во внима-
ние невозможность обеспечения при защемлении элемен-
та угла поворота, равного нулю.
Расчет на прочность производят по формуле
oe = NIFn<Rc,	(Ш.2)
где У — действующее в элементе усилие; FBT — площадь нетто в рас-
считываемом сечении.
Расчет на прочность необходим главным образом
для коротких стержней, для которых условно длина
6Более длинные элементы, не закрепленные в по-
перечном направлении связями, следует рассчитывать
на продольный изгиб, который состоит в потере гибким
центрально сжатым прямым стержнем своей прямоли-
нейной формы, что называется потерей устойчивости.
Потеря устойчивости сопровождается искривлением оси
стержня при напряжениях, меньших предела прочности.
Устойчивость стержня определяют критической нагруз-
кой, теоретическое значение которой для абсолютно
упругого стержня было в 1757 г. определено Эйлером
формулой
VKP= n2EJ/F0,	(П1.3)
где Е — модуль упругости; / — минимальный момент инерции стерж-
ня; Zo — расчетная длина стержня, зависящая от схемы опирания
концов и распределения нагрузки по длине стержня, вычисляемая
по формуле /о=Цо/; I — свободная длина стержня; р,0 — коэффи-
циент, который принимают равным: 1) в случае загружения продоль-
ными силами по концам стержня: при шарнирно-закрепленных кон-
цах, а также при шарнирном закреплении в промежуточных точках
элемента!; при одном шарнирно-закрепленном и другом защемленном
конце 0,8; при одном защемленном и другом свободном нагруженном
116
конце 2,2; при обоих защемленных концах 0,65; 2) в случае распре-
деленной равномерно по длине элемента продольной нагрузки: при
обоих шарнирно-закрепленных концах 0,73; прн одном защемленном
и другом свободном конце 1,2.
Расчетную длину пересекающихся элементов, соеди-
ненных между собой в месте пересечения, следует при-
нимать равной: при проверке устойчивости в плоскости
конструкций — расстоянию от центра узла до точки пе-
ресечения элементов; при проверке устойчивости из пло-
скости конструкции: а) в случае пересечения двух сжа-
тых элементов — полной длине элемента; б) в случае
пересечения сжатого элемента с неработающим — значе-
нию А, умноженному на коэффициент р0:
> + <П,Л|
где li, М, Fi — полная длина, гибкость и площадь поперечного сече-
ния сжатого элемента, /г, Аг, F? — полная длина, гибкость и площадь
поперечного сечения неработающего элемента.
Значение р0 следует принимать не менее 0,5;
в) в случае пересечения сжатого элемента с растянутым
равной по величине силой — наибольшей длине сжатого
элемента, измеряемой от центра узлов до точки пересе-
чения элементов.
Разделим левую и правую части равенства (Ш.З) на
площадь стержня F:
NKV/F = ^EJ/Fll
Так как радиус инерции стержня г=К7/7, а гиб-
кость стержня №=10/г, то после подстановки значений
г/,, получим
окр = л2£7/.2.	(Ш.5)
Известно, что коэффициент продольного изгиба <р яв-
ляется отношением критического напряжения к пределу
прочности, т. е. поправочным коэффициентом, на кото-
рый следует умножить предел прочности, чтобы полу-
чить критическое напряжение
<Р = ОКР/Япч-	(Ш.6)
В формуле (III.5) выразим <укр через значение <р/?Пч,
тогда получим
<₽ = л2£/А2У?цч.
117
Рис. III.2. Зависимость дефор-
маций от напряжений о— е при
сжатии древесины
Рис. II1.3. Коэффициент про-
дольного изгиба при различных
гибкостях
Так как для абсолютно упругого материала E=const,
а предел прочности материала без учета рассеяния для
данного материала также постоянен, то можно считать,
что
л2£/7?пч = А.	(III-7)
Окончательно будем иметь формулу для определения
коэффициента продольного изгиба
<р=А/Лг.	(III. 8)
Для каждого материала А имеет свое значение. В ча-
стности, для древесины А=3000, для фанеры А=2500,
для полиэфирного стеклопластика А = 1097; для органи-
ческого стекла А=580 и т. д. В связи с тем, что древе-
сина является упругопластическим материалом, ее мо-
дуль упругости можно считать постоянным только до
предела пропорциональности. На рис. III.2 показана
зависимость о—е при сжатии древесины, из которого
видно, что за пределом пропорциональности модуль уп-
ругости, характеризуемый углом наклона касательной к
горизонтали, резко меняется.
Уравнение (III.8) является гиперболической кривой
и называется гиперболой Эйлера. Если построить эту
кривую, то будет видно (рис. III.3), что при малых гиб-
костях, когда критическое напряжение превышает пре-
дел пропорциональности, коэффициент продольного из-
гиба получается больше 1, чего по существу быть не
может.
Вопросом расчета на продольный изгиб при работе
стержня за пределом пропорциональности занимались
11S
Рис. III.4. Виды ослаблений элементов
а — vlq выходящие на кромку; б — выходящие на
кромку
многие ученые за рубежом, например,
Энгессер, Карман, Тетмайер, а в Рос-
сии Ф. С. Ясинский, который обращал
большое внимание на явление про-
дольного изгиба за пределом упругой
работы и указывал на необходимость
в этом случае для каждого материала
находить соответствующую экспери-
ментальную кривую. В СССР такая
работа для древесины была проведе-*
на ЦНИИПС. Для кривой ЦНИИПС
Д. А. Кочетковым было подобрано
аналитическое выражение, которое используется и в на-
стоящее время:
q>= 1 — а(Л/Ю0)»
(III.9)
Для древесины коэффициент а=0,8, для фанеры а—
= 1. В точке Х=70 кривая ЦНИИПС и гипербола Эйле-
ра имеют общую касательную. Кривую ЦНИИПС ис-
пользуют при гибкостях 0—70, а формулу Эйлера при
Х>70. Формула Эйлера может быть распространена и
за предел пропорциональности, если ввести в расчет
приведенный модуль упругости £к, например для прямо-
угольного сечения
£K = 4£/(j/£/£7 + l)2,	(ШЛО)
где Еа — переменный модуль упругости, определяемый по экспери-
ментальной диаграмме сжатия материала (см. рис. Ш.2) в той ее
точке, для которой ищут критическую гибкость.
E„ = d aide = tg р.
Зная, как определить коэффициент продольного из-
гиба, расчет на продольный изгиб выполняют по формуле
»с=М/ф7иет<1?с,	(III. 11)
где £расч — расчетная площадь поперечного сечения элемента, кото-
рая принимается равной: 1) при ослаблениях, не выходящих иа
кромки (рис. Ш.4,а): а) если их площадь не превышает 25 %
то £р«оч = £вР; б) если площадь ослаблений превышает 25 % £бр, то
£расч=	2) при симметричных ослаблениях, выходящих иа
кромку (рис, Ш.4, б), £рЯ1Ч=£И1. Здесь £бР — площадь сечення брут-
то, гН1 — площадь сечения нетто.
119
Таблица II 1.4. Предельные гибкости элементов конструкций
Предельная
гибкость >-тах
Элементы конструкций
Сжатые пояса, опорные раскосы и опорные стой-	120
ки ферм, колонны	
Прочие сжатые элементы ферм и других сквозных	150
конструкций	
Сжатые элементы связей	200
Растянутые пояса ферм в вертикальной плоско-	150
сти	
Прочие растянутые элементы ферм и других	200
сквозных конструкций	
Для опор воздушных линий электропередачи
Основные элементы (стойки, приставки, опорные
раскосы)
Прочие элементы
Связи
150
175
250
Гибкость элементов конструкций не должна превы-
шать значений, приведенных в табл. III.4.
§ 3.4.	Изгибаемые элементы
Изгибаемые элементы рассчитывают по первому и
второму предельным состояниям, или иначе на прочность
и жесткость. В расчете по первому предельному состоя-
нию используют расчетную нагрузку, а при определении
прогиба нормативную нагрузку, т. е. без учета коэффи-
циента перегрузки.
Расчет деревянных элементов на изгиб по нормаль-
ным напряжениям производят приближенно. При более
точном методе потребовался бы учет различных значе-
ний модулей упругости в сжатой и растянутой зонах
(рис. III.5). Из этого рисунка видно, что в сжатой зоне
развиваются большие пластические деформации, кото-
рые нарушают прямолинейность распределения нормаль-
ных напряжений по высоте сечения. Таким образом,
нормальные напряжения определяют при двух допущени-
ях: во-первых, считается, что модули упругости в растя-
нутой и сжатой зонах равны, т. е. ЕС = ЕР, и во-вторых,
принимается прямолинейное распределение напряжений
по высоте элемента, как это показано на рис, III.6.
120
Рис. III.5. Относительная
приведенная (напряжения в
долях от Кич, а деформа-
ции в %) диаграмма рабо-
ты древесины при растяже-
нии и сжатии
]—при растяжении (модуль
упругости tg0); 2 — при сжатии
(модуль упругости tg а)
Рис. III.6. Распределение нор-
мальных напряжений по высоте
поперечного сечения при попереч-
ном изгибе балки
При этих допущениях нормальные напряжения в эле-
ментах, обеспеченных от потери устойчивости плоской
формы деформирования:
аи = Л1/и7ят/кб < /?и.	(III. 12)
При определении Ц7НТ ослабления сечений, располо-
женные на участке длиной 200 мм, совмещаются в одно
сечение; то — коэффициент, учитывающий размеры се-
чения.
Прочность проверяют в сечении, где действуют наи-
большие изгибные напряжения и, кроме того, в тех сече-
ниях, в которых имеютсяОслабления. Прн расчете бревен
следует учитывать «сбег» бревна, который принима-
ют 0,8 см на 1 м длины. Следует иметь в виду, что брев-
на обладают большей прочностью на изгиб, в связи с
чем их расчетное сопротивление изгибу больше, чем у
досок и брусьев. Это связано с тем, что в бревнах нет
перерезанных волокон, которые даже при наличии ко-
сослоя имеют длину от одной опоры до другой и, кроме
того, пороки имеют в бревнах меньшее влияние.
Известно, что Д. И. Журавским было установлено
наличие в элементах, работающих на поперечный изгиб,
121
не только нормальных, но также и касательных напря-
жений, поэтому разрушение элемента может произойти
как от нормальных, так и от касательных напряжений в
зависимости от того, какие из них раньше достигнут
предела прочности. Касательные напряжения особенно
опасны, например при больших сосредоточенных гру-
зах, расположенных недалеко от опор, или в балках
двутаврового сечения.	—
В однопролетных элементах прямоугольного попереч-
ного сечения, загруженных равномерно распределенной
нагрузкой, разрушение от касательных напряжений бу-
дет происходить при сравнительно небольшом отноше-
нии длины к высоте поперечного сечения.
Такие отношения можно установить следующим об-
разом: так как Mmax=ql2/8; W=bh2l6; Q=ql/2-,
S = bh2/8, и J=bks/\2, то будем иметь:
Ra = GqPISbh2 откуда b = 3qP/4h‘RB;	(Ш. 13)
RCK = 12qlbh2l 16Z>2/i3, откуда b = 3ql/4hRCK. (III. 14)
Приравняв (III.13) к (III.14), после сокращения по-
лучим
l/h = R„/RCK.	(III. 15)
Например, для пп. la, б, в (см. табл. III.1) получим
значения отношений, показанных в табл. (III.5).
На прочность от касательных напряжений проверяют
по формуле
t = QS/W6p<1?ck.	(Ш. 16)
где Q — расчетная поперечная сила; S — статический момент брут-
то сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси; Ze₽ —
Таблица II 1.5. Отношение l/h для элементов прямоугольного
сечения, загруженных равномерно распределенной нагрузкой в
однопролетных схемах, при котором дальнейшее уменьшение будет
приводить к разрушению от касательных напряжений
Характеристика элементов	Сорт древесины	
	I	п | ш
Изгиб неклееных элементов:		
высотой до 50 см (кроме указанных в пп. б, в) шириной свыше 11 до 13 см при высоте сечения свыше 11 до 50 см	7,78 8,33	8,12 5,31 8,75 6,25
шириной свыше 13 см при высоте сечения свыше 13 до 50 см	8,89	9,37 6,87
122
момент инерции брутто; Ь —ширина сечения; Яся — расчетное со-
противление сдвигу.
Помимо расчета на прочность изгибаемые элементы,
особенно при их малой ширине, проверяют также на ус-
тойчивость плоской формы деформирования:
% = Мч>м%> * дн.	(III. 17)
где м__максимальный изгибающий момент на рассматриваемом
участке /Р; W'bp—момент сопротивления брутто; <рм — коэффициент
устойчивости изгибаемых элементов, шарнирно закрепленных от сме-
щения нз плоскости изгиба и закрепленных от поворота в опорных
сечениях, определяемый по формуле
Фм = 140	(Ш. 18)
Ь, Л —ширина и высота поперечного сечения элемента; /р — рас-
стояние между опорными сечениями элемента, а при закреплении
сжатой кромки элемента, в промежуточных точках от смещения из
плоскости изгиба — расстояние между этими точками; — коэф-
фициент, зависящий .от формы эпюры моментов на участке и оп-
ределяемый в соответствии с формулами, приведенными в табл. Ш.6;
кам — коэффициент, который вводят прн подкреплении из плоскости
Таблица 111.6
Форма эпюры моментов				*<p	
			при закреплении толь- ко no концам уиастка 1Р	при закреплении по- койном и растянутой ат момента М кромке
	IIIHIIHIHHIII s] ,		j.		t	1
		*1	1,75 - 0,75Л	3 	 , 0	1 2i-d.
S -г			2-(0,5+00 2 -1 < oLK £7	3 . 	 ,-2 < oUO 2 + А
1	—г 			2	У5+0.3(с/1р)
t	1р	г 	WHHLLL^ si			1,13	1,13
			2,54	2,32
123
изгиба в промежуточных точках растянутой кромки элемента на
участке 1р н определяют по формуле
fenM= 1 4- [0,142 Zp/h + 1,76h/lp + 1,4% -1] mW ф- 1; (III.19)
ар — центральный угол, рад определяющий участок /р элемента
кругового очертания (для прямолинейных элементов ар = 0); т —
число подкрепленных (с одинаковым шагом) точек растянутой кром-
ки на участке 7Р (кроме крайних точек). При т>4 значение т^/т2 +-1
следует принимать 1.
Как указывалось ранее, изгибаемые элементы прове-
ряют по второму предельному состоянию на жесткость
по формуле
/о = *Ри/3/-Е7бР,	(HI. 20)
Таблица III.7
Поперечное сечение балки	Расчетная схема	к	c
Прямо- угольное		fl	0
	t		
То же	L	Jp	о,23-ю;ТТЛ	16,4 + 7,6)6
•> >	C| .di IP	Р It/i, IP	~ %,	I	Tf i			1	0^(1-0,5d.)S>	Г45-£4О1(/-)3) + +J^ * TT~^
> 7	у yyyyyyyyyyyg i	L-	Г	0,15 f-0,85 fl	15,6 +3,8fl
Дйугпабройое ме&ранерное	« у у у у у у у у у у у 4~Г* ~ 	c" J ~"1 t	r	0,4 * 0,6 fl	(65,3-6,8J3)r
прямо - угольное	C| pi- IP „ iXX--bT 4—	0,23H0,TTftH + 0,6Щ(1-р)	[8,2+-2fi(1-fi)d.+ +3,8fi\x—i	 J(2^)(1-d.]
То же	у у у у у y-^ ej		 J L > 	0,35 +0,65 fi>	5,4 + 2,6 fi
Примечание: fl- отношение площади поясов к площади стенки
двутавровой Валки (Высоту стенки принимают между
иешпрами тяжести поясов)
124
e ft — коэффициент, зависящий от вида нагрузки, например для
равномерно распределенной нагрузки двухопорнон балки й = 5/384;
р ___нормативная нагрузка на элемент, например для равномерно
распределенной нагрузки Pn = <?BZ; Е — модуль упругости материала;
/бр _ момент инерции брутто.
Для элементов из пластмасс, имеющих малый модуль
упругости или для высоких деревянных элементов, у ко-
торых отношение пролета к высоте превышает 15, необ-
ходимо учитывать влияние па прогиб касательных на-
пряжений. В этом случае прогиб следует находить по
формуле
f = /«[1 + c(W],	(III.21)
где jo—прогиб без учета деформаций сдвига, вычисляемый по
(III.20); с — коэффициент, определяемый по табл. III.7.
Прогибы элементов не должны превышать предель-
ных, установленных СНиП для каждого вида конструк-
ции. Предельные прогибы конструкций, выраженные в
долях пролета, приведены в табл. III.8.
Таблица 111.8. Предельные прогибы
Элементы конструкций
Прогибы в долях
пролета, не более
Балки междуэтажных перекрытий
Балки чердачных перекрытий
Покрытия (кроме еидов):
прогоны, стропильные ноги
балки консольные
фермы, клееные балки (кроме консольных)
плиты
обрешетки, настилы
Несущие элементы ендов
Панели и элементы фахверка
1/250
1/200
1/200
1/150
1/300
1/250
1/150
1/400
1/250
Примечания: 1. При наличии штукатурки прогиб элементов
перекрытий только от длительной временной нагрузки не должен
превышать 1/350 пролета. 2. При наличии строительного подъема
предельный прогиб клееных балок допускается увеличивать до 1/200
пролета.
§ 3.5.	Косой изгиб
Косым называется изгиб, при котором направление
Действия усилия не совпадает с направлением одной из
главных осей поперечного сечения элемента (рис.
Ш.7, а), в этом случае действующее усилие расклады-
125
Рис. HI.7. Изгиб, при котором направление действия усилия не сов-
падает с направлением одной из главных осей поперечного сечения
элемента .
а — разложение нагрузки при косом изгибе элемента прямоугольного попе*
речного сечения; &—определение наибольшего расстояния от осн до наибо-
лее удаленной точки элемента квадратного поперечного сечения
вают по направлению главных осей сечения, затем на-
ходят изгибающие моменты, действующие в этих плос-
костях.
Нормальные напряжения находят по формуле
аи =Mx/Wx+My/Wv <КИ,	(Ш.22)
где Мх, Му — изгибающие моменты, например при равномерно рас-
пределенной нагрузке от qx и qv.
Полный прогиб равен геометрической сумме проги-
бов от усилий qx и qv‘.
f=V +	(HI .23)
Для прямоугольного сечения наименьшее значение
площади поперечного сечения при косом изгибе будет
при условиях расчета: по прочности, если ft/b=ctga; по
прогибу, если h/b — Vctgа.
Следует иметь в виду, что элемент, имеющий квад-
ратное поперечное сечение, на косой изгиб не работает,
так как он всегда деформируется в плоскости действия
усилия. Однако формально напряжения в нем определя-
ют по формуле косого изгиба:
<Ти Мх 4" MylW *
(III. 24)
126
Происходит это по следующей причине. Напишем
основную формулу для определения напряжений при из-
гибе
aa = (MU)y,	(III.25)
где j — момент инерции, являющийся для квадратного сечення по-
стоянным для любой оси; у — расстояние от оси элемента до наибо-
лее удаленной точки (рис. Ш.7, б) у= (<7/2) sin (45-t-ct).
Если учесть, что d/2 = a/ V 2-, sin (45-j-a) =sin 45X
Xcos a+cos 45 sin a, то, подставив эти значения в форму-
лу для у, и произведя несложные вычисления, получим
у = а 14 (sin a4- cos a).	,	(Ш.26)
Подстановка значения у из (111.26) в формулу (III.25)
даст формулу (III.24).
При косом изгибе увеличиваются размеры прогонов
прямоугольного сечения, поэтому надо конструктивными
мерами исключать работу элементов на косой изгиб.
Так, например, применительно к кровельному покрытию
можно исключить работу прогонов на косой изгиб, вос-
принимая скатную составляющую вспомогательными
стропильными ногами, расположенными по прогонам и
скрепленными с ними, а также соединенными друг с
другом в коньке здания.
§ 3.6.	Сжато-изгибаемые элементы
Сжато-изгибаемыми элементами называются такие,
на которые действует изгибающий момент и централь-
но приложенное продольное сжимающее усилие. Изги-
бающий момент может создаваться: а) внецентренно
приложенной сжимающей силой и тогда элемент назы-
вают внецентренно сжатым или б) поперечной нагруз-
кой. При расчете сжато-изгибаемых деревянных стерж-
ней применяют теорию краевых напряжений, предложен-
ную проф. д-ром техн, наук К. С. Завриевым. В соответст-
вии с этой теорией несущая способность стержня счита-
ется исчерпанной в тот момент, когда краевое напряжение
сжатию делается равным расчетному сопротивлению.
Эта теория менее точная, чем теория устойчивости,
однако она дает более простое решение и поэтому при-
нята в действующих нормах проектирования СНиП
Н-25-80.
Так как жесткость стержня не является бесконечной,
то он под влиянием изгибающего момента прогибается.
127
Рис. Ш.8. Прогибы сжато-из-
гибаемого элемента
у—полный прогиб элемента при
х —от 0 до I; fq —максимальный
прогиб элемента от поперечной на-
грузки q; tg — максимальный
полный прогиб элемента с учетом*
дополнительного момента от про-'
дольной силы
При этом центрально приложенная сжимающая сила
теперь уже будет иметь эксцентриситет, равный дефор-
мации стержня от момента, и таким образом создаст
дополнительный момент (рис. Ш.8). Появление допол-
нительного момента от нормальной силы увеличит де-
формацию стержня, что приведет к еще большему воз-
растанию дополнительного момента. Такое наращивание
дополнительного момента и прогибов будет некоторое
время продолжаться, но затем затухнет.
Полный прогиб стержня и уравнение кривой неизве-
стно, поэтому непосредственно по формуле краевых на-
пряжений нельзя найти эти напряжения:
а0 = N'F-Mq/W+ Nyma*IW,	(111.27)
где Mq — изгибающий момент от поперечной нагрузки; у — деформа-
ция стержня.
Полный изгибающий момент стержня
Mx = Mq + Ny.	(III.28)
Так как в двух написанных уравнениях есть три неиз-
вестных (т0, У, Мх, то следует найти еще одно уравнение.
Всякую кривую можно аналитически выразить в виде
ряда, который при этом должен быть быстро сходящим-
ся и удовлетворять краевым значениям. Таким является
тригонометрический ряд
у = fi sin л xll Ч- f2 sin 2л х/1 + /3 sin Зл x/l + ... .
Геометрическая интерпретация ряда показана на рис.
Ш.9. Как видно, fi есть максимальная ордината кривой
каждого члена ряда.
При симметричной нагрузке первый член ряда дает
точность, равную 95—97 %. Для упрощения решения бу-
дем считать нагрузку симметричной. Тогда можно огра-
ничиться только первым членом ряда
y = /:1sin(nx//).	(111.29)
128
Рис. П1.9. Геометрическая ин-
терпретация разложения в три-
гонометрический ряд
f sin(nnx/I)
/t 2, з — номера членов ряда; fh р,
f,’—максимальные ординаты членов
ряда
Однако третье уравнение принесло четвертое.неизвест-
ное fi. Поэтому вспомним строительную механику, где
было показано, что вторая производная у" уравнения
кривой деформирования равна изгибающему моменту,
деленному на жесткость с обратным знаком, т. е.
<Fy!dx* = — MX!EJ.	(HI. 30)
Тогда после дифференцирования уравнения кривой по-
лучим
d2y „и3 пх
— = _A_sin—.
(III.31) ,
Приравняв значения (Ш.31) и (Ш.30) получим
Мх t л2	ях
----= ----- sin --
EJ	11 Р I
(ill. 32)
Теперь значение Мх из (Ш.32) и у из (Ш.29) под-
ставим в выражение (III.28) и после преобразования,
имея в виду, что n2EJ/l2=NKP, a sin(nx//) при x — l/2,
где при симметричной нагрузке будет находиться мак-
симальная ордината прогиба г/шах=Л, равен единице,
получим, что
/1 =Л4д/(Л,Ер — N).	'	(III.33)
Найденная зависимость позволяет решить вопрос об
определении напряжений. Для этого значение fi=ymax
из (Ш.ЗЗ) надо подставить в выражение (Ш.27):
ос = W +	+ WA1g/.(JVKp — N)W.	(III. 34)
9—423
129
После преобразований и уточнения F и W на FpaC4 и
Ч^расч
ос = N/Fрасч 4" ^з/^расч (1 — N/^кр) •	(Ш >35)
Коэффициент, учитывающий дополнительный момент
от продольной силы при деформации стержня, приме-
ним при значениях от 1 до 0, g = l—N/NKp, где NKP =
=q>RF6p, поэтому можно уравнение (III.35) написать в
виде
°с = Л7^расч + Мдеф/'У'расч Rc>	(III.36)
где
Мдеф = МЧЦ, а {=1 -Л2Л73000/-бр/?с.
При несимметричном нагружении
^деф — Л^сим/ёсим “Г Л^об.сим/|об.сим>
где £сим и £об.сии — коэффициенты, определяемые при
значениях гибкостей, соответствующих симметричной и
обратно симметричной формам продольного изгиба.
В связи с тем, что значение <р прн вычислении значения
ё всегда определяется как 3000/Л2, то при малых изгиб-
ных напряжениях Afg/U7pac4, не превышающих 10 %
сжимающих напряжений N/FeP, работа стержня будет
близка к условиям продольного изгиба и формула
ХШ.36) даст неправильный результат. В этом случае
стержень надо рассчитывать на продольный изгиб без
учета изгибающего момента по формуле (III.11). Попе-
речная сила сжато-изгибаемого элемента будет больше,
чем у такого же элемента при наличии только попереч-
ной нагрузки:
9сжизг“ dx Ц Г I dx “ § •	(IIL37)
При определении прогиба сжато-изгибаемого эле-
мента следует также учитывать влияние дополнитель-
ного момента, поэтому
f = k(PnP/EJi).	(III. 38)
Сжато-изгибаемый элемент должен быть также про-
верен на устойчивость плоской формы деформирования
по формуле
Wop + ^деф/^Лр)'' < 1 •	(Ч] • 39)
где fop—площадь брутто с максимальными размерами сечения эле-
мента на участке ZP; Й7бр— максимальный момент сопротивления
брутто на участке Zp п=2 для элементов без закрепления растянутой
зоны из плоскости деформирования и п=1 для элеиентов, имеющих
130
такие закрепления; ^ — коэффициент продольного изгиба, опреде-
ляемый по формуле Л/Л2 для гибкости участка элемента расчетной
длиной /р из плоскости деформирования; <рм — коэффициент, опре-
деляемый по формуле (Ш.18).
При наличии в элементе на участке Zp закреплений
из плоскости деформирования со стороны растянутой от
момента М кромки коэффициента срлг следует умножать
на коэффициент определяемый по формуле (III.19),
а коэффициент фу — на коэффициент по формуле
'	= 1 + [°’75 + °-06 (т/ + 0’6“р 1 “1 ]' (Ш-40)
где ар, Zp, h, т — имеют прежние значения, указанные при опре-
деленны <рм.
§ 3.7.	Растянуто-изгибаемые элементы
В растянуто-изгибаемых элементах кроме изгибаю-
щего момента действует центрально-приложенное уси-
лие, которое растягивает стержень (рнс. III.10), т, е. на-
правлено в обратную сторону по сравнению со сжато-
изгибаемым элементом. Поэтому после прогиба стержня,
вызванного изгибающим моментом, нормальное усилие
будет создавать дополнительный момент противополож-
ного знака и таким образом уменьшать основной мо-
мент. Так как на деревянные элементы при растяжении
сильно влияют пороки древесины, снижая их прочность,
то растянуто-изгибаемые элементы рассчитывают в за-
пас прочности без учета дополнительного момента от
продольных сил при деформации стержня по формуле
Op — N/F-J-	,	(III.41)
где FKT — площадь сечения нетто; /?р, /?д — расчетные сопротивления
растяжению и изгибу.
' При определении 1^Нт ослабления, расположенные на
участке элемента длиной 20 см, совмещаются в одно се-
Рис. III. 10. Прогибы растянуто-
изгибаемого элемента
У — полный прогиб элемента при
*=от 0 до /; fq — максимальный
прогиб элемента от. поперечной на-
грузки q, /^^—максимальный пол-
ный прогиб элемента с учетом до-
полнительного момента от продоль-
ной силы
9*
131
чение. Не учитывается уменьшение прогиба от дополни-
тельного момента также при проверке элемента по вто-
рому предельному состоянию.
§ 3.8.	Основные закономерности
длительной прочности древесины и пластмасс
Так как прочность древесины и пластмасс зависит от
фактора времени или иначе времени действия нагрузки,
целесообразно рассмотреть их основные закономерности.
При испытаниях деревянных конструкций замечено,
что разрушающая нагрузка в случае медленного нагру-
жения меньше, чем в случае быстрого. То же самое на-
блюдается н при механических испытаниях древесины и
пластмасс, в чем находит яркое проявление особенность
прочностных свойств этих материалов, отличающая их
от стали и бетона, у которых это общее свойство твер-
дых тел выражено слабее. Этот фактор следует учиты-
вать при назначении расчетных сопротивлений и опреде-
лении расчетной несущей способности конструкций. Для
обеспечения надежной работы последних необходимо
уметь находить длительную прочность древесины и
пластмасс. Рассмотрим имеющиеся экспериментальные
данные для древесины.
Испытаниями образцов древесины длительной на-
грузкой продолжительностью 5 лет и более, а также испы-
таниями возрастающей нагрузкой установлена линейная
зависимость логарифма времени I, с, до разрушения от
напряжения о, МПа, характеризуемая уравнением
=	— ап,	(Ш.42)
где А, а — постоянные при постоянной температуре.
Эта зависимость подтверждается данными многочис-
ленных отечественных и зарубежных исследований при
разнообразных условиях — разных породах древесины,
плотности, влажности, видах напряженного состояния и
режимах нагружения. По экспериментальным данным
(рис. III.11, а) опытные точки располагаются близко к
прямой по уравнению (III.42) с доверительными интер-
валами ±2—6 % и доверительной вероятностью 0,95 при
испытаниях: длительной нагрузкой на изгиб древесины
пихты ’(/); возрастающей нагрузкой на растяжение
вдоль волокон лиственницы (2) и сжатие вдоль волокон
132
а—экспериментальные данные об изменении прочности древесины во време-
ни; — прогнозирование длительной прочности древесины
сосны при влажности 15 % (<?) и 30 % (4); ступенчатой
нагрузкой на,сдвиг при кручении трубчатых образцов
пихты (5).
Прямая по уравнению (III.42) изображает длитель-
ную прочность рядового пиломатериала с доверитель-
ным интервалом ±6 % при доверительной вероятности
0,90. Здесь для возрастающей нагрузки время t опреде-
лено по продолжительности испытания ?1из выражения
l = t i/2,3'(lg А—lg t) (нагружение ступенями при доста-
точном их числе приближенно можно приравнять испы-
танию с постоянной скоростью).
Возникает вопрос, какова природа разрушения твер-
дых тел при действии напряжений, позволяющая выра-
зить этот процесс с помощью уравнения (Ш.42)? По
133
современным представлениям это уравнение, которому,
подчиняются твердые тела, в том числе полимеры и по-
лимерный композит — древесина, устанавливает связь
между макроскопической прочностью твердых тел и их
атомно-молекулярным строением через значения Лиа:
Д = То/°/7гГ: a = T/2,3/?T,
где То — период тепловых колебаний атомов 10-13 с; — начальная
энергия активации разрушения, равная потенциальному барьеру раз-
рыва химических связей твердого тела, кДж/моль; — характерис-
тика теплового движения (газовая постоянная), кДж/(моль-град);
Т — температура, К: у — структурно-чувствительный коэффициент,
кДж/(моль-МПа).
Принципиальное значение этой связи состоит в том,
что сопротивление твердого тела силовому воздействию
определяется не только возникающим в теле напряжени-
ем о, но и временем его действия и температурой. При
действии постоянного напряжения в твердом теле время
t до разрушения, согласно С. Н. Журкову, имеет выра-
жение
1 = Тое	,	(111.43)
т. е. здесь потенциальный барьер разрыва химических
связей, определяемый числителем показателя степени
L/o—уо, снижен по сравнению с его величиной при от-
сутствии напряжения, т.е. Uq. Очевидно, чем выше на-
пряжение, тем короче время до разрушения, логарифм
которого определяется выражением (III.42). Таким об-
разом, существующее в ненапряженном теле динамиче-
ское равновесие между разрывами химических связей
тепловым движением и их образованием здесь смещено
в сторону преобладания разрывов. При этом и последу-
ющие стадии разрушения твердого тела, в которых про-
исходит образование субмикроскопических трещин, оп-
ределяются также, согласно С. Н. Журкову, описанной
закономерностью.
Механика разрушения становится применимой здесь
при слиянии субмикроскопических трещин и последую-
щем образовании магистральной трещины в твердом те-
ле, причем этот процесс существенно усложняется в ани-
зотропном и волокнистом материале, каким является
древесина.
При отсутствии напряжений (соответствует экстра-
поляции прямой по уравнению (III.42) на рис. III.11, а
134
0 о==0) ИЛИ достаточно низком их уровне имеет место
указанное равновесие. Теоретическое время до разруше-
ния, определяемое в этих случаях только всплесками
теплового движения, весьма велико. Практически важно
то что в пределах сроков службы сооружений уравне-
ния (111.42) и (Ш.43) позволяют прогнозировать
длительную прочность твердых тел. Основой прогнози-
рования длительной прочности является отрезок 1g А,
отсекаемый прямой по уравнению (III.42) на оси lg t
'(рис. Ш.11, а) и определяемый параметрами разрыва
химических связей: Uo — для древесины (природная цел-
люлоза) — 170 кДж/моль и lgto=—13 для многих по-
лимеров и древесины, а также температурой Т. Для дре-
весины при обычрой температуре (—20 °C) lg4 = 17,l.
Из подобия треугольников (см. рис. Ш.11, б) имеем
= (lg А — lg T)/(Jg А — lg /),
где —г длительная прочность древесины для заданного периода т
действия неизменного напряжения.
Располагая средними значениями разрушающего на-
пряжения от и t, полученными из испытаний кратковре-
менной нагрузкой достаточного числа одинаковых образ-
цов, найдем
ат = а(/Д1(^,	(III. 44)
где Д1(/) = (17,1—Igf)/(17,1—Igz)—коэффициент длительной проч-
ности древесины для заданного времени т.
Например, из испытаний стандартных образцов дре-
весины сосны при влажности 15 % и — 20 °C на сжатие
вдоль волокон, т. е. при равномерном распределении на-
пряжений, определены средние (из 12) значения at =
=36,6 МПа; 1g/=1,71; для т = 50 лет, lgr=9,2 и
#1(0 = (15,39/7,90) = 1,95, т. е. средняя длительная
прочность древесины для срока действия неизменной на-
грузки в течение 50 лет составляет а; 51,3 % от at. Если
порода, плотность, влажность, пороки строения древеси-
ны, абсолютные размеры (масштабный эффект), вид
напряженного состояния проявляются в абсолютной ве-
личине прочностных показателей древесины, то относи-
тельное снижение ее прочности под длительным дейст-
вием нагрузки от этих факторов не зависит. На этом
положении базируется установление расчетных сопро-
тивлений в деревянных конструкциях с учетом длитель-
135
ности действия нагрузки и оценка результатов испыта-
ния конструкций кратковременной нагрузкой до разру-
шения.
Применение к несущей способности конструкций из-
ложенного метода прогнозирования длительной прочно-
сти древесины основано на выполнении требований,
обеспечивающих необходимую надежность работы кон-
струкции под нагрузкой. Это: 1) неизменность расчетной
схемы конструкции в течение срока ее службы и необхс^
димый уровень длительной несущей способности соеди-
нений элементов конструкции; 2) сохранение древесиной
и другими материалами, например клеем в соединениях
клееных конструкций, исходных качеств, которыми они
обладали при изготовлении конструкции. Соблюдение
первого условия контролируется расчетным анализом,
работы конструкции под нагрузкой в период ее эксплуа-
тации с учетом прогнозирования длительной несущей
способности и деформативности соединений ее элемен-
тов на основе экспериментальных данных. Второе тре-
бование обеспечивается защитными мерами против био-
повреждения древесины, соответствующими условиям
службы конструкции.
При выполнении перечисленных требований длитель-
ная несущая способность конструкции определяется
свойствами ее основного материала — древесины н мо-
жет прогнозироваться с помощью выражения (III.45) на
основании результатов кратковременных испытаний
опытных образцов конструкций. Испытания проводятся
с точным выполнением временного режима нагружения
и определением значения разрушающей нагрузки fit и
времени t, т. е. продолжительности испытаний, приведен-
ной к неизменному действию разрушающей нагрузки Mt.
При этом искомую длительную несущую способность
испытаний конструкции Ит находят из выражения
=	(Ш.45)
где К„(7) =B1-C1lgt; Вг= lgA/(lgA — lgr); CL(B1 — l)/lgT.
РАЗДЕЛ IV. СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
деревянных конструкций
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
§ 1.1. Основные виды соединений
й предъявляемые к ним требования
Появление новых видов и методов изготовления сое-
динений деревянных элементов обусловило значитель-
ный прогресс в развитии деревянных конструкций в
последние десятилетия. В современных деревянных конст-
рукциях наряду с традиционными, вручную изготовляе-
мыми соединениями, применяют новые соединения усо-
вершенствованного типа.
Применяемый для нужд строительства лесоматериал
в виде бревен и пиломатериала имеет максимальные
размеры поперечного сечения 25—28 см и предельную
длину 6,5 м. Вследствие ограниченности размеров дере-
ва создание из него строительных конструкций больших
пролетов или высоты невозможно без соединения от-
дельных элементов.
Соединения деревянных элементов для увеличения
поперечного сечения конструкции называют сплачивани-
ем, а для увеличения их продольной длины — сращива-
нием. Наряду со сплачиванием и сращиванием деревян-
ные элементы могут соединяться в узлах конструкций
под различными углами.
Необходимость правильного решения соединений от-
дельных деревянных элементов для работы конструкции
в целом объясняется еще и тем, что анизотропное строе-
ние древесины проявляет свои отрицательные качества в
большей степени в местах соединений.
Развитие соединений деревянных конструкций ведет
свою историю еще от древних деревянных сооружений.
Одними из первых стали применяться соединения, в ко-
торых усилия передавались от одного элемента другому
непосредственно через контактные поверхности и вызы-
вали в основном -напряжения смятия (лобовые врубки,
упор и др.). Использование таких соединений вело к
большому перерасходу древесины. Позже, благодаря
применению в соединениях рабочих связей, удалось пе-
137
редавать большие растягивающие усилия. Наконец,
важной ступенью развития отдельных элементов и дере-
вянных конструкций в целом стало возникновение кле-
евых соединений. Этому способствовало создание но-
вых отраслей химической промышленности по про-
изводству синтетических полимерных материалов и
строительных клеев на их основе.
Применение того или другого вида соединений опре-
деляется видом всей конструкции, в некоторых случая!
можно использовать различные виды соединений в одной
конструкции.
Преимущество цельной древесины по стоимости по
сравнению с клееной делает целесообразным ее приме-
нение практически во всех случаях, где позволяют запа-
сы природной древесины или возможно ее использование
на обычных (неклееных) соединениях. Применение до-
щато-клееных конструкций рационально в тех случаях,
когда требуется большое поперечное сечение элементов,
когда необходимо свести к минимуму количество метал-
лических вкладышей, для увеличения огнестойкости,
уменьшения воздействия химически агрессивных сред
или в случае, когда предъявляются особые требования
к архитектурной выразительности сооружения. Фанера,
древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты и
другие листовые материалы применяют в качестве об-
шивок и присоединяют к деревянному каркасу клеем или
различными рабочими связями.
Соединения элементов деревянных конструкций по
способу передачи усилий разделяются на следующие
виды; 1) соединения, в которых усилия передаются не-
посредственным упором контактных поверхностей соеди-
няемых элементов, например примыканием в опорных
частях элементов, врубкой и т. д.; 2) соединения на ме-
ханических связях; 3) соединения на клеях.
- Механическими в соединениях деревянных конструк-
ций называют рабочие связи различных видов из твер-
дых пород древесины, стали, различных сплавов или
пластмасс, которые могут вставляться, врезаться, ввин-
чиваться или запрессовываться в тело древесины соеди-
няемых элементов. К механическим связям, наиболее
широко применяемым в современных деревянных конст-
рукциях, относятся шпонки, нагели, болты, глухари,
гвозди, шурупы, шайбы шпоночного типа, нагельные
пластинки и металлические зубчатые пластинки. Исполь-
138
зование механических связей усовершенствованного ти-
па расширяет возможность применения конструкций из
цельной древесины, а также упрощает сборку клееных
конструкций на строительной площадке.
Передача сил в соединениях с механическими связя-
ми происходит от одного элемента другому через отдель-
ные точки (дискретно). Распределение силы по поверх-
ности контакта и в глубину элемента зависит от вида
механических связей.
Несущая способность и деформативность деревянных
конструкций в целом зависит в большей мере от спосо-
ба соединения их отдельных элементов. Соединения
растянутых деревянных элементов как правило связано
с их местным ослаблением. В ослабленном сечении растя-
нутых деревянных элементов наблюдается концентра-
ция опасных, не учитываемых расчетом местных напря-
жений. Наибольшую опасность в стыковых и узловых
соединениях растянутых деревянных элементов пред-
ставляют сдвигающие и раскалывающие напряжения.
Она усугубляется в случае наложения этих напряжений
на напряжения, которые возникают в древесине вслед-
ствие ее усушки.
Скалывание и разрыв вдоль и поперек волокон отно-
сятся к хрупким видам работы древесины. В отличие от
работы строительной стали в древесине не происходит в
этих случаях пластического выравнивания напряжений.
Для того чтобы уменьшить опасность последовательного,
повестям, хрупкого разрушения от скалывания или раз-
рыва в растянутых элементах деревянных конструкций,
приходится.обезвреживать природную хрупкость древе-
сины вязкой податливостью работы их соединений. К на-
иболее вязким видам работы древесины, характеризуе-
мой наибольшим количеством работы прочного сопро-
тивления, относится смятие. Другими словами,
требование вязкости, предъявляемое к соединениям всех
видов элементов деревянных конструкций, сводится к
требованию обеспечения выравнивания напряжений в
параллельно работающих брусьях или досках, использо-
ванием вязкой податливости работы древесины на смя-
тие, прежде чем могло бы произойти хрупкое разруше-
ние от разрыва или скалывания.
Для придания вязкости соединениям растянутых де-
ревянных элементов как правило используют принцип
дробности, позволяющий избежать опасности скалыва-
139
Рис. IV.!. Проявление принципа дробности в работе стыкового со-
единения растянутых досок (5/12 см) при замене одного стального
нагеля диаметром 25 мм 16 тонкими нагелями диаметром 6 мм
Ния древесины увеличением площади скалывания. К при-
меру, применение вместо одной сосредоточенно прило-
женной связи (чрезмерно жесткой для досок толщиной
5 см) несколько рассредоточено (дробно) приложенных
вязкоподатливых связей при одинаковой затрате стали
намного увеличивает несущую способность (рис. IV.1).
Вязкость соединений сжатых деревянных элементов
обеспечивается вязкой работой древесины на смятие.
В сжатых стыках, решаемых простым лобовым упором,
не приходится опасаться хрупкого разрушения древеси-
ны, если приняты меры, предотвращающие раскалыва-
ние древесины поперек волокон.
§ 1.2.	Указания по расчету соединений
Расчетное усилие, действующее на соединение, не
должно превышать несущей способности соединения.
Сложное напряженное состояние в соединениях из-за
наложения различных напряжений обусловливает опре-
деление несущей способности соединения исходя из не-
скольких условий. Несущая способность соединения
определяется расчетом соединяемых элементов на смя-
тие и скалывание с учетом угла между силон и направ-
лением волокон в древесине. Кроме клеевых, соединения
элементов деревянных конструкций практически невоз-
140
можно сделать жесткими, поэтому при расчете деревян-
ных конструкций необходимо учитывать податливость
их соединений.
Из опыта эксплуатации деревянных зданий и соору-
жений предельный относительный сдвиг между соеди-
няемыми элементами ограничивается 1,5—2 мм. Усилие,
которое вызывает предельный сдвиг, принимают за не-
сущую способность соединения, если оно меньше несу-
щей способности соединения, определенного из условий
смятия и скалывания. Клеевые соединения при расчете
конструкций следует рассмартивать как неподатливые.
Передача сил от одного соединяемого элемента дру-
гому осуществляется непосредственно через поверхность
их контакта или через рабочие связи. Многочисленные
исследования показали неэффективность применения в
одном соединении различных типов рабочих связей, на-
пример болтов и гвоздей. Увеличение несущей способно-
сти соединения, не изменяя площади контакта соединя-
емых элементов, может быть достигнуто установкой
накладок и прокладок на нагелях, клеевыми соединени-
ями и др. Сравнение различных соединений на примере
(рис. IV.32) растянутого симметричного стыка (табл.
IV. 1) показывает, что наибольшей несущей способно-
стью, приведенной к единице контактной поверхности,
обладает клеевой шов. Наибольшую несущую способ-
ность среди всех других соединений имеют нагели не-
большого диаметра (до 5 мм), устанавливаемые в пред-
варительно рассверленные отверстия с шагом, принятым
как и для цилиндрических нагелей.
Расчет соединений сводится к определению действу-
ющих на них усилий и сравнению их с несущей способ-
ностью соединений Т.
Расчетную несущую способность соединений, работа-
ющих на смятие и скалывание, следует определять по
формулам:
а)	из условий смятия древесины
т = /?сма/"см;
б)	из условия скалывания древесины
где FcM—расчетная площадь смятия; — расчетная площадь ска-
лывания; R сма— расчетное сопротивление древесины смятию под
углом к направлению волокон; — расчетное среднее по площадке
141
Таблица 1V.1. Несущая способность соединений растянутых
деревянных элементов с различными рабочими связями
Вид рабочих связей	Эскиз	Несущая способ- ность на единицу площади контакта, Н/см8
Двухсрезные шайбы		
шпоночного типа сис- темы Гека диаметром 50 мм	! -	58,3
Однорядовые шайбы				
шпоночного типа сис-			Ж ,	/Ь	J- I	48,9
темы Гека диаметром				
115 мм		1			
Цилиндрические на- гели в три ряда 15 шт.	диаметром 12 мм Z					89,6
		<5>| «о	ад	й	н	
					
Цилиндрические на- гели в два ряда 8 шт. диаметром 16 мм					75,6
		 I «о	ьШЙ	г		
Гвозди односрезные 2x80 шт. диаметром 4,6 мм, /=130 мм в пять рядов			33,8
			
			
Г возди двухсрезные 36 шт. диаметром 7,6 мм, 7=260 мм в три ряда			27
			
	Р 444444 ; u : : t 11		
	1	1		
142
Продолжение табл. IV.1
Вид рабочих связей
Эскиз
Проволочные нагели
в предварительно
просверленных гнез-
дах 2X65 шт. диа-
метром 4,6 мм, 1=
= 130 мм в пять ря-
дов
89,9
То же, двухсрезные
27 шт. диаметром
7,6 мм, 1 = 260 мм в
три ряда
Клеевые соединения
скалывания сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон,
определяемое в свою очередь по формуле
^ = йск/1 + [Р(/ск/е)1.
Здесь Rck — расчетное сопротивление древесины скалыванию
вдоль волокон (при расчете по максимальному напряжению), при-
веденное в нормах; 1СК— расчетная длина плоскости скалывания;
е — плечо сил скалывания; р — коэффициент учитывает неравномер-
ность распределения напряжений скалывания и зависит от вида
скалывания. Если площадка скалывания располагается по одну сто-
рону от места приложения снл, то имеет место одностороннее скалы-
вание, при котором скалывающие напряжения концентрируются в
начале площадки скалывания. Эпюра т имеет несимметричное очер-
тание, приближающееся к треугольному. В этом случае коэффициент
3 = 0,25.
При промежуточном скалывании площадка скалыва-
ния располагается между местами приложения сил (рис.
IV.2). В этом случае наблюдается меньшая концентра-
ция скалывающих напряжений. Для промежуточного
скалывания 0=0,125.
143
Рис. IV.2. Зависимость средне-
го расчетного сопротивления
скалыванию в соединениях
а — при врубке с одной стороны;
б — то же, с обеих сторон
Увеличение длины
площадки скалывания за
пределами десяти глубин
врезки в расчете на ска-
лывание не учитывается,
поскольку при допускае-
мом нормами косослое
скалывание может прои-
зойти на длине /Ск =
= I0ftBp и при большей
длине запроектированной
площадки скалывания.
Для того чтобы уменьшить
опасное влияние растягивающих напряжений поперек во-
локон и торцевых усушенных трещин на несущую способ-
ность соединения длина площадки скалывания должна
быть не менее /ск^3е. Во всех случаях требуется обес-
печение прижима скалываемой части.
В промежуточных узлах сквозных деревянных конст-
рукций глубина врубок не должна превышать 'Л полной
высоты или толщины элемента. В опорных узлах глуби-
на врубки не должна превышать !/3 полной высоты бру-
са. Минимальная глубина врубки должна быть не менее:
для брусьев 2 см; для бревен 3 см.
Силы трения между соединяемыми элементами, кото-
рые оказывают разгружающее действие, в расчете сое-
динений элементов деревянных конструкций как прави-
ло не должны учитываться, за исключением случаев
однократного, кратковременного (при аварии и монтаже)
действия прижимающих сил.
ГЛАВА 2. СОЕДИНЕНИЯ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
БЕЗ РАБОЧИХ СВЯЗЕЙ
§ 2.1, Контактные соединения деревянных элементов
При контактных соединениях деревянных элементов
подразумеваются соединения, в которых усилия от
одного элемента другому передаются через их соответ-
144
ние стоек, на гори-
зонтальный дере-
вянный элемент
а — фиксацией с по-
мощью цилиндриче-
ских нагелей (/); б—
то же, металлически-
ми уголками (2); в —
с подкладкой из
твердых пород древе-
сины (3); г — то же,
из стального швелле-
ра (4У, б —с дере-
вянными вставками
(5); на болтах (6)
ственно обработанные и опиленные контактные поверх-
ности. Дополнительно поставленные в таких соединени-
ях рабочие связи несут обычно функции фиксации от-
дельных элементов или служат аварийными связями,
включающимися в работу при разрушении соединений.
При контактных соединениях деревянных элементов
в местах примыканий между собой и с элементами из
других строительных материалов решающим оказывает-
ся работа древесины иа смятие.
Значительным преимуществом решения соединений
деревянных элементов простым опиранием одних на дру-
гие является незначительное влияние на их работу де-
формаций древесины при колебаниях температурно-
влажностного режима в период эксплуатации конструк-
ции, особенно если силы сжатия соединяемых деревян-
ных элементов направлены вдоль волокон.
Контактные соединения со сжатием перпендикулярно
к волокнам встречаются в соединениях стоек в местах
примыканий к горизонтальным ригелям, опираний про-
гонов, балок, ферм на стены и т. д. (рис. IV. 3, а, б).
В этих случаях расчет соединения сводится к определе-
нию проверки напряжений смятия по контактным по-
10—423
145
верхностям в деревянном элементе, в котором силы
сжатия приложены перпендикулярно к волокнам, и срав-
нению их с соответствующим расчетным сопротивлени-
ем. Поскольку сопротивление древесины на смятие по-
перек волокон незначительно, то при действии больших
усилий часто приходится увеличивать опорные площад-
ки или контактные поверхности соединяемых элемен-
тов.
Площадка контакта и распределение усилий сжатия
на большую поверхность может быть увеличена с по-
мощью подкладок из твердых пород древесины, имеющих
повышенное сопротивление смятию поперек волокон
(рис. IV.3, в) или подкладки из металлических профи-
лей (рис. IV.3, а), а также деревянными вставками в
опорные части стоек (рис. IV.3, д).
Если опорную площадь нельзя увеличить по каким-то
конструктивным соображениям, то для поднятия сопро-
тивляемости древесины смятию в этой части применяют
различные накладки, например, из фанеры, прикрепляе-
мые к боковым граням нагелями или клеями (рис.
IV.4,а). Эффект повышения сопротивляемости смятию в
этом случае достигается не столько вследствие увеличе-
ния площади опирания, сколько передачей и распреде-
лением усилий с помощью накладок на большую глуби-
ну элемента.
Заслуживает внимания и дальнейшей проработки
предложенный в нашей стране вариант усиления кле-
еных балок в опорной части (рис. IV.4,б). Суть этого
метода состоит в том, что в опорной части дощатокле-
еных балок большого поперечного сечения выпиливается
уголок под углом 45°, затем после разворота на 90° вкле-
ивается обратно. Этим достигается по контактной по-
верхности балки с опорной частью максимальное сопро-
тивление древесины смятию (вдоль волокон) и при про-
верке шва по месту склеивания применяется расчетное
сопротивление смятию под углом 45°.
Контактные соединения деревянных элементов с дей-
ствием сил вдоль волокон имеются, например, при нара-
щивании стоек по длине (рис. IV.5). В этом случае со-
противление смятию вдоль волокон максимально и сов-
падает с сопротивлением сжатию вдоль волокон. Однако
при этом возникает опасность взаимопроникновения
деревянных элементов из-за того, что более плотные слои
древесины в одном элементе совпадают с менее плотны-
146
Рис. IV.4. Усиление опорных
частей клееных балок
а — фанерными накладками; б —
клееной вставкой
Рис. IV.5. Наращивание стоек
по длине
а — с фиксацией торцов с помощью
цилиндрических нагелей; б — то жё,
фанерными накладками; в — проме-
жуточный стык стоек с деревянны-
ми накладками
ми в другом. В результате этого может произойти дефор-
мация древесины в торцах.
Концы соединяемых элементов должны быть точно
совмещены и приторцованы. Чтобы предотвратить сме-
щение концов элементов, устанавливают цилиндрические
нагели в торцах или боковые накладки (см. рис. IV.5).
Поскольку размеры поперечного сечения сжатых сто-
ек принимают из расчета на продольный изгиб, этой
площади бывает вполне достаточно для восприятия на-
пряжений смятия вдоль волокон, поэтому расчет торцов
элемента на смятие при передаче усилий по всей площа-
ди поперечного сечения обычно не проводят.
Работа древесины в местах соединения по контакт-
ным поверхностям на смятие под углом возникает всо-
Ю*	147
Рис. IV.6. Контактные соединения
сжатых деревянных элементов под
углом
Рис. IV.7. Лобовая врубка в опорных
узлах брусчатых ферм, несущих узло-
вые нагрузки
единениях деревянных элементов, находящихся под раз-
личными углами, например стык наклонных деревянных
элементов (рис. IV.6). В этих случаях древесину покон-
тактней поверхности проверяют на смятие под углом.
Боковые накладки или различные вкладыши между
соединяемыми элементами служат для фиксации элемен-
тов и восприятия поперечных сил. Соединение наклон-
ных сжатых деревянных элементов с горизонтальными
растянутыми элементами без рабочих связей осуществ-
ляют чаще на врубках, конструкция и работа которых
будет рассмотрена в последующих параграфах.
§ 2.2. Лобовая врубка
Врубкой называют соединение (рис. IV.7), в котором
усилие элемента, работающего на сжатие, передается
другому элементу непосредственно без вкладышей или
148
а) „
0.4
Од
52
0,1
з
0,2
01
О
-0,1
6)
byfp.Mna
Рис. IV.8. Распределение каса-
тельных (а) и нормальных (б)
напряжений по плдскости ска-
лывания для 1ск1е=5
0,2	0,4	0,6	0,8 х/Оск
0,2	0,4	0,6	0,8. Х/1^-0,2
-Од
-0,4
-0,5
Рис. IV.9. Распределение ка-
сательных (а) и нормальных
(б) напряжений по плоскости
скалывания для 1ак!е—10
иных рабочих связей. За этим видом соединения сохра-
нилось старое название «врубка», хотя в настоящее
время врезки и гнезда выполняют не топором, а электро-
нли мотопилой, цепЕОдолбежником и т. п.
Основной областью применения врубок являются уз-
ловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в
том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхне-
го пояса к растянутому нижнему поясу.
Соединяемые врубкой элементы деревянных конст-
рукций (д. к.) должны быть скреплены вспомогательны-
ми связями — болтами, хомутами, скобами и т. п., кото-
рые следует рассчитывать в основном на монтажные на-
грузки.
149
Лобовая врубка может утратить несущую способ-
ность при достижении одного из трех предельных состо-
яний: 1) по смятию площадки упора FCKo; 2) по скалы-
ванию площадки Fcx; 3) по разрыву ослабленного вруб-
кой нижнего пояса.
Площадь смятия определяют глубиной врубки йвр,
которая ограничивается нормами /iBpSj/i6p/3, где Лбр—
высота растянутого элемента. При этом несущая способ-
ность врубки из условия разрыва растянутого элемента
в ослабленном сечении при правильном центрировании
узла всегда обеспечивается с избыточным запасом проч-
ности. Решающее значение имеет как правило несущая
способность врубки, исходя из условий скалывания.
Согласно СНиП 11-25-80, лобовую врубку на скалы-
вание рассчитывают определением среднего по длине
площадки скалывания напряжения сдвига по формуле
. ^=Лси/1 + 1₽(/ск/е)1>
где Rck — расчетное сопротивление древесины скалыванию для мак-
симального напряжения; /с« — расчетная длина плоскости скалыва-
ния, принимается не более 10 глубин врезки в элемент; е — плечо
сил сдвига, принимаемое 0,5Л при расчете элементов с несимметрич-
ной врезкой в соединениях без зазора между элементами (см. рис.
IV.7) и 0,25/i при расчете симметрично загружаемых элементов с
симметричной врезкой; 0 — коэффициент, принимаемый 0,25. Отно-
шение 1т/е должно быть не менее 3.
Однако выполненный анализ сложного напряженного
состояния, возникающего по плоскости скалывания1, по-
казал, что вышеприведенная формула СНиП 11-25-80
приемлема только для угла а=45°. А для угла а = 30°,
при котором несущая способность врубки повышается,
формула СНиП не верна и должна быть заменена дру-
гой:
*ед₽в = Яск /0,8 + 0,14 (1ск/е) + 0,139(йвр/е)(/ок/е).
В результате анализа установлено, что с увеличением
глубины врубки Лвр при постоянной длине плоскости
скалывания 1СХ снижается коэффициент концентрации
напряжений сдвига и уменьшаются напряжения сжатия
поперек волокон в начале плоскости скалывания. Выяв-
лена зависимость коэффициента концентрации напряже-
1 Федоров В. В. Исследование работы бесшарннриого узлового
сопряжения клеефанерных косяков кружально-сетчатого свода.
Днсс. на соиск. ученой степени канд, техн, наук 1980 г, МИСИ
им. В, В, Куйбышева,
150
Таблица IV.2. Коэффициенты концентрации kt
ср £ и	^"“^шах^сред			
	а =0	а =30°	а = 45°	6.-45’/ /fy-ЗО»
3	0,500/0,333=1,500	0,505/0,333=1,515	0,563/0,333=1,690	1,114
4	0,375/0,250=1,500	0,401/0,250=1,605	0,503/0,250=2,010	1,250
5	0,312/0,200=1,560	0,357/0,200=1,785	0,460/0,200=2,300	1,290
6	0,287/0,167=1,720	0,356/0,167=2,130	0,427/0,167 =2,560	1,200
8	0,271/0,125=2,170	0,322/0,125=2,580	0,374/0,125=2,990	1,160
10	0,266/0,100=2,660	0,303/0,100=3,030	0,330/0,100=3,300	1,088
ний сдвига Zmax/^сред от отношения /ск/е и от угла смятия
а (табл. IV.2). На основе данных, приведенных в табл.
IV.1, можно сделать следующие выводы:
1)	чем больше отношение длины плоскости скалыва-
ния к е, тем больше коэффициент концентрации напря-
жений сдвига;
2)	чем меньше угол а, тем меньше коэффициент кон-
центрации напряжений сдвига;
3)	чем больше нормальная к плоскости сдвига со-
ставляющая, тем выше значение концентрации напряже-
ний сдвига.
При этом необходимо отметить, что нормальные к
плоскости сдвига напряжения сжатия поперек волокон
повышают сопротивление скалыванию вдоль волокон1,
§ 2.3. Монтажный или аварийный болт
Опорные узлы ферм на лобовых врубках снабжаются
монтажными болтами (рис. IV.10), которые выполняют
дополнительные функции аварийной связи. Работа болта
как аварийной связи в основном расчете опорного узла
не учитывается, поскольку начальная жесткость его со-
противления сдвигу, особенно после усушки древесины,
ничтожно мала по сравнению с начальной жесткостью
работы врубки на смятие и скалывание.
Аварийная связь должна полностью включиться в ра-
боту лишь при скалывании зуба растянутого пояса (см.
1 Освенский Б. А. О сопротивлении древесины скалыванию
при сочетании касательных напряжений вдоль волокон с нормаль-
ными напряжениями сжатия поперек волокон. — Лесной журнал,
1982, № 2.
151
Рис. IV. 10. Работа аварийного (монтажного) болта в случае скалы-
вания зуба, опорной лобовой врубки в ферме, несущей узловые на-
грузки
рис. IV. 10) и обеспечить временное закрепление нижнего
конца верхнего пояса в результате соответствующей де-
формации болта и работы его на растяжение.
Экспериментальные исследования выявили решающее
влияние местного вмятия нижнего концевого ребра верх-
него пояса в волокне нижнего пояса на отклонение си-
лы отпора ЛГОтп от направления, перпендикулярного пло-
скости скалывания. Образовавшаяся местная вмятина,
152
увеличиваясь по мере возрастания силы упора, предот-
вращает дальнейший сдвиг верхнего пояса даже при от-
сутствии связей.
ГЛАВА 3. СОЕДИНЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИХ СВЯЗЯХ
§ 3.1. Соединения на шпонках и шайбах шпоночного типа
Шпонки — это вкладыши из твердых пород древеси-
ны, стали или из пластмасс, которые устанавливаются
между сплачиваемыми элементами и препятствуют
сдвигу. Для сплачивания деревянных элементов издавна
применялись призматические шпонки из твердых пород
древесины. Различают призматические деревянные про-
дольные шпонки (рис. IV.11, а), когда направления во-
локон древесины шпонок и соединяемых элементов со-
впадают, и поперечные, когда направление волокон в
шпонках перпендикулярно к направлению волокон сое-
диняемых элементов. Во втором случае для обеспечения
более плотной посадки шпонок они могут быть выполне-
ны из двух клиновидных элементов'
Призматические шпонки, передавая от одного элемен-
та другому сдвигающие силы, работают на смятие и ска-
лывание. По надежности из деревянных призматических
шпонок следует выделить наклонные шпонки. Отличи-
тельный признак шпонок — появ1яение опрокидывающего
шпонку момента и как результат этого возникновение
распора между соединяемыми элементами (рис. IV. 11, б).
Рассмотрев равновесие шпонки без учета сил трения,
можно приближенно определить распор
V = 3/2 — т,
'шп
с учетом сил трения
Г — Апп) •
Для восприятия распора необходимо устанавливать ра-
бочие связи— стяжные болты. Во избежание чрезмерной
Деформативности шпоночных соединений, а также для
уменьшения количества стяжных болтов, длину шпонки
по нормам принимают не менее Ann2>5/iBp. Глубину врез-
ки шпонок в брусья следует принимать не менее 2 см и
153
Рис. IV.11.	Соединения на
шпонках
а — призматических продольных де-
ревянных; б — работа призматиче-
ских шпонок, а—а—плоскость ска-
лывания; в — тавровых металличе-
ских
не более Vs высоты бруса,
а бревна — не менее 3 см
и не более диаметра
бревна.
Расчет соединений на
призматических шпонках
подобно расчету соедине-
ний на лобовых врубках
сводится к проверке несу-
щей способности по смя-
тию и скалыванию древе-
сины шпонок, а также
сплачиваемых брусьев
или бревен. При расчете на скалывание в многорядовых
соединениях в связи с вероятностью неравномерного
распределения усилий между шпонками и снижения не-
сущей способности вводят коэффициент 0,7. При расчете
соединений на шпонках требуется подбор стяжных бол-
тов и шайб под его головку и под гайку для восприятия
распора.
В настоящее время в зарубежной практике строительст-
ва нашли широкое применение тавровые металлические
шпонки (рис. IV.11, в). Они занимают промежуточ-
ное положение между шпонками н пластинчатыми наге-
лями. Несомненным их преимуществом является просто-
та сборки, упрощенное изготовление гнезда небольшого
размера и возможность в связи с этим расположения
большего количества шпонок без снижения несущей спо-
собности деревянных элементов на скалывание.
Для соединения элементов деревянных конструкций
под различными углами в узлах ставят круглые центро-
вые шпонки. Характерная особенность всех центровых
шпонок — наличие в центре отверстия для стяжного бол-
та. Отверстие для этого болта в соединяемом элементе
можно использовать при нарезке круглых или кольцевых
гнезд в каждом элементе порознь. На рис. IV.12 показа-
но развитие центровых шпонок и их переход к шайбам
шпоночного типа. Центровые односторонние шайбы шпо-
154
Рис. IV.12. Развитие соединений на центровых шпонках
а — дисковых деревянных; б — тарельчатых чугунных; в — гладкокольцевых|
г — зубчатокольцевых
ночного типа воспринимают усилия от центрального бол-
та и рассредоточенно передают их на деревянный эле-
мент.
В определенный период времени наблюдался спад ин-
тереса к применению шпонок. Это объяснялось главным
образом тем, что при их применении для соединения де-
ревянных элементов цельного сечения, из-за устройства
гнезд под шпонки сильно ослаблялось поперечное сече-
ние. Появление клееных деревянных элементов расшири-
ло возможности применения и создания большепролет-
ных деревянных конструкций. Одновременно с этим воз-
никла необходимость устройства соединения клееных
элементов для увеличения их длины, а нередко попереч-
ного сечения, так как при больших пролетах бывает эко-
номичнее делать сечение из нескольких клееных элемен-
тов, соединенных между собой на механических связях.
При этом ослабление поперечного сечения в соединениях
клееных элементов составляет не столь ощутимую долю
от всего поперечного сечения.
Наибольшее распространение в современных деревян-
ных клееных конструкциях за рубежом нашли шайбы
шпоночного и нагельного типов.
Из центровых шайб наиболее технологичными и на-
дежными для сборных узловых соединений элементов
деревянных конструкций являются зубчатые и когтевые
шпонки. Они получаются из листовой стали штамповкой
155
Рис. IV.13. Виды кольцевых и зубчатых шпонок
а — ногтевая Леннова; б — двусторонняя кольцевая типа Аппель; в — то же,
односторонняя; г — тарельчатая типа Христов; д — ногтевая системы Фрис
и Нильсона; е — двусторонняя зубчато-кольцевая Котова; ж — двусторонняя
зубчатая типа Гека; з — то же, односторонняя; и — двусторонняя кольцевая
типа Аллигатор
156
на специальных прессах. Зубчатые шпонки могут иметь
зубья или когти с одной или двух сторон. Односторонние
зубчатые шпонки применяют обычно для устройства
сборно-разборных соединений или для прикрепления де-
ревянных элементов к металлическим. В нашей стране
проф. В. Г. Ленновым были предложены штампованные
когтевые шайбы (рис. IV.13, а) . Этот тип зубчатых шпо-
нок нашел применение и дальнейшее развитие в зару-
бежной практике строительства.
Соединения на зубчатых шпонках характеризуются
высокой несущей способностью и вязкостью. Зубчатые
шпонки вдавливают в тело древесины ударным способом
или специальными зажимами. К недостаткам соединений
на зубчатых шпонках относится образование трещин в
сопрягаемых элементах, а также уменьшение несущей
способности из-за неравномерности запрессовки шпонок
в многорядовых соединениях. Вследствие этого количест-
во зубчатых шпонок в одном ряду ограничивается де-
сятью.
Основные формы п виды шайб шпоночного типа со-
временных деревянных конструкций показаны на рис.
IV.13. В табл. IV.3 даны их основные характеристики.
При сплачивании клееных деревянных элементов с по-
мощью шайб шпоночного типа они могут иметь прямую
расстановку или располагаться в шахматном порядке с
шагом пропорционально диаметру шпонок (см. табл.
IV.3).
Металлические шпонки, расположенные внутри дере-
вянных элементов, не требуют в обычных условиях анти-
коррозионной защиты. При использовании шпоночных
соединений в условиях повышенной химической агрессив-
ности окружающей среды применяют антикоррозионное
покрытие металлических шпонок, чаще оцинкование,
§ 3.2. Соединения на нагелях
Нагели являются одним из наиболее широко приме-
няющихся до настоящего времени механических рабо-
чих связей. Нагелем называется гибкий стержень, кото-
рый соединяет элементы деревянных конструкций и
препятствует их взаимному сдвигу, а сам в основном
работает на изгиб.
Работу нагеля можно рассмотреть на примере соеди-
нения двух сдвигаемых элементов (рис. IV. 14). Силы,
157
Таблица IV.3. Основные технические характеристики шайб шпоночного типа
00_____________________________________________________________________________________________________________
Тип шайб (шпонок)	Размеры шайб, мм			ПлощаДь ослабле- ния, см2	Диаметр болта, мм	Наименьшие размеры сечений соединяемых элементов, см	Наименьшее расстояние между шай- бами по осям, см	Несущая способность шайбы. кН
	Диа- метр	высо- ,а Лш	тол- щина t					
1	2	3	4	5	6	7	в	9
	80	15,3	2	8	20	5X10	16	9,6
Когтевая Леннова	100 120	18,7 22	2 2	12 18	20 24	6X13 7,5X15	20 24	15 21,6
	150	27	2,5	28	24	9X18	30	33,8
Двусторонняя и односторон-	65	30	5	7,8	12	4X10	14	11,5
няя (для присоединения ме-	80	30	6	10,1	12	5X11 	18	14
таллических пластин) системы	95	30	6	12,3	12	6X12	22	17
«Аппель»	126	30	6	17	12	6X16	25	20
	128	45	8	25,9	12	6X20	30	28
Тарельчатые системы «Христо-	60	20	4,5	4,7	12	4X10	16	12,5
фа и Унмака»	80	25	5	8,4	12	5X11	21	16,0
	100	30	5	13,1	12	6X13	24	20.0
	120	35	5	18,8	12	6X16	27	23,0
Двусторонняя зубчато-коль-	90	30	6,5	9,7	12	6X14	20	14,5
девая системы «Фреерс и .	130	40	8	19,8	12	8X20	25	22,0
Нильсон»	155	45	10	27,6	16	10X20	32	31,50
								
Двусторонняя	системы	Котова	120 140	30 30	3 3	18 21	20 22	6X15 6X18	24 28	18 21
			160	30	3	24	27	6X20	32	24
			180	30	3	27	27	7,5X22	36	27
			200	30	3	30	30	7,5X24	40	30
			220	30	3	33	30	8X26	44	33
Двусторонняя	системы	«Гека»	50 65	27 27	3 3	2,8 3,6	12 16	4X10 4X11	12 14	8 11,5
			80	27	3	4,6	20	5X13	17	17
			95	27	3	5,6	24	6X14	20	21
			115	27	3	7	32	6X17	23	27
Односторонняя	системы	«Гека»	50 65	15 15	3 3	3,4 4,5	12 16	4X10 4X11	12 14	8 11,5
			80	15	3	5,5	20	5X13	17	17
			95	15	3	6,9	22	6X14	20	21
			115	15	3	8,6	24	6X17	23	27
Двусторонняя	системы	«Алли-	55	19	1,45	2	12	4X10	12	6
гатор»			70	19	1,45	2,6	16	5X12	14	8
			95	24	1,5	4,5	20	6X14	17	12
			115	24	1,5	5,6	22	8X18	20	16
			125	29	1,65	7,3	24	8X19	23	18
Рис. IV. 14. Схема работы нагеля
а — первоначальное положение; б — поворот; в —деформированный нагель;
г — эпюры сминающих упругопластнческих напряжений древесины; Г — сдви-
гающее усилие; Ти Т2 — равнодействующие сминающих напряжений древе-
сины
сдвигающие сплачиваемые элементы, стремятся опроки-
нуть нагель. Под действием этих сил нагель после неко-
торого поворота, обусловленного неплотностями и обмя-
тием древесины, упирается в нее сначала по краям эле-
ментов, а затем начинает изгибаться. При изгибе наге-
ля увеличивается поверхность его контакта с древесиной,
что вызывает появление в ней неравномерных напряже-
ний смятия по всей длине нагеля (рис. IV. 14, в). Напря-
жения смятия древесины нагелем имеют разные знаки,
и их равнодействующие образуют две пары взаимно
уравновешенных продольных сил (рис. IV. 14, г), пре-
пятствующих повороту нагеля. По условию равновесия
нагеля моменты этих пар равны: Т1е1 — Т2е2 или 7’1/7’2 =
= e2/ei.
Таким образом, равновесие нагеля в отличие от рав-
новесия шпонки обеспечивается только продольными си-
лами, параллельными направлению сдвига соединяемых
элементов. В нагельных соединениях отсутствуют попе-
речные силы, образующие распор, для восприятия кото-
рых в шпоночных соединениях приходится ставить рас-
тянутые связи.
Цилиндрические нагели изготовляют в виде гладких
стержней круглого сечения из стали, металлических
сплавов, твердых пород древесины и из пластмасс. По
характеру своей работы в соединениях сдвигаемых эле-
ментов к цилиндрическим нагелям относятся также бол-
ты, гвозди, глухари (винты большого диаметра с шести-
гранной или четырехгранной головкой) и шурупы (рис.
IV. 15). Цилиндрические нагели устанавливают в пред-
160
Рис. IV.15. Основные виды ци-
линдрических нагелей
а—болт с гайкой и круглыми (мо-
гут быть также квадратными) шай-
бами; б — цилиндрический нагель
из стали (/), из твердых пород
древесины или стеклопластика (2);
в—гвоздь; г — шуруп с полукруг-
лой головкой; б—шуруп с плоской
головкой; е — глухарь с головкой
болта; ох, э—особые виды гвоздей
с профильной поверхностью
Рис. IV. 16. Узловые соединения на
цилиндрических нагелях
а — с прямой расстановкой; б — с кру-
говой расстановкой
варительно рассверленные гнезда. Диаметр отверстия
для нагеля обычно принимают равным диаметру нагеля.
Однако нормами некоторых стран с целью увеличения
плотности соединений, особенно при переменной влаж-
ности и усушке древесины, предусматривается диаметр
отверстия на 0,2—0,5 мм меньше диаметра нагеля. Для
шурупов и глухарей необходимо предварительное про-
сверливание отверстия сверлом диаметром меньше диа-
метра нарезной части шурупов и глухарей. Обычные
гвозди изготовляют из гладкой проволоки диаметром до
6 мм и чаще забивают в древесину без предварительного
сверления гнезд.
Цилиндрические нагели и болты применяют для спла-
чивания элементов деревянных конструкций, соединения
их по длине (рис. IV. 16, а), а также в узловых примы-
11-423	161
каниях (рис. IV. 16, б). Соединения деревянных элемен-
тов на нагелях бывают симметричными и несимметрич-
ными.
На плотность соединений на нагелях значительно вли-
яет совпадение отверстий под нагели в соединяемых эле-
ментах. Чтобы получить хорошее совпадение отверстий
и достичь максимальной плотности соединения, необхо-
димо сверлить отверстия в предварительно собранном н
обжатом пакете. Для обжатия соединений ставят стяж-
ные болты в количестве около 25 % общего числа наге-
лей. Если стяжные болты сделаны из того же материала,
что и нагели, то их включают в расчетное количество
нагелей.
В растянутых стыках по ширине элемента следует
ставить только четное количество продольных рядов на-
гелей. Это требование объясняется тем, что при нечетном
числе рядов средний оказывается по оси доски в зоне
наиболее возможного появления продольных трещин в
результате усушки древесины.
По аналогии с соединениями на заклепках в металли-
ческих конструкциях каждое пересечение нагеля с рабо-
чим швом называется «срезом». Однако при общности
действующих явлений в том и в другом случае работа
нагеля в соединениях деревянных элементов значительно
отличается от работы заклепки в металлических элемен-
тах. Заклепка соединяет тонкие стальные элементы. От-
ношение длины заклепки к ее диаметру невелико, что
характеризует большую относительную жесткость, при
которой изгибные напряжения не имеют существенного
значения и могут не учитываться. Несущую способность
заклепки определяют из расчета на смятие и срез.
В соединениях деревянных элементов отношение дли-
ны нагеля к его диаметру значительно больше, поэтому
нагель работает как гибкий стержень главным образом
на изгиб и неравномерно сминает древесину в гнезде.
Напряжения среза в нагеле не учитываются в расчете,
поскольку срезать деревянным элементом нагель, даже
деревянный, не говоря уже о стальном, нельзя. Термин
«срез» употребляется для характеристики соединения по
количеству плоскостей относительного сдвига между со-
единяемыми элементами, которые пересекаются наге-
лями. В зависимости от расположения срезов по отноше-
нию к осям действия сил различают симметричные и не-
симметричные соединения (рис. IV.17),
162
Рис. IV.17. Соединения на цилиндрических нагелях деревянных рас-
тянутых элементов
а — симметричное двухсрезное; б — несимметричное односрезное
Расчет нагельных соединений основан на том поло-
жении, что действующее на соединение (связь) усилие
не должно превышать расчетной несущей способности
соединения (связи) Т. Расчетное количество нагелей
принимают не менее двух с диаметром 12—24 мм и оп-
ределяют по формуле
лн > A'/rtCp7’H,
где # — расчетное усилие, действующее в растянутом стыке, Н;
«ер — количество срезов нагеля; 7Н — наименьшая расчетная несу-
щая способность одного среза нагеля, Н.
Для сплачивания двух или трех брусьев, составлен-
ных по высоте, применяют пластинчатые нагели, встав-
11*
163
Рис. IV.18. Соединения на пластинчатых нагелях
а — со сквозными пластинками; б — с глухими пластинками
ляемые в гнезда, прорезаемые цепнодолбежным стан-
ком (рис. IV. 18).
Применение дубовых или березовых пластинчатых
нагелей допускается для сплачивания брусьев в состав-
ных элементах со строительным подъемом, работающих
на поперечный изгиб и на сжатие с изгибом. Размеры
пластинчатых нагелей и гнезд для них, а также расста-
новку в сплачиваемых элементах следует принимать по
нормам (см. рис. IV. 18). Направление волокон в пла-
стинках должно быть перпендикулярно плоскости спла-
чивания элементов.
Расчетную несущую способность дубового или бере-
зового пластинчатого нагеля с размерами, даваемыми
164
СНиП П-25-80 в соединяемых элементах из древесины
сосны и ели, следует определять по формуле
7' = 0,75&пл,
где йпл — ширина пластинчатого нагеля, см, которую следует брать
равной ширине сплачиваемых элементов Ьал — Ь при сквозных пла-
стинках, 6Пл=0,56 — при глухих.
При применении для сплачивания элементов из дру-
гих пород древесины следует вводить поправочный коэф-
фициент (табл. 4 СНиП П-25-80).
Для конструкций, эксплуатируемых в условиях повы-
шенной влажности или температуры и рассчитываемых
на действие кратковременных или постоянной и длитель-
ной временной нагрузок, расчетную несущую способность
пластинчатых нагелей следует умножать на поправочные
коэффициенты по табл. 5 и 6 (СНиП П-25-80).
§ 3.3. Определение расчетной несущей способности
одного «среза» нагеля
Для определения несущей способности одного среза
нагеля следует рассмотреть напряженное состояние на-
гельного соединения. Действующие в соединяемых эле-
ментах усилия стремятся сдвинуть их относительно друг
друга. Нагель, препятствуя этому, изгибается. Изгиб на-
геля зависит от жесткости самого нагеля и смятия дре-
весины нагельного гнезда. Нагель можно рассматривать
как балку, лежащую на сплошном упругопластическом
основании — древесине нагельного гнезда. Напряжения
смятия в древесине по длине нагеля неравномерны. Эта
неравномерность тем значительнее, чем меньше жест-
кость нагеля (рис. IV. 19). Неравномерно также распре-
деление сминающих напряжений по контуру нагельного
гнезда (рис. IV. 20). Равнодействующие радиальных на-
пряжений, расположенных выше и ниже продольной оси
х—х, направлены под углом к этой оси и, будучи разло-
жены, дают две составляющие — продольную Т и попе-
речную Q. Продольная составляющая Т=Тн-\-Тв вызы-
вает появление напряжений скалывания по площадкам
и—а и а'—а'. Поперечные составляющие QH и QB стре-
мятся расколоть деревянный элемент по линии б—б.
Еще более сложно напряженио-деформированное состо-
яние нагельного соединения деревянных элементов, рас-
положенных под различными углами.
165
Сложное напряженно-деформированное состояние на-
гельного соединения характеризуется изгибом нагеля,
смятием древесины нагельного гнезда, скалыванием и
раскалыванием древесины между нагелями.
166
Рис. IV.19. Эпюры напряжений древесины нагельного гнезда смя-
тия и изгибающих моментов в нагеле
а — при диаметре нагеля 25 мм; б— то же, 12 мм; в — то же, 6 мм
Рис. IV.20. Эпюры, радиальных
напряжений смятия древесины
нагельного гнезда
Критерием идеального подбора нагеля и шага их
расстановки может служить равенство несущих способ-
ностей нагеля, определенных из условий изгиба нагеля,
смятия древесины в нагельном гнезде, скалывания и
раскалывания древесины между нагелями.
Несущая способность нагеля из условий скалывания
и раскалывания древесины главным образом зависит от
расстановки нагелей. Минимальные расстояния между
нагелями назначают таким образом, чтобы несущая спо-
собность нагеля по скалыванию и раскалыванию заведо-
мо превышала несущую способность нагеля по его изги-
бу и смятию древесины нагельного гнезда.
167
Минимальные расстояния между осями нагелей при-
нято выражать в диаметрах нагеля. Они определяются
видом нагелей и толщиной соединяемых элементов. Рас-
становка нагелей в соединениях может быть прямой или
в шахматном порядке (рис. IV. 21). В табл. IV.4 приве-
та б л и ц a 1V.4. Минимальные расстояния между нагелями
Расстановка нагелей и измеряемое расстояние	Расстояние для цилиндрических нагелей	
	стальных	дубовых
Вдоль волокон:		
от торца до оси		
между осями нагелей	>lda	
Поперек волокон:		
между осями нагелей	>3,5dH	>3dH
от кромки элемента до	>3</н	^2 f
оси нагеля		
158
дены рекомендуемые СНиП П-25-80 минимальные рас-
стояния между цилиндрическими нагелями. При соблю-
дении расстановки нагелей расчетная несущая способ-
ность одного среза нагеля Тп определяется только из ус-
ловий изгиба нагеля и смятия древесины нагельного
гнезда в обоих прилегающих к шву элементах. Теорети-
чески нагель, как уже указывалось, рассматривают как
балку, лежащую на упругом или упругопластическом ос-
новании, за которое принимают древесину соединяемых
элементов. В основу расчета могут быть положены раз-
личные теоретические предпосылки, характеризующие
само основание, режимы нагружения, особенности де-
формирования во времени и другие факторы. Однако
расчет нагеля сложнее, чем расчет балки, лежащей на
сплошном основании. Сложность задачи состоит в следу-
ющем:
основание, на которое опирается нагель, разделено
на части, например, в симметричном двухсрезном сое-
динении имеются две крайние и одна средняя
часть;
действующее усилие приложено к деревянным эле-
ментам соединения и передается на нагель в виде напря-
жений смятия нагельного гнезда;
эпюра давления по длине нагеля неравномерна и за-
висит от толщины элементов и диаметра нагеля.
Другим более удобным для инженерных расчетов
методом определения несущей способности нагеля явля-
ется экспериментально-теоретический метод. В этом слу-
чае эпюры напряжений смятия задают по толщине эле-
ментов. Нагель также рассматривают в виде стержня,
работающего в упругопластической среде, а соединения
расчленяются на три основные схемы: для несимметрич-
ной односрезной,- схемы для кососимметричной двух-
срезиой и симметричной двухсрезной (рис. IV.22). Оии
могут быть выражены одной обобщенной схемой (рис.
IV, 22, г), которая при изменении соотношений между
силами Т1 и Т2 и моментами Л1Ш1 и Мш2 в пределах от
+ 1 до —1 охватывает все основные и промежуточные
схемы. Так, например, при Ti = 0 и Mini = 0 получим
схему для односрезного или крайних элементов двухсрез-
ных соединений; при 1\ =—Т2 и МШ1 = —Мш2 получим
схему среднего элемента кососимметричного соединения;
при 7\ = Т2 и М1п1=Мш2 — схему среднего элемента
симметричного соединения.
169
Рем
Рис. IV.22. Основные схемы на-
гельных соединений
а — несимметричная односрезная; б —
несимметричная двухсрезная; в — енм^
метричная двухсрезная; г —обобщен*
ная схема нагельного соединения
Рис. IV.23. Диаграмма деформи-
рования идеально упругопластиче-
ского материала
При разработке этого метода (автор—д-р техн, наук
В, М. Коченов) для упрощения расчета были введены
следующие предпосылки:
1) принята диаграмма деформирования идеального
170
Рис. IV.24. Эпюры напряжений смя-
тия при Оп/буп —
упругопластического материа-
ла (рис. IV.23) для смятия дре-
весины и для изгиба нагеля;
2) в пределах пластическо-
го участка напряжения ос-
таются постоянными, равными
для древесины расчетно-
му сопротивлению смятию, и для нагеля расчетному
сопротивлению изгибу, что для стали приравнивается
пределу текучести;
3)	несущую способность нагеля определяют не раз-
рушением соединения, а расчетной предельной деформа-
цией;
4)	расчетную предельную деформацию ограничивают
отношением полной деформации к упругой (рис. IV.24),
которое принимают 6п/6уП=2;
5)	ось нагеля принимают прямолинейной до образо-
вания в нем пластического шарнира.
На основании перечисленных предпосылок и основ-
ных расчетных схем были приняты прямолинейные эпю-
ры напряжений смятию. Так, например, если бп/6уп = 1,
то пластическая зона деформирования не образуется и
краевое напряжение смятию будет равно /?ом. При 6П/
/буп=2 зона смятия со стороны более напряженной
кромки будет иметь две равные части — упругую с на-
пряжениями, равными от 0 до /?ом, и пластическую с по-
стоянными напряжениями, равными Rcu (рис. IV.24).
Принятые эпюры напряжений смятию дают возмож-
ность построить графики, координатами которых явля-
ются относительная несущая способность T/(adR),
M/(a2dR.}, относительный эксцентриситет т = М/ (Та) и
другие относительные величины.
Соединение в одну общую задачу отдельных решений
для двух соседних элементов выполняют графически.
При этом используют равенство углов наклона упругой
линии нагеля в соседних элементах около шва.-
Расчетные формулы из условий изгиба нагеля в об-
щем виде имеют вид:	_______
а) полная несущая способность T»=KBds V RhRw',
б) в некоторых случаях характер эпюры моментов по
длине нагеля зависит от толщины элементов. При уве-
171
личеиии толщины или, что то же самое, длины нагеля
максимальный момент уменьшается (см. рис. IV. 19), что
позволяет увеличить несущую способность. При этом
Ta = kBds У /^и^емН-^зЯ2-
Расчетные формулы из условия смятия элементов,
примыкающих к шву.
Гн = Л]а(?нЛ(,м;
Гн =
где kB, k, k?, k3—коэффициенты; a — толщина крайнего элемента,
см; с — толщина среднего элемента, см; rfa — диаметр нагеля, см;
Лем — расчетное сопротивление смятию древесины нагельного гнез-
да, Па (условно принимают постоянным при всех диаметрах наге-
ля); Ли — условное сопротивление нагеля изгибу;
Ли = -Миред/I^H,
где №n = nd®/32, Ли получается больше, чем, например, предел теку-
чести стали, так как при таком условном расчете учитывается пла-
стическая работа нагеля.
Округляя результаты графического решения и вводя
расчетные сопротивления древесины смятию и нагеля из-
гибу, получим формулы для определения несущей спо-
собности одного среза различных видов нагелей (табл.
IV.5). Формулы отличаются только значениями коэффи-
циентов, равных произведению k„ У RnRCM', kiReu; k2RCVI.
В формулах, приведенных в табл. IV.5, коэффициент
ka учитывает уменьшение несущей способности нагеля
при действии усилия под углом а к направлению волокон
древесины. Коэффициент ka зависит не только от угла
между направлением действия силы и направлением
волокон древесины, но и от диаметра нагеля. Чем мень-
ше диаметр нагеля, тем сильнее сопротивление смятию
древесины нагельного гнезда. На рис. IV.25 приведены
кривые, показывающие эту зависимость. При диаметрах
нагеля, равных или меньших 6 мм, снижения сопротив-
ления смятию не наблюдается и Аа = 1.
В результате исследований (П. А. Дмитриев, Ю. Д.
Стрижаков) соединений деревянных элементов на наге-
лях из стеклопластика АГ-4С были получены расчетные
сопротивления древесины смятию. Кроме того установ-
лены: значение коэффициента ku для определения несу-
щей способности нагеля из условия изгиба при длитель-
ном действии нагрузки с учетом ограничения деформа-
ций; значения коэффициентов Л|, Л2.
172
Таблица IV.5. Формулы для определения расчетной несущей способности Ти одного среза цилиндрического
нагеля, кН
J 73
Напряженное состояние сордииеяия	Гвоздь	Нагель из стали С38/23	Нагель из алю- миниевого сплава Д1б-т	Нагель из стеклопластика типа АГ-4С	Дубовый нагель
1	2	3	4	5	б
Изгиб нагеля в симмет- ричных и несимметрич- ных соединениях	2,5da + + 0,01а2, не более 44а	(1,8d2+0,02a2)X х И+с, не более 2,5d2p^	(l,6d2+0,02as)X х]/ka, не более 2,242К^	(1,45^4-0,02a2) X ka, не более 1,842/^	(0,45ds+0,02a2)X хКka.< не более 0,6542К^
Смятие крайнего эле- мента в симметричных соединениях илн более тонкого элемента в не- симметричных соедине- ниях	0,8ad	0,8adka	O.Sad^	0,8adAa	0,5adfea
Смятие среднего эле- мента в симметричных соединениях	0,5cd	0,5cdka	0,5cdka	0,5с4йа	0,3cdka
Продолжение табл. IV.5
Напряженное состояние соединения	Г возДь	Нагель из стали С38/23	Нагель нз алюми- ниевого сплава Д16-Т	Нагель из стеклопластика типа АГ-4С	Дубовый нагель
1	2	3	4	5	6
Смятие более толстого или равных по толщине элементов в несиммет- ричных соединениях	0,35cd	0,35cdka	0,35cdfea	0,35cdfe(x	0,2cd#a
Смятие более толстых средних элементов в двухсрезных	симмет- ричных соединениях	0,25cd	0,25сМа	0,25cdfea	O,25cdAa	0,14cd#a
Примечание. Размеры крайних и средних элементов а н с, а также диаметр нагеля d подставляют в
формулы в см. Расчетную несущую способность одного среза стального нагеля для соединения металлических
накладок с деревянными элементами принимают по максимальному значению 2,5d2 У ка .
Рис. IV.25. Коэффициенты ka
снижения расчетного усилия
нагеля для соединений на
стальных цилиндрических наге-
лях при направлении действия
силы под углом а, к направле-
нию волокон древесины
Следует отметить, что
формулы (см. табл. IV.5)
для определения несущей
способности одного среза
нагеля из стеклопластика
типаАГ-4С получены при
следующих условиях:
расчетное сопротивление смятию вдоль волокон при
всех диаметрах нагеля /?Cm= Ю МПа;
сопротивление изгибу нагеля из стеклопластика АГ-
4СЯи = 318 МПа;
принят минимальный коэффициент при угле смятия
а = 0°; £и= 0,264.
В связи с обнаруженным явлением разрушения наге-
ля от скалывания при его изгибе следует ограничить
Аи Кек/ЛиЛсм,
где /?ск — расчетное сопротивление стеклопластика АГ-4С скалыва-
нию при изгибе, Па.
§ 3.4.	Особенности работы гвоздей
Гвозди в соединениях сдвигаемых деревянных эле-
ментов работают как нагели. Их обычно забивают в дре-
весину без предварительного просверливания, что обус-
ловливает некоторые особенности их работы. Как указы-
валось раньше, исследования показали повышенную не-
сущую способность гвоздей, вставленных в предвари-
тельно просверленные отверстия (см. табл. IV.1). Однако
в этом случае гвозди принято называть тонкими наге-
лями и их расчет полностью совпадает с расчетом наге-
лей.
Диаметр гвоздей, забиваемых в цельную древесину,
не превышает 6 мм и поэтому их несущая способность
не зависит от угла между направлением действия силы
и направлением волокон (см. рис. IV.25). В связи с Этим
Для гвоздей коэффициент уменьшения несущей способ-
175
Рис. IV.26. Определение глубины защемления гвоздя
иости fea не вводят в формулы определения несущей спо-
собности (табл. IV.5).
При определении расчетной длины защемления кон-
ца гвоздя в последней непробиваемой насквозь доске не
следует учитывать часть длиной 1,5 drB (рнс. IV.26).
Кроме того, из длины гвоздя при определении длины его
защемления следует вычитать по 2 мм на каждый шов
между соединяемыми элементами. Если расчетная дли-
на защемления конца гвоздя получается меньше 4с/гв, то
его работу в примыкающем к шву элементе учитывать
не следует. Диаметр гвоздей принимать не более 0,25
толщины пробиваемого элемента. Если последняя доска
пробивается гвоздем насквозь, то, учитывая отщеп ее
нижнего слоя, рабочая толщина доски уменьшается па
1,5 6?гв-
Заостренный конец гвоздя, проникая в древесину,
раздвигает ее волокна в сторону, в результате чего про-
исходит уплотнение древесины около гвоздя, что увели-
чивает опасность раскалывания древесины. Уменьшить
эту опасность можно относительно более редкой расста-
новкой забиваемых гвоздей по сравнению с нагелями.
Минимальные расстояния между осями гвоздей вдоль
волокон древесины следует принимать не менее S| =
= 15<7ГВ при толщине пробиваемого элемента c^iOdrB;
SI=25drB при толщине пробиваемого элемента c=4d.
Для промежуточных значений толщины элемента наи-
меньшее расстояние следует определять по интерполя-
ции.
Для элементов, не пробиваемых гвоздями насквозь,
расстояние между осями гвоздей следует принимать не-
176
зависимо от их толщины SiJ>15d. Расстояние вдоль во-
локон древесины от оси гвоздя до торца элемента во всех
случаях надо брать не менее Si = 15d. Расстояние между
осями гвоздей поперек волокон древесины при прямой
расстановке гвоздей принимают не менее S2—4d; при
шахматной расстановке или расстановке их косыми ря-
дами это расстояние может быть уменьшено до S2 = 3rf,
а расстояние от продольной кромки до оси гвоздя 4d.
Гвозди образуют более плотные соединения, чем на-
гели. Недостатком гвоздевых соединений является замет-
ная ползучесть при длительно действующих нагрузках.
Для увеличения плотности соединений, особенно в слу-
чаях прикрепления стальных накладок к деревянным
элементам, нашли применение особые гвозди с неглад-
кой поверхностью (см. рис. IV. 15), забиваемые в древе-
сину пневматическими молотками.
§ 3.5.	Нагельные соединения со вставками в узлах
Описанные выше соединения осуществлялись с меха-
ническими рабочими связями непосредственным примы-
канием соединяемых деревянных элементов.
Когда в узлах действуют большие усилия илн соеди-
няются несколько элементов, обеспечить передачу уси-
лий через контактные поверхности всех сопрягаемых
элементов сложно. В таких случаях целесообразно ис-
пользовать различные вставки в виде узловых пластин,
которые увеличивают площадь узла и одновременно со-
здают многосрезность рабочих сязей. В качестве узло-
вых вставок чаще всего применяют пластинки из стали
и фанеры.
Пластинки могут располагаться снаружи (накладки)
и присоединяться снаружи к древесине соединяемых эле-
ментов с помощью односрезных нагелей или располагать-
ся внутри деревянного элемента (прокладки) в специ-
альных разрезах с тем, чтобы рабочие связи могли ра-
ботать как миогосрезиые (рис.IV.27) нагели.
Соединения с накладками и прокладками на болтах
или глухих цилиндрических нагелях допускаются в тех
случаях, когда обеспечена необходимая плотность пос-
тановки нагелей. Глухие стальные цилиндрические на-
гели должны иметь заглубление не менее 5 диаметров
нагеля.
12—423
177
на толстых (более 5 мм) плас-
Рис. IV.27. Нагельные соединения
танках
в — с накладками; б — с прокладками
Рис. IV.28. Соединения деревянных элементов на тонких пластинках
системы «Грейм»
а —с трапециевидными пластинками; б—с треугольными пластинками
Передача усилий от одного деревянного элемента
другому происходит последовательно через нагели, пла-
стинку и нагели другого деревянного элемента. Сечение
пластинок назначают из расчета на растяжение по ос-
лабленному сечению и обеспечения прочности на смятие
в гнезде под нагелем, В нагельных соединениях обычно
178
применяют стальные пластинки толщиной ие менее 5 мм.
Отверстия-гнезда для нагелей сверлят как правило од-
новременно в дереве и в пластинке. При этом если про-
кладки стальные, первый раз делают отверстие сверлом
с диаметром, соответствующим гнезду нагеля в деревян-
ном элементе (на 0,2—0,5 мм меньше диаметра нагеля),
затем металлическую пластинку вынимают из разреза
и отверстия в ней рассверливают до размера диаметра
нагеля.
Технология изготовления этих соединений относитель-
но трудоемка, но оправдана тем, что при размещении
металлических элементов внутри древесины (концы на-
геля и болтов оставляют ниже поверхности элемента па
2 см и заклеивают сверху деревянной вставкой) повы-
шается огнестойкость деревянных конструкций и их стой-
кость к действию химически агрессивных ред. Как пра-
вило, нагельные соединения со стальными прокладками
применяют в узлах клееных элементов большого сече-
ния.
Намного проще изготовление соединений на узловых
пластинках толщиной не более 2 мм, которые без пред-
варительного просверливания могут быть пробиты на-
сквозь гвоздями. К таким соединениям относится систе-
ма «Грейм» (рис. IV.28). Здесь в тонкие прорези встав-
ляют металлические пластинки толщиной 1 —1,75 мм и
пробивают насквозь гвоздями. Пластинка, находящаяся
в разрезе внутри деревянного элемента, при восприятии
узловых сжимающих усилий работает на продольный
изгиб со свободной длиной, равной расстоянию между
рабочими связями, которые скрепляют пластинки с де-
ревянным элементом. Чтобы предупредить выпучивание
пластинки, необходимо обеспечить ее плотное прилега-
ние к боковым граням разреза и установить рабочие
связи с шагом, при котором не происходит выпучивания
пластинки.
Нагельные соединения со стальными накладками и
прокладками следует рассматривать также как и обыч-
ные нагельные соединения деревянных элементов, опре-
деляя несущую способность нагелей из условия изгиба
нагеля и смятия древесины в нагельном гнезде. При
этом в расчете из условия изгиба следует принимать на-
ибольшее значение несущей способности нагеля. Сталь-
ные накладки и прокладки надо проверять на растяже-
ние по ослабленному сечению и на смятие под нагелем.
12*
179
Рис. 1V.29. Соединения на фа*
нерных накладках
Рис. IV.30. Соединения на на-
гельных пластинках системы
«Менигь
Узловые пластинки можно изготовлять и из других, в
частности, слоистых материалов. Наибольшее распрост-
ранение получили соединения деревянных элементов на
пластинках из бакелизированной фанеры.
Их преимущественно применяют для связевых и дру-
гих соединений, которые изготовляют непосредственно
на строительной площадке. Соединения на фанерных на-
кладках и прокладках осуществляют на цилиндрических
нагелях из твердых пород древесины, стали и др., на
гвоздях или шурупах. Если фанерные пластинки распо-
лагаются снаружи деревянных элементов, то они присо-
единяются односрезными нагелями (рис. IV.29). Воз-
можны также многосрезные соединения, если пластинки
180
устанавливают в прорези в деревянных элементах или
между их отдельными ветвями.
Клеем на основе синтетических смол обрабатывают
кромки фанерных листов. Толщину их выбирают в зави-
симости от диаметра нагеля и из условий работы фане-
ры на смятие в гнезде.
Последние располагают обычно так, чтобы направле-
ние волокон наружных слоев фанеры совпадало с на-
правлением волокон соединяемого элемента, в котором
действуют большие усилия, или этот угол составлял 45°.
Следует отметить недостаточную изученность вопроса
применения фанерных узловых пластинок.
Развитие нагельных соединений с пластинками в уз-
лах привело к появлению нагельных пластин. Одними из
первых стали применяться для узловых соединений кон-
струкций с одной или двумя ветвями нагельные пластин-
ки системы «Мениг» (рис. IV.30). Пластинки этой систе-
мы изготовляют из пенопласта толщиной 3 мм и слоя
синтетической смолы, усиленной стекловолокном толщи-
ной 2 мм. В этой пластинке закреплены сквозные обоюдо-
острые нагели диаметром от 1,6 мм и длиной по, каж-
дую сторону пластинки от 25 мм и более. Толщина сое-
диняемых деревянных элементов может достигать
80 мм.
Нагельные пластинки устанавливают между соединя-
емыми деревянными элементами. При запрессовке слой
пенопласта сжимается и служит контролем для равно-
мерной запрессовки нагелей в оба соединяемых эле-
мента.
По своей работе соединения на нагельных пластинках
могут быть сравнены с работой гвоздевых соединений.
Несущая способность соединений на пластинках типа
«Мениг» составляет 0,75—1,5 Н на 1 мм2 контактной по-
верхности.
В нашей стране ведутся иаучно-иссследовательские
работы по созданию соединений брусчатых деревянных
элементов большого сечения на нагельных пластинках
большой несущей способности. Нагельные пластинки
этого типа представляют собой металлические пластины
с прикрепленными нагелями диаметром 3—4 мм. Нагели
могут быть сквозными, запрессованными в отверсти-
ях пластинки, или состоять из двух половин, прикреп-
ляемых к обеим сторонам пластинки точечной свар-
кой.
181
Применение соединений на нагельных пластинах
требует тщательности изготовления, отбора материала и
запрессовки в специальных гидравлических прессах при
строгом контроле качества.
§ 3.6.	Соединения на металлических зубчатых
пластинках (МЗП)
Для узловых соединений дощатых элементов в по-
следнее время нашли применение металлические зуб-
чатые пластинки (МЗП). Наибольшее распространение
в зарубежной практике строительства получили МЗП
системы «Ганг-Нейл» (рис. IV.31).
МЗП представляет собой стальные пластинки толщи-
ной 1—2 мм, на одной стороне которых после штампов-
ки на специальных прессах получаются зубья различной
формы и длины. МЗП ставят попарно по обе стороны
соединяемых элементов таким образом, чтобы ряды
МЗП располагались в направлении волокон присоеди-
няемого деревянного элемента, в котором действуют на-
ибольшие усилия.
В нашей стране применяют соединения на металли-
ческих зубчатых пластинках типа МЗП-1,2 и МЗП-2
(рис. IV.31,6). В ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко раз-
работаны «Рекомендации по проектированию и изготов-
лению дощатых конструкций с соединениями на метал-
лических зубчатых пластинках», согласно которым
такие конструкции следует применять в зданиях V степе-
ни огнестойкости без подвесного подъемно - транспорт-
ного оборудования с температурно-влажностными усло-
виями эксплуатации Al, А2, Б1 и Б2 (см. табл. Ш.З).
Изготовление конструкций должно производиться на
специализированных предприятиях или в деревообра-
батывающих цехах, оснащенных оборудованием для
сборки конструкций, запрессовки МЗП и контрольных
испытаний конструкций. Ручная запрессовка МЗП не-
допустима.
Несущую способность деревянных конструкций на
МЗП определяют по условиям смятия древесины в гнез-
дах и изгиба зубьев пластин, а также по условиям проч-
ности пластин при работе на растяжение, сжатие и срез.
Материалом для изготовления конструкций-служит
древесина сосны и ели шириной 100—200 мм, толщиной
40—60 мм. Качество древесины должно удовлетворять
182
°)
Рис. IV.31. Соединения на металлических зубчатых пластинках (МЗП)
а—металлические зубчатые пластинки (МЗП) системы «Ганг-Нейл»; б—узел
дощатой фермы на МЗП; а — МЗП-1,2; г,— МЗП-2
требованиям СНиП П-25-80, предъявляемым к матери-
алам деревянных конструкций.
МЗП рекомендуется изготовлять из листовой угле-
родистой стали марок 08кп или Юкп по ГОСТ 1050—74
(с изм.) толщиной 1,2 и 2 мм. Антикоррозионную защи-
ту МЗП выполняют оцинковкой по ГОСТ 14623—69 или
покрытиями на основе алюминия в соответствии с ре-
комендациями по антикоррозионной защите стальных
закладных деталей и сварных соединений сборных же-
лезобетонных и бетонных конструкций. В табл. IV.6
183
приведены основные расчетные характеристики соедине-
ний на металлических зубчатых пластинках типа МЗП-
1,2 и МЗП-2.
Деревянные конструкции на соединениях с МЗП
рассчитывают на усилия, возникающие в период эксплу-
атации зданий от постоянных и временных нагрузок, а
также на усилия, возникающие при транспортировке и
монтаже. Сквозные конструкции рассчитывают с учетом
неразрезности поясов и в предположении шарнирного
крепления к ним элементов решетки.
Несущая способность соединения иа МЗПЛ^с, кН, по
условиям смятия древесины и изгиба зубьев при растя-
жении, сдвиге и сжатии, когда элементы воспринимают
усилия под углом к волокнам древесины, определяют по
формуле
NC = 2RFP,
где R — расчетная несущая способность на 1 см5 рабочей площади
соединения, вычисляемая по табл. IV.6; Др—расчетная площадь по-
верхности МЗП на стыковом элементе, определяемая за вычетом
площадей участков пластины в виде полос шириной 10 мм, примы-
кающих к линиям сопряжения элементов и участков пластины, ко-
торые находятся за пределами зоны рационального расположения
МЗП. Последняя ограничивается линиями, параллельными линии
стыка, проходящими по обе стороны от нее на расстоянии половины
длины линии стыка.
Учет эксцентриситета приложения усилий к МЗП при
расчете опорных узлов треугольных ферм осуществля-
ется снижением расчетной несущей способности соеди-
нения умножением на коэффициент т), определяемый в
зависимости от уклона верхнего пояса по табл. IV.7.
Кроме того проверяют саму пластинку на растяжение и
срез.
Несущую способность МЗП при растяжении на-
ходят по формуле
Np=2bRp,
где b — размер пластины в направлении, перпендикулярном направ-
лению усилия, см; Rp— расчетная несущая способность пластины
на растяжение, кН/м, определяемая по табл. IV.8.
Несущую способность МЗП Qcp при срезе определя-
ют по формуле
Qcp — 2/ср/?ср >
где /ср — длина среза сечения пластины без учета ослаблений, см;
Rcp — расчетная несущая способность пластины на срез, кН/м, опре-
деляемая по табл. IV.8.
184
Таблица 1V.8. Расчетная несущая способность соединений на МЗП
Обозначение	Напряженное состояние соединения	Характерный угол Р, а, у, град	Расчетная несущая способность соединений с пластинами типа	
			МЗП-1,2	МЗП-2
1	2	3	4	5
/?, МПа, рабочей пло-	Смятие древесины н изгиба	0-15	0,8	0,8
щади соединения	зубьев при углах между на- правлением волокон и дейст-	30	0,7	0,7
	вующим усилием fl	45	0,6	0,6
		60	0,5	0,5
		75—00	0,4	0,4
Rp, кН/м, ширины ра-	Растяжение пластины при ве-	0—15	115	35
бочего сечеиия пласти-	личине угла между лродоль-	45—90	200	65
иы	ной осью пластин и действую- щим усилием а			
Rep, кН/м, длины среза-	Срез пластины при величине	60	35	65
емого сечения пластины	угла между продольной осью	45	50	95
	пластины и направлением сре- зающего усилия у	90	35	65
— Примечание. Расчетные несущие способности для промежуточных значений р, а, у принимают по ин-
$ терполяции.
Таблица IV.9. Коэффициент rj, учитывающий снижение
несущей способности соединения из-за внецентренного приложения
усилия к МЗП в треугольных фермах
Уклон верхнего пояса, град.	0	15	18	22	25	Более 25
Коэффициент	1	0,85	0,8	0.7	0,675	0,65
При совместном действии на пластину усилий среза
и растяжения должно выполняться условие
(Л'р/27?рй)2 (Qcp/2^?cpZcp)2 < 1 •
При проектировании конструкций на МЗП следует
стремиться к унификации типоразмеров МЗП и сечений
пиломатериала в одной конструкции. На обеих сторонах
узлового соединения должны располагаться МЗП одно-
го типоразмера. Площадь соединения на каждом эле-
менте (с одной стороны от плоскости соединения) долж-
на быть для конструкций пролетом до 12 м не менее
50 см2, а для конструкций пролетом до 18 м не менее
75 см2. Минимальное расстояние от плоскости соедине-
ния элементов должно быть не менее 60 мм. МЗП сле-
дует располагать таким образом, чтобы расстояния от
боковых кромок деревянных элементов до крайних зубь-
ев были не менее 10 мм.
§ 3.7.	Соединения на растянутых связях
К растянутым связям относят гвозди, винты (шуру-
пы и глухари), работающие на выдергивание, скобы,
хомуты, стяжные болты и тяжи. Различают связи на-
тяжные и ненатяжные, временные (монтажные) и посто-
янные. Все виды связей, и особенно постоянные, воспри-
нимающие расчетные усилия, должны быть защищены
от коррозии (оцинковкой, покрытием водостойкими ла-
ками и т.п.). Расчет связей на растяжение производят
в соответствии с нормами расчета металлических конст-
рукций.
Гвозди сопротивляются выдергиванию только уси-
лиями поверхностного трения между ними и древесиной
гнезда. Силы трения могут уменьшиться при образова-
нии в древесине трещин, которые снижают силу сжатия
гвоздя, поэтому для гвоздей, работающих на выдергива-
186
Рис. IV.32. Растянутый стык деревянных элементов
ние, обязательно соблюдение тех же норм расстановки,
которые приняты для гвоздей, работающих как нагели
па изгиб.
При статическом приложении нагрузки расчетную
несущую способность на выдергивание одного гвоздя,
забитого поперек волокон с соблюдением норм расста-
новки, определяют по формуле
Т'выд С Явыд 11 ^гв^защ >
где 7?выд — расчетное сопротивление выдергиванию на единицу по-
верхности соприкасания гвоздя с древесиной, которое следует при-
нимать для воздушно-сухой древесины 0,3 МПа, а для сырой, высы-
хающей в конструкции, —0,1 МПа; dra—диаметр гвоздя, м; /аащ—
расчетная длина защемленной, сопротивляющейся выдергиванию час-
ти гвоздя м.
В деревянных конструкциях (для временных соору-
жений) принимают значения ^?Быд, указанные на рис.
IV.33. При определении Т’выд расчетный диаметр гвоздя
принимают не более 5 мм, даже в случае использования
гвоздей большей толщины.
Расчетная длина защемления гвоздя 13ащ (без уче-
та острия 1,5 йгв) должна быть не менее 10 drB и не ме-
нее чем две толщины прибиваемой доски. В свою оче-
редь толщина прибиваемой доски должна быть не ме-
нее 4(/гв-
Шурупы (винты, завинчиваемые отверткой) и глу-
хари (винты диаметром 12—20 см, завинчиваемые клю-
чом) удерживаются в древесине не только силами тре-
ния, по и упором винтовой нарезки в прорезаемые ею в
древесине винтовые желобки.
Расстановка шурупов и глухарей и размеры просвер-
ленных гнезд должны обеспечивать плотный обжим
стержня глухаря древесиной без ее раскалывания. Рас-
стояния между осями винтов в продольном направлении
должны быть не менее Si==10 dB; а поперек волокон
S2=S3=5dB. Диаметр прилегающей к шву части гнезда
187
Учитывается d2g-a, s ctt

Рис. IV.33, Учет длины за-
щемления гвоздей, рабо-
тающих на выдергивание
для воздушно-сухой древесины
^ВЫД =0»3—0,4 МПа; для сырой
древесины /?выд =2—2,5 МПа
должен точно соответствовать диаметру ненарезной части
стержня глухаря. Для надежного упора винтовой нарез-
ки выдергиваемого шурупами глухаря диаметр заглуб-
ленной части гнезда по всей длине нарезной части глу-
харя должен быть на 2—4 мм меньше полного его диа-
метра.
Если при конструировании можно допустить разре-
женную расстановку шурупов и глухарей диаметром не
более 8—16 мм, то сверлят гнезда уменьшенного на 2—
3 мм диаметра на всю длину защемления.
При соблюдении указанных требований расчетную
несущую способность на выдергивание шурупа или глу-
харя определяют по формуле
7*выд ^?выд Л ^синт-защ >
где 7?выд — расчетное сопротивление выдергиванию неразрезной час-
ти шурупа или глухаря, которое для воздушно-сухой древесины
принимают ] МПа; </ВПНт—наружный диаметр нарезной части, м;
— длина нарезной части шурупа или глухаря, м.
Все поправочные коэффициенты к /?выд вводят в соот-
ветствии с поправками на сопротивление смятию поперек
волокон.
Глухари и шурупы лучше всего использовать для
крепления к деревянным брусьям и доскам металличес-
ких накладок, хомутов, шайб и т. п. При этом глухари
и шурупы заменяют не толькр нагели, но и
стяжные болты. Если с помощью глухарей или шурупов
присоединяют деревянные или фанерные элементы, ра-
ботающие на отрыв, решающее значение приобретает не
сопротивление выдергиванию нарезной части, а сопро-
тивление смятию древесины головкой глухаря или шу-
рупа. В таком случае необходимо под головку подкла-
188
W’SSt
1шипа=6- 7dCK
Правильно f ,
dcK	*15d№
d/3
d /J-
---bfr
d/3
Рас. IV.34. Правильное и неправильное применение скоб в качестве
растянутых вспомогательных связей
дывать металлическую шайбу размером 3,5 ^винтХ
X 3,5 £/bhhtX0j25 dВИНТ'
Скобы (рис. IV.34) из круглой (или квадратной)
стали толщиной 10—18 мм применяют в качестве вспо-
могательных растянутых или фиксирующих связей в со-
оружениях из круглого леса или брусьев, в мостовых
опорах, лесах, бревенчатых фермах и т. п. В дощатых
деревянных конструкциях скобы не применяют, так как
они раскалывают доски. Скобы как правило забивают
концами (шипами) в цельную древесину без сверления
гнезд. Несущая способность одной скобы, забитой без
сверления, даже при соблюдении увеличенных норм рас-
становки неопределенна.
Экспериментальные исследования выявили эффек-
тивность забивки без сверления скоб из проката кресто-
вого профиля dCK=15 мм (t/ен диаметр описанной ок-
ружности). При достаточной длине шипа (6—7 dCK) не-
сущая способность таких скоб приблизительно равна
несущей способности нагеля из круглой стали диамет-
ром 15 мм.
Хомуты, так же как и скобы, относятся к растяну-
тым связям. Отличительной особенностью хомутов яв-
ляется охватывающее их положение по отношению к со-
единяемым деревянным элементам.
Рабочие болты и тяжи, т. е. растянутые металличес-
кие элементы, применяют в качестве анкеров, подвесок,
растянутых элементов металлодеревянных конструкций,
затяжек арочных и сводчатых конструкций и т. п. Все
элементы тяжей и рабочих болтов следует проверять
расчетом по нормам для стальных конструкций и прини-
мать диаметром не менее 12 мм.
189
Рис. IV.35. Простейшие сты*
новые соединения тяжей из
круглой стали
а — складной ненатяжной и не-
разъемный растянутый стык;
б —стяжная муфта для натяж-
лого разборного стыка
При определении несущей способности растянутых
стальных черных болтов, ослабленных нарезкой, учиты-
вают уменьшенную площадь FHt и местную концентра-
цию напряжений ор; поэтому принимают пониженные
расчетные сопротивления. Расчетные сопротивления
стали в параллельно работающих двойных и более тяжах
и болтах снижают умножением на коэффициент 0,85,
учитывая неравномерность распределения усилий. В ме-
таллических тяжах следует избегать местного ослабле-
ния рабочего сечения.
Рабочие болтовые связи и стяжные муфты применя-
ют лишь в тех случаях, когда требуется монтажное или
эксплуатационное регулирование их длины. Располага-
ют их в наиболее доступных местах металлодеревянных
арок и ферм. Ненатяжное стыковое соединение затяжки
из круглой стали, позволяющее транспортировать ее без
разборки, показано на рис. IV. 35, а.
Необходимые лишь в редких случаях натяжные сты- -
ки затяжек из круглой стали осуществляют с помощью
натяжных муфт с разносторонней резьбой. При отсутст-
вии муфт заводского производства можно изготовлять
сварные муфты из двух (или лучше из четырех) квад-
ратных гаек левой и правой резьбы, скрепленных на
сварке двумя стальными планками (рис. IV.35, б).
Стяжные болты, имеющие преимущественно монтаж-
ное значение и не рассчитываемые на восприятие опре-
деленного эксплуатационного усилия, применяют почти
во всех видах соединений, в том числе в нагельных сое-
динениях и врубках для обеспечения плотного прилега-
ния сплачиваемых досок, брусьев или бревен. Сечение
стяжных болтов определяют по монтажным соображе-
190
Рис. IV.36. Типы, клееных стыков
а — простой натяжной стык; б — стык
со стяжными болтами в опорных угол-
ках; в — стык с обжимными клиньями
Рис. IV.37. Стык с двойным обжимом
ниям; оно должно быть тем больше, чем толще элемен-
ты соединяемого узла, т. е. чем больше ожидаемое со-
противление спрямляющему выгибу покоробленных или
перекошенных досок или брусьев. В случае разбухания
древесины плотно стянутого болтом пакета досок стер-
жень болта подвергается большим продольным растяги-
вающим усилиям. Чтобы избежать при этом разрыва бол-
та по сечению, ослабленному нарезкой, шайбы стяжных
болтов назначают с уменьшенной площадью смятия дре-
весины. Безопасное для соединения вмятие шайбы в
древесину в случае разбухания должно произойти рань-
ше, чем напряжение стержня болта на разрыв достиг-
нет опасного значения.
Сборно-разборный стык с двойным обжимом для
растянутых клееных элементов. Клееные стыки растяну-
тых деревянных элементов были исследованы В. Г. Ми-
хайловым в ЦНИИПС (1946—1947 гг). Разрушение сты-
ков происходило от раскалывания при низких напряже-
ниях сдвига по плоскости разрушения. Наивысшее сред-
191
Рис. IV.38. Влияние поперечного обжима на напряженное состояние
по плоскости скалывания
а — нормальные и касательные напряжения при поперечном сжатии; б —то
же, при двойном обжатии и сдвиге
нее напряжение сдвига при разрушении, равное 2,4 МПа,
было достигнуто в стыке с обжимными клиньями
(рис. IV.36, в).
Стык с двойным обжимом (рис. IV.37) перекрывает-
ся накладками 1 из полосовой стали, к которым прива-
рены уголки 2. Усилия от растянутых деревянных эле-
ментов передаются на стальные накладки через пере-
крестные болты 3 и 4 и коротыши с нарезкой 5. К сты-
куемым элементам приклеивают на концах деревянные
накладки 7 со скошенными торцами для упора уголков б
с таким расчетом, чтобы плоскость скалывания, начина-
ющаяся от уголка, не совпадала с клеевым швом.
Анализ испытаний растянутых стыков показывает,
что сила, обжимающая элемент у начала плоскости раз-
рушения при скалывании (рис. IV. 38, а), противодей-
ствуя растягивающим напряжениям, одновременно соз-
дает дополнительные напряжения сдвига и тем самым
увеличивает их концентрацию в опасной зоне. При соз-
здании на противоположном конце плоскости скалыва-
ния дополнительной силы обжима поперек волокон (как
это имеет место в рассматриваемом стыке) напряжения
192
Рис. IV.39.	Соединения на
стержнях из арматуры перио-
дического профиля, вклеенных
а—в цилиндрические отверстия; 6—
в профрезерованние вазы
сдвига выраниваются,
уменьшаются их концент-
рация и возможность
возникновения растягива-
ющих поперек волокон
напряжений (рис. IV.38,
6).
Стык с двойным обжа-
тием является натяжным
сборно-разборным соединением, создающим начальную
плотность и позволяющим поддерживать ее в дальней-
шем в условиях эксплуатации (если произойдет некото-
рая усушка соединяемых элементов).
Стык на скалывание по древесине рассчитывают из
условия
> Np/2bR^.
Среднее значение расчетного сопротивления сдвигу
определяют по формуле
г макс
1 + ₽ —
е
где Р — определяют по п. 5в; 5г табл. Ш.1; (3 = 0,125; е = 0,25/г.
Соединения на вклеенных стальных стержнях, рабо-
тающих на выдергивание или продавливание. Примене-
ние соединений на вклеенных стержнях из арматуры пе-
риодического профиля диаметром 12—25 мм, работаю-
щих на выдергивание и продавливание, допускается в
условиях эксплуатации конструкций при температуре
окружающего воздуха, не превышающей 35 °C.
Предварительно очищенные и обезжиренные стерж-
ни вклеивают составами на основе эпоксидных смол в
просверленные отверстия или в профрезерованные пазы
(рис. IV.39). Диаметры отверстий илн размеры пазов
следует принимать на 5 мм больше диаметров вклеивае-
мых стрежней.
Расчетную несущую способность такого стержня на
выдергивание или продавливание вдоль и поперек воло-
13-423
193
кон в растянутых и сжатых стыках элементов деревян-
ных конструкций из сосны и елн следует определять по
формуле
Т = #ск я [<* + 0,005] lkCR,
где d — диаметр вклеиваемого стержня, м; I — длина заделываемой
части стержня, м, которую следует принимать по расчету, но не ме-
нее 10d н не более 30d;	—коэффициент, учитывающий неравно-
мерность распределения напряжений сдвига в зависимости от дли-
ны заделываемой части стержня, который определяют по формуле
Ас = 1,2—0,02(//d), Rcl‘. — расчетное сопротивление древесины ска-
лыванию.
Расстояние между осями вклеенных стержней, вдоль
волокон следует принимать не менее $2 = 3 d, а до на-
ружных граней — не менее <S3=2a!.
ГЛАВА 4. СОЕДИНЕНИЯ НА КЛЕЯХ
§ 4.1.	Требования, предъявляемые к клеям
для несущих конструкций
Равнопрочность, монолитность и долговечность кле-
евых соединений в деревянных конструкциях могут быть
достигнуты только применением, водостойких конструк-
ционных клеев. Долговечность и надежность клеевого
соединения зависят от устойчивости адгезионных свя-
зей, вида клея, его качества, технологии склеивания,эк-
сплуатационных условий и поверхностной обработки до-
сок.
Клеевой шов должен обеспечивать прочность соеди-
нения, не уступающую прочности древесины на скалы-
вание вдоль волокон и на растяжение поперек волокон.
Прочность клеевого шва, соответствующую прочности
древесины на растяжение вдоль волокон, пока еще не
удается получить, поэтому в растянутых стыках пло-
щадь склеиваемых поверхностей приходится увеличи-
вать примерно в 10 раз косой срезкой торца на ус или
на зубчатый шип.
Плотность (беспустотность) контакта клеящего ве-
щества со склеиваемыми поверхностями должна созда-
ваться еще в вязкожидкой фазе конструкционного клея,
заполняющего все углубления и шероховатости, благода-
ря способности смачивать склеиваемую поверхность. Чем
194
ровнее и чище остроганы склеиваемые поверхности и чем
плотнее они прилегают одни к другим, тем полнее моно-
литность склеивания, тем равномернее и тоньше клее-
вой шов. Деревянная конструкция, монолитно склеенная
из сухих тонких досок, обладает значительными преи-
муществами перед брусом, вырезанным из цельного
бревна, но для реализации этих преимуществ необходи-
мо строгое соблюдение всех условий технологии инду-
стриального производства клееных деревянных конст-
рукций.
После отверждения конструкционного клея от сфор-
мировавшегося клеевого шва требуется не только рав-
нопрочность и монолитность, но и водостойкость, тепло-
стойкость и биостойкость. При испытаниях разрушение
опытных образцов клеевых соединений должно проис-
ходить в основном по склеиваемой древесине, а не по
клеевому шву (с разрушением внутренних, когезионных
связей) и не в пограничном слое между клеевым швом
и склеиваемым материалом (с разрушением погранич-
ных, адгезионных связей).
§ 4.2.	Виды клеев
Клеевые содинения применялись давно, главным об-
разом в столярных изделиях. В начале XX в. в Швей-
царии, Швеции и Германии стали применять несу-
щие деревянные конструкции, соединенные на казеино-
вом клее. Некоторые из этих деревянных конструкций,
надежно защищенные от увлажнения, сохранились до
наших дней. Однако в полной мере удовлетворить тре-
бованиям, предъявляемым к соединениям элементов не-
сущих конструкций современных капитальных сооруже-
ний, белковые клеи животного и тем более растительно-
го происхождения не могли.
Решающее значение для современного индустриаль-
ного производства клееных деревянных конструкций на
новой технологической базе имеет развитие химии поли-
мерных материалов и производства синтетических кле-
ев. Синтетические полимерные материалы с запланиро-
ванными свойствами позволяют обеспечить требуемые
прочность и долговечность клеевых соединений. Поиск
оптимального ассортимента конструкционных клеев и
соответствующих режимов поточного производства кле-
еных конструкций продолжается, но уже сейчас имеется
13*
195
набор синтетических клеев, которые позволяют соеди-
нять деревянные строительные детали не только с дере-
вом, но и с синтетическими полимерными материалами
и даже с металлическими деталями.
В отличие от казеиновых н других белковых клеев
синтетические конструкционные клеи образуют прочный
водостойкий клеевой шов в результате реакции поли-
меризации или поликонденсации. В настоящее время в
основном применяют резорциновые, фенольно-резорци-
новые, алкилрезорциновые, фенольные клеи. Согласно
СНиП 11-25-80, выбор типа клея зависит от температур-
но-влажностных условий, при которых будут эксплуа-
тироваться клееные конструкции.
Эластичность и вязкость клеевого шва особенно важ-
на при соединении деревянных элементов с металличес-
кими, фанерными, пластмассовыми и другими конструк-
ционными элементами, имеющими температурные, уса-
дочные и упругие характеристики. Однако использование
эластичных каучуковых клеев в напряженных соеди-
нениях как правило недопустимо из-за недостаточной
прочности таких соединений и чрезмерной ползучести
их при длительном нагружении.
Чем суше н тоньше склеиваемые доски, тем меньше
опасность образования в них трещин..Если усушенное
коробление недосушенных досок произойдет еще до от-
верждения клеевого шва, но после прекращения давле-
ния пресса, то склеивание будет необратимо нарушено,
хотя возможно, что этот брак обнаружится лишь позд-
нее, когда трещина раскроется по клеевому шву.
§ 4.3.	Виды соединений на клею
Растянутый стык клееных элементов в заводских ус-
ловиях изготовляют на зубчатый шип (рис. IV.40, а, б)
с уклоном склеиваемых поверхностей зуба примерно
1 : 10. Это унифицированное решение, по прочности не
уступающее решению стыка на ус (при том же уклоне),
более экономично по затрате древесины и более техно-
логично в производстве; поэтому оно должно полностью
заменить при заводском изготовлении все остальные ви-
ды стыков.
Зубчатый шип одинаково хорошо работает на растя-
жение, изгиб, кручение или сжатие. Согласно испытани-
ям, прочность такого стыка на клее КБ-3 даже на раз-
196
Рис. IV.40. Нормальное продольное сращивание элементов дощато-
клееных ДК на «зубчатый шип» и фанерных элементов «на ус», осу-
ществляемое в заводских условиях
рыв оказалась не ниже прочности цельного бруска, ослаб-
ленного «нормальным» для I категории сучком размером
’/1—’/б ширины соответствующей стороны элемента.
На практике рекомендуется использовать наиболее
технологичный вариант (рис. IV.40, б) с нарезкой ши-
пов перпендикулярно пласти. Этот вариант применим
при любой ширине склеиваемых досок, даже слегка по-
коробленных (рис. IV.40,в). При стыковании клееных
блоков больших сечений приходится применять склеива-
ние холодным (или теплым) способом.
Для сращивания фанерных листов в заводском про-
изводстве таким же унифицированным неразборным
видом соединения служит стыковое соединение на ус (рис.
IV.40,г); его применение в напряженных элементах кон-
струкций требует соблюдения следующих условий: дли-
ну уса принимают равной 10—12 толщинам фанеры, а
направление волокон наружных шпоиов (рубашек)
должно совпадать с направлением действующих усилий.
Ослабление обычной фанеры стыком на ус учитывают
коэффициентом /<осл = 0,6, а бакелизированной фанеры
коэффициентом 0,8.
>197
РАЗДЕЛ V. ЭЛЕМЕНТЫ ДЕРЕВЯННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ СОСТАВНОГО СЕЧЕНИЯ
НА ПОДАТЛИВЫХ СВЯЗЯХ
§ 5.1. Основы учета податливости связей
Многие деревянные конструкции (балки, арки и ра-
мы) делают составными. Отдельные брусья и доски сое-
диняют с помощью связей, которые могут быть жестки-
ми (клеевые, обеспечивающие монолитность сечения) и
податливыми.
Податливостью называется способность связей при
деформации конструкций давать возможность соединяе-
мым брусьям или доскам сдвинуться один относительно
другого.
Податливость связей ухудшает работу составного
элемента по сравнению с таким же элементом цельного
сечения. У составного элемента на податливых связях
уменьшается несущая способность, увеличивается де-
формативность, изменяется характер распределения
сдвигающих усилий по его длине, поэтому при расчете и
проектировании составных элементов необходимо учи-
тывать податливость связей.
Вопросы учета податливости связей при расчете со-
ставных стержней были впервые разработаны в СССР1.
В этой задаче принято положение об упругой работе ма-
териала элементов и связей. Решение задачи может
быть приближенным или точным.
В Строительных нормах и правилах проектирования
деревянных конструкций приведены расчетные форму-
лы, дающие приближенные решения, получаемые из точ-
ных решений рядом упрощений. Эти формулы более
удобны и дают результаты, близкие к результатам, по-
лучаемым по точным решениям. Ниже приведен приня-
тый метод расчета составных элементов деревянных кон-
струкций на податливых связях.
§ 5.2. Расчет на поперечный изгиб
Возьмем три деревянные балки, у которых нагруз-
ки, пролеты и поперечные сечения одинаковы (рис.
V.l.a). Пусть нагрузка этих балок равномерно распре-
1 См. работы В. Г. Писчикова, А. Р. Ржаницына, П. Ф. Плеш-
кова, Г. В. Свенцицкого, В, М. Коченова и др,
198
Рис. V.l. Балки, работающие на поперечный изгиб
Ц —цельного сечения; П — составного сечения на податливых связях; О —
составного сечения без связей; а — общий вид балок; б — деформации опор
балок под нагрузкой; а —прогибы балок под нагрузкой
деленная. Первая балка цельного сечения, т. е. состоит
из одного бруса. Назовем эту балку Ц. Момент инерции
поперечного сечения балки J ц = £?/г3/12; момент сопротив-
ления 1Гц = Ь/г2/6; прогиб fц = 5<7ц/4/384 £/ц.
Вторая балка П составного сечения состоит из двух
брусьев, соединенных с помощью податливых связей,
например болтов. Моменты инерции и сопротивления ее
соответственно будут / пи Wn ; прогиб f п-
Третья балка О составного сечения состоит из таких
же двух брусьев, как вторая балка, но здесь связей не
поставлено и поэтому оба бруса будут работать само-
стоятельно. Момент инерции третьей балки Jo =bh3/48,
что в 4 раза меньше, чем балки цельного сечения. Мо-
мент сопротивления Wo =bh2/\2, что в 2 раза меньше,
чем балки цельного сечения. Прогиб /о =5^н^/384 £/о ,
что в' 4 раза больше, чем прогиб балки цельного сече-
ния (рис. V.1, в).
199
Рассмотрим, что будет происходить на левой опоре
балки при деформировании ее под нагрузкой. Левая опо-
ра балки цельного сечения повернется на угол ф (рис.
V.1,6), а у балки составного сечения без связей кроме
поворота на левой опоре произойдет сдвиг 6о верхнего
бруса относительно нижнего.
В составной балке на податливых связях сдвигу
брусьев будут препятствовать болты, поэтому он здесь
меньше, чем в балке без связей. Следовательно, состав-
ная балка на податливых связях занимает промежуточ-
ное положение между балкой цельного сечения и состав-
ной балкой без связей. Поэтому можно написать:
^ц >	;
> »'п > »'о;
/ц < /п < fo;
Из этих неравенств следует, что геометрические ха-
рактеристики составной балки на податливых связях
•Л1, Wn можно выразить через геометрические характе-
ристики балки цельного сечения, умноженные на коэф-
фициенты меньше единицы, которые учитывают подат-
ливость связей:
Jn —t
где kx меняется в пределах от 1 до /qZ/ц. в "частности при двух
брусьях Jo // ц =0,25;
где kw меняется в пределах от 1 до Wy/UPy, например при двух
брусьях ISZq =0,5.
Прогиб балки увеличивается соответственно умень-
шению момента инерции:
/п = /ц/^ж.
Расчет составной балки на податливых связях сво-
дится, таким образом, к расчету балки цельного сече-
ния с введением коэффициентов, учитывающих подат-
ливость связей. Нормальные напряжения определяют по
формуле
ои = А1/1Гц^<йИ)	(V.1)
где W ц— момент сопротивления составной балки как цельной;
kw — коэффициент, меньший единицы, учитывающий податливость
связей.
200
Рис. V.2. Эпюры сдви-
гающих усилий к опре-
делению количества свя-
зей в составной балке
Прогиб составной балки на податливых связях опре-
деляют в общем случае по формуле

(V .2)
где /ц — момент сопротивления балки как цельной; km— коэффици-
ент, меньший единицы, учитывающий сдвиг, вызванный податли-
востью связей.
Значения коэффициентов kw и /гж приводятся в СНиП
П-25-80 «Деревянные конструкции. Нормы проектиро-
вания».
Количество связей определяют расчетом на сдвига-
ющие усилия. Сдвигающее усилие Т по всей ширине
балки, равное xb, вычисляют по формуле T—QS/J.
Распределение сдвигающих усилий по длине анало-
гично распределению касательных напряжений и показа-
но на рис. V.2 в виде прямой, проходящей под углом к
горизонтали. Усилия Т (Н/м) на эпюре являются орди-
натами. Полное сдвигающее усилие балки на участке от
опоры до точки, где Г=0, будет геометрически равно
площади треугольника АВС. В нашем случае при рав-
номерно распределенной нагрузке Т=0, если х—112, и
тогда полное сдвигающее усилие, Н
В составной балке на податливых связях значение
полного сдвигающего усилия Ц'/2остается постоянным.
Однако из-за податливости связей изменится характер
'201
распределения сдвигающих усилий по длине балки.
В результате сдвига брусьев треугольная эпюра прев-
ратится в криволинейную, близкую к косинусоиде AFC
(см. рнс. V.2). Если связи размещать по длине балки
равномерно, то каждая связь может воспринять сдвига-
ющее усилие, равное ее несущей способности Тс, а все
они должны воспринять полное сдвигающее усилие. Та-
ким образом nc7’c = MmaxS/7.
Работа такого количества связей (см. рис. V.2) будет
соответствовать прямоугольнику ADEC, т.е. связи, на-
ходящиеся около опор, будут перегружены. Следова-
тельно, при расчете количества связей должны быть со-
блюдены два условия:
1)	число равномерно поставленных связей на участке
балки от опоры до сечения с максимальным моментом
должно воспринять полное сдвигающее усилие
nc = MmaxS/J7’c;	(V-3)
2)	связи, поставленные около опор, не должны быть
перегружены.
Для соблюдения второго условия количество связей
надо увеличить так, чтобы их работа соответствовала
прямоугольной эпюре AFGC. Так как площадь ADEC=
=ADl/2 должна по первому условию быть равна пло-
щади AFCx (2/3) AF (1/2), то AD//2= (2/3)4Г(//2), от-
куда AF —1,5 AD.
Связи около опор перегружены в 1,5 раза, поэтому
для соблюдения второго условия надо увеличить их чис-
ло в 1,5 раза. Таким образом, требуемое количество свя-
зей на участке балки от опор до сечения с максималь-
ным моментом будет
п Io' = 1 >5 /ИщахЗ/JgpT'c.	(V.4)
§ 5.3. Расчет на продольный изгиб
Расчет составных элементов на податливых связях
при продольном изгибе как и при поперечном изгибе мо-
жет быть сведен к расчету элементов цельного сечения
с введением коэффициента, учитывающего податливость
связей. Возможные сдвиги в швах при продольном из-
гибе значительно меньше, чем при поперечном изгибе.
При расчете на продольный изгиб напряжения вычис-
ляют ПО формуле Uc—N/qFpaw^Rc-
202
Усилие N и расчетную площадь элемента Ерасч опре-
деляют как н в элементах цельного сечения, а приведен-
ную гибкость (от которой зависит коэффициент продоль-
ного изгиба ф) находят по формуле
*П = 'раечУ7^ = 'расчУ7^^ “
= У сч'' КУУУУ = УУ У = ц, (V  5)
Коэффициент приведения_гибкости, учитывающий по-
датливость связей р. = 1 / J/ Л2К, всегда больше единицы.
Его значение вычисляют по упрощенной формуле, пред-
ложенной В. М. Коченовым:
1 +
ЬНпщ
^расч
(V.6)
где kc — коэффициент податливости соединений, учитывающий полу-
ченный по опытным данным сдвиг связей; его значения принимают
по таблице; b — ширина составной части поперечного сечения, см:
h—полная высота поперечного сечения, см; 4Расч — расчетная длина
элемента, м; пш — число швов сдвига; пс—число срезов связей в
1 м одного шва, при нескольких швах с различным числом срезов
связей принимают среднее число.
При определении kK диаметр гвоздей принимают не
более 1/10 толщины соединяемых элементов. Если раз-
мер защемленных концов гвоздей менее 4d, то работу
гвоздей не учитывают. Диаметр дубовых цилиндричес-
ких нагелей принимают при определении ka не более 1/4
толщины наиболее тонкого из соединяемых элементов.
Расчетные коэффициенты податливости соединений Кс
Вид связи	кс при	
	центральном сжатий	сжатии с изгибом
Г возди	1/10Ц2	l/5d2
Стальные цилиндрические нагели: диаметром dc'/y	1 /5rf2	1 /2,5г/2
наименьшей толщины а, см, соеди- няемых элементов диаметром d>Vz, наименьшей тол-	I,5/od	3/'ad
щииы а, см, соединяемых элементов Дубовые цилиндрические нагели	1/d2	
Примечание. Для клея Л« = 0.
203
Значение kc для стальных цилиндрических нагелей при-
нимают по толщине более тонкого из соединяемых эле-
ментов.
Выражение для р. получено из точной формулы ря-
дом упрощений и округлений, оказавшихся возможными
на основании пробных подсчетов для наиболее часто
встречающихся типов деревянных стержней. Точность
выражения ц от этих упрощений пострадала. Так, при
/гс = 0 получается Zn =оо и, следовательно, Л\р = 0, что
неверно, так как в этом случае остается несущая способ-
ность отдельных ветвей, как это и получается из точного
выражения ц. В СНиП оговаривается, что приведенная
гибкость составного элемента не должна приниматься
больше гибкости ветвей, определяемой по формуле
Z == /рас1? l! >	(V-7)
где 27,- — сумма моментов инерции брутто поперечных сечений всех
ветвей относительно их осей, параллельных расчетной оси; Fot> —
площадь сечения элемента брутто; /РаСч—расчетная длина элемента.
В составном элементе с одинаковым закреплением по
концам целесообразно ставить четное количество связей.
При их нечетном количестве одна связь будет поставле-
на в середине элемента, где сдвига не происходит, и, сле-
довательно, поставленная связь не будет работать. Это
указание относится особенно к составным элементам с
малым количеством связей. Рассмотрим встречающиеся
на практике основные типы составных стержней (рис.
V.3).
Стержни-пакеты. Все ветви таких стержней оперты
по концам и воспринимают сжимающее усилие, а рас-
стояния между связями по длине стержня малы и не
превышают семи толщин ветви. Расчет относительно оси
х—х, перпендикулярной швам между ветвями, произво-
дят как для цельного сечения, так как в этом случае
гибкость составного стержня равна гибкости отдельной
ветви.
Расчет относительно оси у—у, параллельной швам,
выполняют с учетом податливости связен. При малом
расстоянии между связями по длине стержня, равном
свободной длине ветви /в^7б, можно не учитывать гиб-
кость отдельной ветви, полагая Хь = 0. Коэффициент
продольного изгиба срй определяют по приведенной гиб-
кости
Лп =	,
204
Рис. V.3. Основные типы составных стержней на податливых связях:
а — стержни-пакеты, б — стержни с короткими прокладками; в — стержни
часть ветвей которых не оперта по концам	‘
где ц — коэффициент, учитывающий податливость связей, определя-
ется по формуле (1V.6); А,у — гибкость стержня, как элемента цель-
ного сеченнг.
Стержни с короткими прокладками. Как показывает
само название, ветви такого стержня раздвинуты и сое^
205
динены между собой короткими прокладками. Все вет-
ви воспринимают сжимающее усилие и опираются по
концам. Расстояния между связями превышают семи-
кратную толщину ветви.
Расчет относительно оси х—х производят как для
стержня цельного сечения без учета прокладок; расчет
относительно оси у—у — с учетом податливости связей.
Прокладки в расчете не учитывают. Приведенную гиб-
кость определяют по формуле
Ч =	<v-8)
где A, = Zo/r0 — гибкость отдельной ветви, вычисляемая по длине,
равной расстоянию между соседними связями и радиусу инерции
ветви гв относительно своей осн, параллельной осн у—у.
Стержни, часть ветвей которых (сплошные накладки
или прокладки) не оперта по концам. В таких стержнях
сплошные накладки или прокладки обрываются, не до-
ходя до опоры, и поэтому не могут воспринимать сжима-
ющее усилие. Однако они увеличивают жесткость стерж-
ня, так как соединены с основными несущими ветвями
связями. Для расчета стержней, часть ветвей которых не
оперта по концам, применяют приближенный эмпириче-
ский метод, достаточная точность которого подтвержда-
ется проведенными испытаниями таких стержней.
Расчет относительно оси х—х производят по гибко-
сти, вычисляемой по формуле
— Zpacq/l/'jx/Z7 □а*	(V.9)
В этой формуле момент инерции Jx подсчитывают по
приближенной формуле
Jx — Дп “I- 0^н.оп>	(V. 10)
где Уои — момент инерции поперечного сечения опертых ветвей от-
носительно оси х—х; Jn.au — то же, неопертых ветвей; F<>„— площадь
только опертых ветвей; 0,5 — коэффициент, учитывающий неполное
использование жесткости неопертых ветвей, соединенных с основны-
ми ветвями податливыми связями.
При расчете относительно оси у—у гибкость стерж-
ня как цельного элемента определяют по формуле
^У = ^расч/1/< Л//^оп>	(V.11)
где Jy — момент инерции всех ветвей относительно осн у—у, Foa —
площадь только опертых ветвей.
206
Приведенная гибкость с учетом податливости связи
Численный коэффициент во втором члене формулы
для определения момента инерции (V.10), принятый 0,5,
зависит от длины стержня и числа связей и в действи-
тельности нередко значительно отклоняется от указан-
ного среднего значения. Более точно расчетный момент
инерции может быть вычислен по формуле, предложен-
ной В. Г. Писчиковым:
7расч = Jon + 7н.оп/1 + 9Г)„	(V -12)
iIq
где fee — принимают по таблице (графа для сжатия с изгибом);
«с — число срезов связей, соединяющих по всем швам опертые
ветви с неопертыми, на 1 м длины стержня; I — длина стержня, м.
Несущая способность составного стержня, часть вет-
вей которого не оперта, меньше, чем стержня цельного
сечения, так как в основной формуле
Ос = Л7<р Fрасч С Яс
значение /•'расч для цельного элемента значительно боль-
ше, чем у составного, опирающегося не всеми ветвями.
§ 5.4. Расчет сжато-изгибаемых элементов
Метод расчета сжато-изгибаемых элементов состав-
ного сечения на податливых связях остается таким же,
как и элементов цельного сечения, но в формулах допол-
нительно учитывается податливость связей.
При расчете в плоскости изгиба составной элемент
испытывает сложное сопротивление и податливость свя-
зей учитывают дважды:
1) введением коэффициента kw, такого же как при
расчете составных элементов на поперечный изгиб;
2) вычислением коэффициента g с учетом приведен-
ной гибкости элемента.
Нормальные напряжения определяют по формуле
<т = ЛГ/Г 4- М/Г	R	(V. 13)
С	нт * Д' НТ vt' с>	'	'
где
/Ид = Л/q/g и £=1—A”/V/3000 FqpRc; Хп = цХп.
При вычислении коэффициента р по формуле (V.6)
податливость связей ka определяют по таблице (графа
«сжатие с изгибом»).
207
(V.14)
Прогиб в общем виде
f , РнР
^/пред-
При определении количества связей, которое надо
поставить на участке от опоры до сечения с максималь-
ным моментом, учитывают возрастание поперечной силы
при сжато-изгибаемом элементе
Лс = 1,5 AZmaxS/JT&.	(V.15)
В стержнях с короткими прокладками помимо обще-
го расчета стержня необходима еще проверка наиболее
напряженных ветвей как сжато-изгибаемых стержней по
формуле
N/Fqp + Мд/^бр < фпЯс,
где фв — коэффициент продольного изгиба для отдельной ветви, вы-
численной по ее расчетной длине Zj; Fns>, Ж в — площадь и момент
сопротивления (брутто) поперечного сечения всего стержня; Мл=
----Mjc,— изгибающий момент от нагрузок, определяемый из расчета
по деформированной схеме.
Сжато-изгибаемые элементы рассчитывают из плос-
кости изгиба приближенно без учета изгибающего мо-
мента, т. е. как центрально-сжатые составные стержни
и, кроме того, проверяют на устойчивость плоской фор-
мы деформирования по формуле (III.39).
РАЗДЕЛУ!. ПЛОСКОСТНЫЕ СПЛОШНЫЕ
КОНСТРУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАСС
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ плоскостных
СПЛОШНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
К плоскостным сплошным конструкциям, в которых
основные усилия возникают в плоскости действия внеш-
них сил и сечения которых не имеют сквозной решетки,
относятся:
а)	при пролетах до 6 м — балки, прогоны, стропила,
настилы цельного сечения, состоящие из одного элемен-
та (доски или бруса);
б)	при больших пролетах, превышающих сортамент
лесоматериалов по длине, или при малых пролетах, но
при значительных нагрузках — более сложные составные
конструкции из брусьев, досок и фанеры в виде различ-
ного типа панелей, балок, арок, рамных и других рас-
порных систем.
§ 1.1.	Основные схемы плоскостных сплошных
деревянных конструкций
Основные схемы плоскостных сплошных конструкций
составного сечения заводского и построечного изготов-
ления, характерные для этих конструкций значения про-
летов, а также показатели коэффициентов собственного
веса (ЛГс.в) и расхода металла (Хи) приведены в табл.
VI.1. Значения Ки даны в % собственного веса кон-
струкций.
При выборе вида и типа конструкций следует учиты-
вать назначение здания, вид кровли, объемно-планиро-
вочные параметры здания (пролеты, шаг колонн и др.),
параметры нагрузок, условия эксплуатации, архитектур-
ные требования, возможности производственной базы и
другие факторы. В качестве критерия сравнительной
экономической эффективности различных видов и типов
конструкций следует принимать минимум приведенных
затрат (подробнее см. раздел XII),
14—423
209
«Таблица V1.1. Основные схемы плоскостных сплошных деревянных конструкций
О		 Вид и тип конструкций	Схема конструкций	Пролет, м	Показатель	
			кс.в	
1	2	3	4	5
Балки на пластинчатых нагелях (балки Деревягина)	!	—1 S3 				13 и	 -	। j	£	i	4,5—6	7—12	0—2
Балки двутаврового сечения с пере- крестной стенкой на гвоздях		6—12	6—10	5—7
Клееные балки двутаврового сечения со стенкой из досок на ребро	Е । "	।	3—7	8—10	0—1
				
Дощатоклееные балки из пакета до-
сок
Клеефанерные балки с плоской стен-
кой
Клеефанериые балки с волнистой
стенкой
Вамо лосммнм)# высоты Двускатная валка	6—18 12—24	4-6 4—6	0—1,5 0—1,5
Гнутоклееная балка			
		4—о	U—1 ,о
I			
4 < 2-2			
1/	—-	ВВ	6—15	3—4	0—1
«®^| J			
1	' 1 I	6—9	3—4	0—1
to
to	 Вид и тип конструкций	Схема конструкций
1	2
Армированные дощатоклееные балки	1	1 (
Распорная система треугольного очертания из балок Деревягина	
Распорная система треугольного очертания с клееными элементами	|Д
Арки из балок с перекрестной стен- кой на гвоздях	
Дощятоклееные арки со стальной за- тяжкой	
	
Продолжение табл. VI.I
	Пролет, м	Показатель	
		лс в	«и
	3	4	5
	12-24	4—6	1—5
	9—12	5—7	10—20
	• 12—18	4—6	15-25
	18—36	3-5	20-25
	15—36	2—4	20—25

18—100	2-4	5-10
9—18	7—9	5. -7
12-24	6—9	5—7
12—18	7—9	5—7
Вид и тип конструкций
Схема конструкций
Дощатоклееные рамы из прямоли-
нейных элементов с соединением ри-
геля н стойки на нагелях
Дощатоклееные рамы из прямоли-
нейных элементов с подкосами и кон-
солями
Продолжение табл. VI.1
-	Пролет, м	Показатель	
		*с.в	М
	3	4	5
	12—18	7—9	6—9
	15-36	6—8	5—7
§ 1.2.	Определение собственного веса конструкций
Предварительное определение нагрузки от собствен-
ного веса проектируемой несущей конструкции gc.B в за-
висимости от ее типа, пролета I, постоянной ga и времен-
ной р"р нормативных нагрузок производят по формуле
g
с.в
gH + ^p
(1000/Ло.в./)-1
= Лг(ён+ Йр).
(VI. 1)
где Кг — грузовой коэффициент, который может быть найден по
графику, приведенному на рис. VI.1.
Значения Кс.в для некоторых типов плоскостных де-
ревянных конструкций приведены в табл. VI.1.
После окончания разработки проекта конструкции,
включая и составление спецификации, определяют уточ-
ненное значение собственного веса конструкции gCB  Ес-
ли gCB существенно превышает ge.B, то может потребо-
ваться пересчет конструкции. Для запроектированной
конструкции
I00Qgc.B
(gH + Рвр + 5с.в.)г
(VI. 2)
Чем меньше собственный вес конструкций, тем мень-
ше затраты материалов. Однако необходимо отметить,
что минимум собственного веса конструкции не может
быть принят в качестве критерия для выбора экономиче-
ски наиболее эффективных конструктивных решений и
типов конструкций.
215
ГЛАВА 2. ПЛОСКОСТНЫЕ СПЛОШНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ЦЕЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
§ 2.1.	Настилы и обрешетка
Настилы являются несущими элементами огражда-
ющих деревянных покрытий. На их изготовление расхо-
дуется до 70 % объема древесины, используемой при
сооружении деревянных покрытий. Поэтому проектиро-
вание рациональных конструкций настилов во многом
определяет экономическую эффективность покрытий в
целом.
Настилы из досок применяют в покрытиях в виде
сплошной конструкции или обрешетки под кровли раз-
ных типов. Под трехслойную рубероидную кровлю не-
отапливаемых зданий основанием служит настил из двух
слоев досок, которые соединяются гвоздями (рис. VI.2, а).
Верхний защитный слой досок толщиной 16—25 мм
и шириной до 100 мм укладывают под углом 45° к ниж-
нему. Для лучшего проветривания всего настила ниж-
ний рабочий настил с толщиной досок по расчету выпол-
няют разреженным.
В покрытиях различных отапливаемых зданий (рис.
VI.3, б) для укладки утеплителя применяют одинарный
дощатый пастил. Доски соединяют впритык или чет-
верть, толщину их определяют расчетом. Они скрепля-
ются поперечными досками и раскосами из досок.
Для кровли из волнистых асбестоцементных или стек-
лопластиковых листов и кровельной стали устраивают
обрешетку из досок или брусков, расположенных одни
от других на расстоянии, зависящем от кровельного ма-
териала (рис. VI.4).
Защитный настил образует сплошную поверхность,
обеспечивает совместную работу всех досок настила,
распределяет сосредоточенные нагрузки на полосу ра-
бочего настила шириной 50 см.
Расчет настилов и обрешеток, работающих на попе-
речный изгиб, производят по схеме двухпролетной бал-
ки при двух сочетаниях нагрузки (рис. VI.5):
нагрузки от собственного веса покрытия и снеговой
нагрузки — на прочность и прогиб:
ОИ = Мпмнг/J^HT »	(VI'3)
216
Рис. VI.2. Дощатый двойной
настил под рулонную кровлю
j — рубероидная кровля; 2—защит-
ный сплошной иастнл из досок, уло-
женных под углом 45° к оси зда-
ния; 3 — рабочий разреженный на-
стил нз досок или брусков; 4— про-
гон
Рис. V/.3. Беспустотное покры-
тие для отапливаемых зданий
] _ рубероидная кровля; 2 — вырав-
нивающий слой; 3 — утеплитель;
4 — парои5оляция; 5 — рабочий
сплошной настил из досок; 6—про-
гон
Рис. V1.4. Обрешетка из брус-
ков под волнистую кровлю
1 — асбестоцементные или стекло-
пластиковые волнистые листы; 2 —
обрешетка из брусков; 3 — стро-
пильные ногн, наклонные балки
и т. п.
а —при первом сочетании нагрузок
(постоянная и временная снеговая);
б—при втором сочетании нагрузок
(постоянная и сосредоточенная в
одном пролете)
где
'^тах = 4'22/8;
/ = 2,13<?и/4/384£\7 cfnp.	(VI.4)
Нагрузки от собственного веса покрытия и сосредо-
точенной нагрузки в одном пролете Рн = 1 кН, а с уче-
том коэффициента перегрузки 1,2, равной Рр— 1,2 кН—
только на прочность.
Максимальный момент находится под сосредоточен-
ным грузом, расположенным на расстоянии от левой
опоры х = 0,432 и равен приближенно Мтах = 0,07^/2+
+0,207 Рр1, где q — собственный вес покрытия.
217
Сосредоточенный Т3—1,2 кН груз считается прило-
женным к одной доске полностью (рис. VI.5, в) при ша-
ге досок более 15 см, а при шаге менее 15 см к одной
доске прикладывается 0,5Р (рис. VI.5, г). При двойном
перекрестном настиле рассчитывают на изгиб только ра-
бочий (нижний) настил и только от нормальных состав-
ляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие вос-
принимаются защитным настилом (рис. VI.5, д). Расчет-
ную ширину настила принимают 50 см с учетом всех
входящих в нее досок или, иначе можно сказать, что со-
средоточенные грузы распределяются здесь на ширину
50 см.
Соединительные гвозди слоев настила (см. рис.
VI.3, а) или настила с раскосами (см. рис. V.3, б) в боль-
шинстве случаев работают с большими запасами проч-
ности.
§ 2.2.	Прогоны и балки
Прогоны покрытий цельного сечения выполняют из до-
сок на ребро, брусьев и бревен, окантованных с обеих
сторон. Разрезные прогоны (рис. VI.6, а) более просты
в изготовлении и монтаже, но требуют большого расхо-
да древесины. Они стыкуются на опорах, впритык, на
накладках или вразбежку. В консольно-балочных (рис.
VI.6, б) и неразрезных прогонах из спаренных досок
(рис. VI.6, в) стыки устраивают в пролете.
Консольно-балочные прогоны являются многопролет-
ными статически определимыми системами. Их приме-
нение целесообразно в том случае, когда временная на-
грузка неподвижна и равномерно распределена повеем
пролетам прогона.
Если шарниры расположить на расстоянии от опор
х=0,15 I (/ — пролет консольно-балочного прогона), то
моменты на опорах будут равны по абсолютному значе-
нию максимальным моментам в пролетах, и получается
так называемое равиомоментное решение прогона. Для
выравнивания моментов в первом и последнем пролетах
значение этих пролетов (/[) надо уменьшить до 0,85 I.
Если шарниры расположить на расстоянии от опор х=
=0,21 I, то получится равнопрогибное решение, при ко-
тором максимальные прогибы во всех пролетах, кроме
крайних, будут одинаковыми. При уменьшении крайних
пролетов до 0,791 прогибы в этих пролетах будут равны
прогибам в остальных пролетах.
218
Рис. VI.6. Схема и конструкция прогонов
а— разрезного; б — консольно-балочного; в—неразрезного из спаренных до-
сок; а, д — к расчету стыка иеразрезного прогона нэ спаренных досок; в
стык косым прярубом консольно-балочного прогона; 1 — прогон; 2—болт;
3 — гвозди
219
Таблица V1.2. Моменты и прогибы консольно-балочных
прогонов
Значение	Решение прогона	
	равномоментиое	равнопрогибное
Расстояние от опор до шарни-	0,15!	0,21/
ров X	<?/2	ql2
Изгибающие моменты на оца-	16		 	——
рах Моп		12
То же, в пролетах М„р	<?/2	ql2
	16	24
Максимальные прогибы f	2<7и-4	?и-'4
	3845V	384
Величина первого и последне-	0,85!	0.79/«0,8/
го пролета li		
Значения изгибающих моментов и прогибов для кон-
сольно-балочных прогонов приведены в табл. VI.2.
Если крайние пролеты равны остальным, т. е. h — l,
то изгибающий момент на первой промежуточной опоре
будет
Aton = <7/V10,
а прогиб прогона в крайнем пролете
/1 = 2,5<7н!«/384£/.'
При этом сечение прогона в крайних пролетах долж-
но быть усилено, а опорная реакция первой промежуточ-
ной опоры будет больше остальных на 13 %, что потре-
бует проверки и возможного усиления опорной конст-
рукции.
Консольно-балочные прогоны выполняют из брусьев.
По длине они соединяются в местах расположения шар-
ниров косым прирубом (рис. VI.6, е). Во избежание сме-
щений под действием случайных усилий в середине ко-
сого прируба ставят болты. В случае равномоментного
решения болты не должны быть затянуты, чтобы обеспе-
чить перелом упругой линии прогона, образующийся в
шарнире, между консолью и подвесной частью прогона.
При равнопрогибном решении прогона в местах распо-
ложения шарниров упругая линия проходит плавно ипе-
220
релома ие имеет, что позволяет плотно затягивать
болты.
К недостаткам консольно-балочных прогонов можно
отнести то, что при обычной длине лесоматериала, рав-
ной 6,5 м, перекрываемый пролет невелик и не превыша-
ет 4,5 м. Кроме того, необходимо либо уменьшить край-
ние пролеты, либо увеличить поперечное сечение прого-
нов в этих пролетах. При этом следует иметь в виду, что
давление на первую и последнюю промежуточные опоры
при равных пролетах больше, чем на остальные опоры.
Поэтому при пролетах более 4,5 м целесообразно приме-
нять спаренные неразрезные прогоны.
Спаренные неразрезные прогоны (рис. VI.6, в) состо-
ят из двух рядов досок, поставленных на ребро и соеди-
ненных гвоздями, забиваемыми конструктивно с шагом
50 см (рис. VI.6,а). Каждый ряд досок выполнен по
схеме консольно-балочного прогона с последовательным
расположением стыков, но первый ряд не имеет стыка в
первом пролете, а второй ряд досок—в последнем про-
лете.
Доски одного ряда соединяют по длине без косого
прируба. Концы досок одного ряда прибивают гвоздями
к доске другого ряда, не имеющего в данном месте сты-
ка. Гвоздевой забой стыка должен быть рассчитан на
восприятие поперечной силы. Количество гвоздей с каж-
дой стороны стыка определяют исходя из того, что по-
перечная сила, приходящаяся на один ряд досок
йг;Л10п/2хгв, в то же время равна Q=nrB7’rB, откуда
Игв — 44оП/2хГв Т’гн ,	(VI .5)
где Хгв — расстояние от опоры до центра гвоздевого забоя, учиты-
вая, что каждый гвоздь воспринимает одинаковое усилие, равное ТГа.
Стыки досок устраивают в точках, где изгибающий
момент в неразрезных балках, загруженных равномерно
распределенной нагрузкой по всей их длине, меняет знак,
т. е. на расстояниях от опор, равных 0,211.
Спаренный неразрезной прогон в расчетном отноше-
нии аналогичен равнопрогибному консольно-балочному
прогону и поэтому его расчет производят по формулам,
приведенным в табл. VI .2,
=	12;
/ = <?н 1*/3&4EJ </пр.
При этом крайние пролеты Л должны быть меньше и
равны 0,8/.
221
Рис. VI.7. Подрезка балки у
опор
Подрезки на опорах. При опирании балок иногда при-
ходится делать подрезку у опор. Около подрезки в мес-
те резкого изменения высоты балки возникают значи-
тельные скалывающие и раскалывающие напряжения,
которые могут вызвать разрушение подрезанной балки.
Чтобы исключить такое разрушение, допускается де-
лать на опоре подрезку растянутых волокон изгибаемых
элементов цельного сечения только глубиной д^0,25/г
(рис. VI.7) при условии, что
Ajbh с 0,4 МПа,
где А — опорная реакция балки от расчетной нагрузки; b, h — шири-
на и высота поперечного сечения балки без подрезки.
Длина опорной площади подрезки с не должна пре-
вышать высоты сечения балки.
Для постепенного изменения высоты сечения следует
делать скошенную подрезку. Длина скошенной части
должна быть не менее удвоенной глубины подрезки
Ct^2a. Так как при сосредоточенных нагрузках вблизи
опор скалывающие и раскалывающие напряжения в
местах изменения высоты имеют повышенную степень
концентрации напряжений, то в таких случаях запреща-
ется устраивать подрезку балок.
ГЛАВА 3. ПАНЕЛИ ПОКРЫТИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАСС
§3.1. Трехслойные панели с применением пластмасс
Общие сведения. В ограждающих конструкциях зда-
ний пластмассы применяют в покрытиях в виде панелей
и подвесных потолков. Основным преимуществом ограж-
дающих конструкций из пластмасс является их малая
масса. Благодаря уменьшению массы ограждающих
конструкций снижается нагрузка, передающаяся на не-
сущие конструкции, что уменьшает расход материала.
Кроме того, снижаются расходы на транспорт и монтаж
конструкций, для которого используются механизмы
222
Рис. VI.8. Крепление
волниаых листов из
стеклопластика к метал-
лическим (а) и деревян-
ным (б) прогонам
1 — болт; 2 — металлическая
шайба с эластичной про-
кладкой; 3 — деревянные
подкладки; 4—шуруп
Рис. VI.9. Схемы трех-
слойных светопроницае-
мых панелей
1 — плоские листы стекло-
пластика; 2—волнистые ли-
сты; <3 — швеллер обрамле-
ния панели из стеклопласти-
ка типа АГ-4С
меньшей грузоподъемности. Все это во многих случаях
снижает стоимость здания (несмотря на высокие цены
некоторых пластмасс).
Панели на основе пластмасс являются высокоинду-
стриальными конструкциями, они изготовллотся макси-
мальной заводской готовности, что уменьшает объем
работ на месте строительства. Панели могут быть свего-
прозрачными и непрозрачными, утепленными и неутеп-
ленными. Для покрытий неотапливаемых зданий приме-
няют волнистые или плоские листы толщиной 1,5—2,5 мм
из светопрозрачиого стеклопластика на полиэфирных
смолах.
Рекомендуется использовать светопрозрачные стекло-
пластики, которые пропускают до 90 % спектра и име-
ют в своем составе светостабилизаторы, предохраня-
ющие стеклопластик от старения при действии ультра-
фиолетовых лучей. Для изготовления светопропускаю-
щих участков можно использовать также листовое орга-
ническое стекло и органическое светотехническое стекло
(рассеивающее свет, окрашенное). Волнистые стекло-
пластиковые листы следует изготовлять тех же профилей,
что и асбестоцементные листы. Ограждения покрытий из
стеклопластиков могут быть либо сплошными по всей
поверхности, либо отдельными участками.
Крепление волнистых листов по гребням волн к ме-
таллическим и деревянным элементам оцинкованными
болтами н шурупами показано иа рис. VI.8. Диаметр
применяемых болтов и шурупов не менее 6 мм. Для сво-
боды перемещения листов стеклопластика При темпера-
223
Рас. VI 10.
Типы ipex-
слойных па-
нелей
а — план; б —
продольный
разрез; в —
поперечный
разрез пане-
Лей I н II ти-
пов; г — по-
перечный раз-
рез панелей
III типа; д —
поперечный
разрез панели
IV типа; е—
опирание па-
нели
турных воздействиях отверстия под болты и шурупы де-
лают на 2 мм больше их диаметров.
Светопрозрачные панели для отапливаемых зданий
выполняют, как правило, трехсложными и реже четырех-
224
слойными, плоской (рис. VI.9) или криволинейной фор-
мы. Они состоят из одного или двух слоев волнистого
стеклопластика, склеенных между собой, к которым с
обеих сторон приклеивают еще по плоскому листу. Сред-
ний слой такой панели может быть выполнен также в
виде решетки или ребер из стеклопластика. По контуру
панели устраивают обрамление из металлических про-
филей или из стеклопластика.
Трехслойные светопрозрачные ребристые панели мо-
гут быть изготовлены также цельноформованными, что
исключает процесс склеивания.
Классификация панелей. Трехслойные панели могут
быть разделены на четыре конструктивных типа (рис.
VI.10).
Панели I типа. Нормальные усилия в этих панелях
воспринимаются жесткими ребрами (из металла, дерева,
пластмасс и т. д.) и обшивками. Для панелей I типа не-
обходимо выполнение условия, чтобы отношение суммар-
ной жесткости ребер к жесткости двух обшивок было
больше Qfiall, где а—шаг продольных ребер, см; I —
расчетный пролет панели, см.
Панели II типа. К этому типу относятся ребристые
панели с малой изгибной жесткостью ребер, для которых
отношение жесткостей ребер и обшивок меньше или
равно Qfiall. При расчете панелей II типа можно при-
нять, что нормальные усилия воспринимаются только
обшивками.
Панели III типа имеют ребра и сплошной средний
слой из пенопласта, приклеиваемый к верхней и нижней
обшивкам.
Панели IV типа имеют сплошной средний слой, но
выполняются без ребер, поэтому они характеризуются
большой деформативностью.
В панелях III и IV типа обшивки воспринимают нор-
мальные напряжения, вызванные изгибающим моментом,
при этом в панели, работающей по схеме простой балки,
верхняя обшивка сжата, а нижняя — растянута (рис.
VI.11). Металлические и стеклопластиковые обшивки
также выполняют роль гидро- и пароизоляции.
Для среднего слоя рекомендуется применять пено-
пласты беспрессового изготовления, вспениваемые непо-
средственно в полости панели или в виде готовых блоков
размером на панель или часть панели.
15—423
225
Рис. VI.il. Схема работы трех-
слойных ребристых панелей
В панелях III и IV типов
средний слой обеспечивает
совместность работы обеих
обшивок, повышает устойчи-
вость сжатой обшивки из
тонких металлических и
стеклопластиковых листов,
участвует совместно с об-
шивкой в восприятии местных сосредоточенных нагру-
зок, выполняет роль тепло- и звукоизоляции.
Сдвигающие усилия в панелях I, II и III типов вос-
принимаются ребрами, в панелях IV типа — сплошным
средним слоем.
Ребристые светопрозрачные панели рассчитывают
как панели I или II типов. Они отличаются значительной
деформативностью вследствие низкого модуля упругости
полиэфирного стеклопластика, из которого обычно вы-
полняются. Для повышения несущей способности и
уменьшения прогибов рекомендуется эти плиты закреп-
лять на опорах.
При расчете трехслойных панелей применяют обыч-
ные методы строительной механики, но дополнительно
учитывая отношение жесткостей обшивок и ребер. При
расчете панелей особое внимание следует уделять нерав-
номерности распределения нормальных напряжений в
обшивках. Максимальные значения нормальных напря-
жений, определенные методами теории упругости, превы-
шают средние значения. Эта разница тем больше, чем
больше шаг ребер.
Трехслойные панели рассчитывают по двум предель-
ным состояниям (по прочности и деформативности). Кро-
ме этого, обшивку проверяют на устойчивость и местный
изгиб от кратковременного действия сосредоточенной на-
грузки 1000 Н, с коэффициентом перегрузки 1,2 распре-
деленной равномерно по площадке 10X10 см.
Ри =
1000-1,2
10.10
= 12 Н/см2,
где Рм — интенсивность местной нагрузки, П/см2.
При расчете на поперечный изгиб трехслойные пане-
ли рассматривают как плиты, свободно опертые по двум
226
Сторонам или опертые по контуру. Если панели IV типа
с металлическими обшивками оперты по контуру и для
них
где q— равномерно распределенная нагрузка, Н/см2; G — модуль
сдвига среднего слоя, Па; е = Со+б — расчетная высота сечения, см;
6 — толщина обшивки, см,
то их следует рассчитывать как гибкие пластины.
Расчетными нагрузками для панелей покрытия будут
собственный вес и снег, а для стеновых панелей — собст-
венный вес (при расчете в их плоскости) и ветер (при
расчете из плоскости).
Геометрические характеристики панелей. При расче-
те панелей всех типов необходимо соблюдение следую-
щих трех условий:
Enp/G С 10000; 200 > С0/б > 4; 1/0 10, £гпр=£г/(1—р2), (VI.6)
где G — модуль сдвига среднего слоя, Па; Eav — приведенный мо-
дуль упругости материала обшивки, Па; Е — модуль упругости ма-
териала обшивок, Па; ц— коэффициент Пуассона материала об-
шивок.
Характер работы элементов трехслойных панелей, а
также их физико-механические свойства находят свое
отражение в приведенных геометрических характеристи-
ках, которые и используются при расчетах.	,
В дальнейшем принято, что верхняя и нижняя обшив-
ки панелей выполнены из одного материала н имеют оди-
наковые толщины; кроме того, в крайних (обрамляю-
щих) и промежуточных продольных ребрах модули уп-
ругости равны. Значения J и W определяют для всех
типов по приведенным характеристикам.
Расчет по прочности. При расчете по прочности сле-
дует учитывать напряжения, возникающие в элементах
панелей от нагрузки о7, влияния влажности и темпе-
ратуры о(.
Щголн —	< Лрасч 
Напряжения от влияния влажности и t появляются в
связи с тем, что панели, соединенные между собой и
прикрепленные к несущей конструкции, лишены свобод-
ной деформации.
15*	227
Vf	Рис. VI. 12. График коэффициент
0,050,10J5 0,2 0,25 0.3 0,15 Oft Cft5 a/t
Напряжения и усилия от расчетных нагрузок (пане-
ли I, II и Ш типов). Средние нормальные напряжения в
обшивках панелей определяют по формуле
°ср =	^расч,	(VI. 7)
где q — расчетная нагрузка, Н/см2; М — изгибающий момент на еди-
ницу ширины панели, Н-см/см; W — момент сопротивления сечения
панели на единицу ширины, смг/см.
Панели lull типов. Прочность обшивок проверяют
по формулам: при среднем напряжении в сжатой обшив-
ке СГ1<СТкрГ
для сжатой обшивки
®max =	С 7?С'	(VI .8)
для растянутой обшивки
° max =	< Rpt	(VI-9)
где Oi,2_—термальные напряжения в обшивке, Па; для сжатой об-
шивки Gi=Cj+О1'Ы; Для растянутой обшивки O2=o<j+a<j'K,)
, при среднем напряжении в сжатой обшивке о^окр:
для сжатой обшивки
®шах — ai!ki < Re •	(VI. 10)
для растянутой обшивки
Шпах “ ^2^1 < 7?р,	(VI. 11)
где Oi — нормальные напряжения сжатой обшивки; акр — критиче-
ское напряжение для сжатой обшивки; /г> — коэффициент, учитыва-
ющий влияние ребер на распределение нормальных напряжений в об-
шивках панелей; при а)/<0,05; fei = l; при а//>0,05;
£Р -Fp”
^ = ^ + 0,241] -£-?-< 1;	(VI.12)
£пр<Ф
Vj—коэффициент, определяемый по графику (рис. VI.12); Re—
расчетное сопротивление материала обшивки на сжатие; R?— то
же, на растяжение; Fрр—принимают равным фактической площади
сечения ребра, но не более 0,2С2 см2;
акр = ^кр Fnp (®/a)s>	(VI • 13)
228
Таблица VI.3. Значения коэффициента kfp
а</а	0,2	0.4	0.6	0,8	1	1.2	1.4	1,6	1.8 и более
^кр	22,2	6,9	4,2	3,45	3,3	3,4	3,65	3,45	3,3
kw — коэффициент, принимаемый по табл. VI.3 в зависимости от от-
ношения а;,:а (см. рис. VI.10).
Прочность среднего слоя для панелей IV типа
£ 2Н — 8-
а“ £Пр 2£4-6 а1.2<Яраоч;
тс £ср;
°овв — о2-4-4т2 <£с, /?р,
где <31,2 — нормальное напряжение в сжатой или растянутой обшив-
ке; т — касательные напряжения в среднем слое; Н — расстояние
от нейтральной оси сечеиня панели до осн обшивки, см.
Сдвигающие напряжения в ребрах определяют по
формуле ~t = QS/Jb^Rc,K.
Напряжения и усилия от температурно-влажностных
воздействий. Кроме внешних нагрузок на прочность па-
нелей влияют температурно-влажностные воздействия,
которые вызывают изменения начальной температуры и
влажности ее элвкментов (обшивок, срединки), имеющих
различные коэффициенты линейного температурного
расширения и линейной влажностной деформации; в ре-
зультате в элементах панели могут возникнуть значив
тельные напряжения. Напряженное состояние панелей
от этих воздействий зависит в основном от физико-меха-
нических свойств материалов, из которых они выпол-
нены.
В общем случае значение относительных деформаций
материала складывается из температурных и влажност-
ных деформаций. Изменение влажности на деформацию
металлов не влияет и расчет производят только на тем-
пературные воздействия. Для таких материалов, как ас-
бестоцемент, фанера и т. д. температурными деформаци-
ями можно пренебречь, так как они малы по сравнению
с влажностными деформациями. При этом обеспечива-
ется точность, достаточная для практических целей.
Расчет напряжений и усилий от температурно-влаж-
ностных воздействий приведен в книге А. Б, Губепко
229
«Строительные конструкции с применением пластмасс».
Расчет по деформациям. Прогиб от равномерно рас-
пределенной нормативной нагрузки панелей всех четы-
рех типов при свободном опирании по двум противопо-
ложным сторонам определяют по формуле
/' = 5<7н Z4 /384D,
где ?я — нормативная нагрузка; D — изгибная жесткость панели
(на единицу ширины панели) в направлении расчетного пролета.
Изгибная жесткость панелей в случае, если сжимаю-
щие напряжения обшивки меньше критического, опреде-
ляют следующим образом.
Для панелей I типа при
«?<% D = EpJ,
где о *— суммарное напряжение в сжатой обшивке от нормативных
нагрузок и температурно-влажностных воздействий; оир— критиче-
ское напряжение; Ер — модуль упругости материала продольного
ребра; 1—момент инерции.
Для панелей II типа при
о?<акр D = WEnpJ,
где Епр— приведенный модуль упругости материала обшивки; I —
момент инерции, определяемый по формуле (VI.14).
У = 6с»/2;	(VI. 14)
где ki—коэффициент, вычисляемый по формуле (VI. 12); k2 — ко-
эффициент, характеризующий влияние деформативности ребер на
прогиб панели;
ь — 1	4,8 v Епр 1Ь
+ ч 1 GKpp I™ I2 ’
J — момент инерции; Vi—коэффициент, принимаемый по графику
(рис. VI.12).
Для панелей III типа
(Й1/А2*з) £пр J>
где кз— коэффициент, учитывающий дополнительный прогиб панели
между ребрами;	_
*3=14-9,6-^--
3	0с/2
J—момент инерции, определяемый по формуле (VI.14); а — шаг
продольных ребер
Для панелей IV типа
2
230
где kt — коэффициент, характеризующий влияние деформативности
среднего слоя на прогиб панели;
kt ~ 1 +9.6-^~ 
Прогибы панелей, которыми определяется жесткость
от совместного действия нормативных нагрузок и темпе-
ратурно-влажностных воздействий при наиболее небла-
гоприятном их сочетании, не должны превосходить пре-
дельных прогибов:
/max = /' + 4“х < /Пред ИЛН /max/Z <	‘
где [f/Z]—нормируемый предельный прогиб в долях пролета.
Расчет изгибаемых волнистых листов из пластмасс.
Для заполнения участков стен и покрытий неотапливае-
мых зданий часто применяют волнистые светопрозрач-
ные листы из стеклопластика на полиэфирных смолах.
Расчет этих конструкций имеет некоторые особенности.
Применяемые для ограждающих конструкций волнистые
листы рассчитывают на равномерно распределенную на-
грузку по расчетным схемам одно- или многопролетных
балок. Расчетный пролет принимают равным расстоянию
между прогонами.
Волнистые листы можно рассчитывать по формулам
сопротивления материалов применительно к одной волне
или к единице ширины сечения. Прочность одной волны,
а следовательно, и всего листа проверяют по формуле
= =MbBrwB<.Ra,
где W'b—момент сопротивления одной волны; —расчетное со-
противление стеклопластика на изгиб;
или
М _ MbB 1,92g6hB
U7 ~ И7В " 4h2B +
где Ли — высота волны; 6 — толщина листа; Ь„—длина волны.
Проверку на скалывание производят по формуле
т = 0,75Q sin tZo/бЛц С Z?cp.
Геометрические характеристики волнистых листов на
единицу ширины (1 см) определяют по следующим фор-
мулам:
момент инерции
J = О.ОЗБЙЛ* [3 4-
bB sin а0 )'
231
Таблица VI.4. Геометрические характеристики поперечных
сечений стеклопластика
момент сопротивления
W = 2J/(hB + ey,
площадь поперечного сечения
F = 0,646 1 +
2йв
bB sin 0Sq
где hB — высота волны, см; Ьв — длина волны; а0 — вычисляют из
условия tg а0 = лйв/Ьв.
Прогибы листов вычисляют по формулам строитель-
ной механики в соответствии с принятой расчетной схе-
мой. Момент инерции Д, момент сопротивления и пло-
щадь поперечного сечения FB одной волны могут быть
определены по табл. VI.4.
§ 3.2. Клеефанерные панели покрытия
Панели покрытий состоят из деревянного несущего
каркаса и фанерных обшивок, соединенных с каркасом
водостойким клеем в одно целое, и образующих коробча-
тое сечение. Для их изготовления применяют фанеру по-
вышенной водостойкости марки ФСФ, а для конструк-
ций, не защищенных от увлажнения, — бакелизирован-
ную фанеру.
232
Целесообразность применения клеефанерных панелей
определяется малой массой при высокой несущей спо-
собности, что обеспечивается совмещением в фанерной
обшивке ограждающих и несущих функций как поясов
панели, так и настила, который воспринимает местную
нагрузку. Клеефаиерные панели являются жесткой ко-
робчатой конструкцией, которая состоит из дощатых ре-
бер толщиной после острожки 33 или 43 мм и фанерных
обшивок толщиной не менее 8 мм (рис. VI.13). При не-
обходимости ребра можно делать клееными.
В качестве утеплителя применяют, как правило, не-
сгораемые и биостойкие теплоизоляционные материалы,
например пенопласт или стекломаты. При изготовлении
панели на верхнюю обшивку наклеивают один слой ру-
бероида, образующий кровельное покрытие, второй и
третий слои рубероида приклеивают после установки
панелей па место.
Клеефанерными панелями можно перекрывать проле-
ты 3—6 м, а если их ребра клееные— более 6 м. Ширину
панели делают равной ширине фанерного листа с учетом
обрезки кромок для их выравнивания. Высота панели
обычно составляет ‘/Зо—’/« пролета. Волокна наружных
шпонов фанеры должны быть направлены вдоль оси па-
нели, так как при этом создается возможность, во-пер-
вых, стыковать фанерные листы по длине «на ус» и, во-
вторых, лучше использовать прочность фанеры.
233
Рис. VI. 14. К расчету верхней
обшивки клеефанерной панели
Количество продоль-
ных ребер определяют в
основном по условию рас-
чета на изгиб поперек
волокон наружных шпо-
нов верхней фанерной об-
шивки при действии со-
средоточенной расчетной
нагрузки 1000 Н с коэф-
фициентом перегрузки
1,2. При этом считается,
что действие сосредото-
ченной нагрузки распределяется на ширину 100 см.
Учитывая сопротивление повороту в опорных сечениях
верхней обшивки со стороны ребер, можно в качестве
расчетной схемы при расчете на временную сосредото-
ченную нагрузку принять балку с обоими защемленными
концами (рис. VI.14). Тогда максимальный момент будет
— Рс!Ь.
(VI. 15)
Изгибные напряжения в верхней обшивке поперек
волокон наружных шпонов фанеры
„ _ Мгпак______6Рс__ _ с
аш—	—	„ —“	„ С И1а
8.(006^	6^
Здесь ти=1,2 (см. формулу VI.3). Если приравнять
Ои= 1,2/?ид, то 9(с/6ф) ^1,21?и.ф, откуда расстояние меж-
ду осями ребер
С<°’13Л.Ф6Ф-
(VI.16)
Клеефанерные конструкций рассчитывают с учетом
различных модулей упругости древесины и фанеры по
приведенным геометрическим характеристикам, причем
приводят к тому материалу элемента конструкции, в ко-
тором находят напряжения. Приведенные характеристи-
ки вычисляют по формулам:
момент инерции, приведенный к фанере
^прив = -^ф + ^д (£д/£ф)>
статический момент
$прив = 5Ф + 5Д(£Я/£Ф);
234
' площадь поперечного сечения
^прив = Fф + Ед (Ея/Ефр,
момент сопротивления
Ч7прив — Л1рив/У<
где у—расстояния до наиболее удаленных волокон; при симметрич-
ном поперечном сеченин y—h/Q. (h — высота); /ф, £ф, Дф, £ф — со-
ответственно момент инерции, статический момент, площадь попереч-
ного сечения н модуль упругости материала элемента, к которому
делают приведение (в данном случае к фанере); /д, 5Д> Ел, Ел— то
же, для материала приводимых элементов (древесины).
Неравномерность распределения нормальных напря-
жений в обшивках в ребристых клеефанерных конструк-
циях учитывают введением в геометрические характе-
ристики приведенной ширины 6расч, меньшей действитель-
ной ширины Ьо- Расчетную ширину сечения bрасч ВЫЧИС-
ляют по формуле Ьрасч=О,96о в случае, если I <;6а; и по
формуле Ьрасч = О,15(//а)Ьо при /<6п.
Нормальные напряжения в обшивках определяют по
следующим формулам:
1) для верхней сжатой обшивки с учетом ее устойчи-
вости
°с _ гИгаах/И7пр	(VI. 17)
где ч>ф — коэффициент продольного изгиба:
с л	1250
при—>50
при Т- < 50 *рф =1 — (g^o~
Оф	5000
(VI.18)
2) для нижней растянутой обшивки с учетом ослаб-
ления стыком «на ус»
Пр — А1/Ц7пр << р,	(VI. 19)
где &ф=0,6 — коэффициент, учитывающий ослабление сечения сты-
ком «на ус»; при отсутстви стыка йф=1.
Касательные напряжения проверяют в местах при-
клеивания фанеры к ребрам:
по скалыванию между шпонами фанеры
ТФ = /7- <^ф.ск.	(VI .20)
<пр "Ор
где 5ф — статический момент обшивки относительно оси панели;
6Р — ширина ребра.
Расчетные сопротивления скалыванию клеевых швов
между шпонами фанеры приведены в табл. VI.5;
235
Та б л и ц а VI.5. Расчетные сопротивления скалыванию клеевых
швов между шпонами фанеры
Угол между направлением волокон	Яф ск. МПа, фанеры	
наружных слоев фанеры и усилием, действующим в приклеенном к фанере	ВОДОСТОЙКОЙ	бакелизированной
деревянном элементе, град	(ФСФ)	(ФБС)
0	0,8	1,8
90	0,8	1,8
(VI. 22)
имели
нагру-
по скалыванию ребер
т ~777 < Сек тах»	(VI.21)
Jnpiop
где Snp — приведенный статический момент половины сечения отно-
сительно нейтральной осн.
Относительный прогиб панели в общем случае
/ _ fcP,,/2	1
/	0,7£ф7пр	250 '
Для равномерно распределенной нагрузки
k = 5/384; Ря = ()я1-
Для того чтобы соседние панели покрытия
одинаковый прогиб, особенно при неравномерном
жении, они должны быть соединены. Соединять можно,
например, глухими нагелями, которые ставят через 1,5—
2 м, или гвоздями, прибиваемыми сквозь соединитель-
ную планку через 50 см (см. рис. VI. 13). Панели прикре-
пляют к несущим конструкциям, например, так, как это
показано на рис. VI. 13. Внутреннюю полость панелей
следует проветривать, для чего устраивают осушающий
продух.
ГЛАВА 4. ДЕРЕВЯННЫЕ БАЛКИ СОСТАВНОГО СЕЧЕНИЯ
НА ПОДАТЛИВЫХ СВЯЗЯХ
§ 4.1. Балки на пластинчатых нагелях
(балки В. С. Деревягина)
Составные балки на пластинчатых нагелях были раз-
работаны В. С. Деревягиным в 1932 г. Они образуются
сплачиванием по высоте двух или трех брусьев, соеди-
236
Рис. VI.15. Балка на пластинчатых нагелях (балка Деревягина)
а — балка из двух брусьев; б — балка из трех брусьев; в — поперечное сече-
ние балки со сквозным нагелем; г —то же, с глухим нагелем
пенных между собой деревянными пластинчатыми наге-
лями (рис. VI. 15). В этих балках соединять брусья по
длине нельзя, поэтому длина балок не превышает 6—
6,5 м. Нагели делают из здоровой и сухой (влажностью
не более 8—10%) дубовой древесины или березы. Для
получения нагелей одинаковой толщины их изготовляют
на рейсмусном станке по пробному гнезду. Гнезда для
нагелей следует выбирать с помощью электрического
цепнодолбежного станка. Их размеры, лимитируемые
размерами цепей станка, должны обеспечивать достаточ-
ное защемление нагеля в брусе. Этому соответствуют
цепи, позволяющие получить размеры гнезда 58X12 мм.
Высота брусьев не может быть меньше 140 мм, так как
максимальная глубина врезки нагелей ’/s^op-
Балкам при их изготовлении обязательно придают
конструктивный строительный подъем, т. е. выгиб в сто-
рону, обратную прогибу под нагрузкой. Выборку гнезд
и постановку пластинчатых нагелей производят после
того, как брусья балки уложены с плотной притеской од-
них к другим и после придания ей конструктивного стро-
ительного подъема. Такой порядок изготовления обеспе-
чивает защемление нагелей в гнездах, вследствие стрем-
ления брусьев распрямиться, а также лучшую плотность
соединений.
Конструктивный строительный подъем определяют
по формуле
(стр =	,	(VI. 23)
237
где I — длина балки; Ло — расстояние между осями крайних брусьев;
Пш — число швов в балке; б — расчетная деформация, принимаемая
для нагелей 0,2 см.
Для устранения вредного влияния усушки устраивают
продольные вертикальные пропилы глубиной ’/в высоты
бруса. Такие пропилы препятствуют образованию тре-
щин по линии площадок скалывания между нагелями и
таким образом обеспечивают надежность в работе
балки.
Балки Деревягина рассчитывают как составную бал-
ку на податливых связях с введением коэффициентов,
учитывающих податливость связей. Ослабление сечения
пластинками, расположенными близко к нейтральной
оси, не учитывают, так как даже при трех брусьях оно
не превышает 10 %.
Полученное расчетом количество пластинчатых наге-
лей следует размещать на соответствующей длине балки
при их расстановке с шагом 5 = 9бПл- Если пластинки
не могут быть размещены на балке, то необходимо уве-
личить ее ширину.
§ 4.2. Балки двутаврового сечения
с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях
Балки двутаврового сечения с перекрестной дощатой
стенкой на гвоздях являются конструкциями построен-.
ного изготовления. Они состоят из дощатых или брусча-
тых поясов, перекрестной стенки из досок и ребер жест-
кости.
В балках с дощатыми поясами (рис. VI. 16) верхние
и нижние пояса выполняют из досок толщиной 4—6 см.
Перекрестная стенка состоит из двух слоев досок, общая
толщина которых должна быть равна толщине доски
пояса. Доски стенки рекомендуется наклонять к нижне-
му поясу так, чтобы угол был равен 45°. Пояса соединя-
ют со стенкой расчетным количеством гвоздей. Ребра
жесткости ставят через ’/в—'/ю пролета, обычно в мес-
тах расположения прогонов кровли или других сосредо-
точенных грузов для лучшего нх распределения между
элементами балки. Ребра жесткости делают из поясных
досок, но по ширине вдвое меньше, чем пояса, и приби-
вают теми же гвоздями, что и пояса. При этом гвозди в
ребрах жесткости ставят конструктивно, обычно в два
ряда. Ширкна опорных ребер равна ширине поясов.
238
1
w/iot Va-Viot V8-W-
Puc. VI.16. Балка двутаврового сечения с перекрестной стенкой на
гвоздях
а — с поясами из досок; б — схема усилий к расчету гвоздевого забоя и стенки
Чтобы закрепить в опорных ребрах жесткости концы до-
сок стенки, расстановку гвоздей в ребрах принимают та-
кой же, как в прилегающих панелях поясов.
239
Оба слоя досок стенки в пределах между поясами
скрепляются гвоздями, концы которых загибают. Гвозди
располагают так, чтобы каждая доска прикреплялась не
менее чем двумя гвоздями, а ее свободная длина во из-
бежание выпучивания не превышала 30 толщин доски.
Стыки поясов следует устраивать там, где поперечная
сила равна нулю, в покрытиях — обычно в середине про-
лета. Стык верхнего пояса выполняют торцовым упором
досок и перекрывают накладками на болтах, поставлен-
ных конструктивно. Стык нижнего пояса устраивают с
помощью накладок и прокладки, что увеличивает Число
«срезов» каждого нагеля с двух до четырех. Для поста-
новки прокладки стенку балки в этом месте вырезают
и скрепляют ее с поясами горизонтальными и вертикаль-
ными гвоздями, забиваемыми в специально поставлен-
ные надстыковые бруски.
Балки с брусчатыми поясами применяют при больших
нагрузках, главным образом в мостах. При изготовле-
нии балку расслаивают по стенке на две полубалки.
Каждый слой стенки из досок толщиной 2,5—3 см приби-
вают к своим брусчатым полупоясам гвоздями, длину
которых принимают равной тройной толщине доски стен-
ки. Обе полубалки при сборке соединяют между собой в
полупоясах болтами, в стенке—косыми гвоздями. Сты-
ки поясов выполняют в таких балках накладками, кото-
рые располагают сверху и снизу поясных брусьев, и в
растянутом стыке скрепляют с поясами расчетным коли-
чеством глухих нагелей.
Балки собирают на бойке с обязательным устройст-
вом строительного подъема, равного 1/200 пролета. Стро-
ительный подъем балок с дощатым поясом устраивают,
располагая поясные элементы наклонно к продольной
оси балки. В балках с клееным дощатым поясом, а так-
же с брусчатыми поясами нижние пояса предварительно
собирают на всю длину с устройством стыков, и строи-
тельный подъем придают выгибом, что благодаря боль-
шой длине пояса не представляет затруднений.
В статическом отношении балка с перекрестной стен-
кой из досок является фермой многорешетчатой системы
с растянутыми нисходящими от опор и сжатыми восхо-
дящими раскосами, которые образуют дощатую стенку.
Поэтому нормальные усилия в балке воспринимаются
только поясами, а стенка работает лишь на сдвигающие
усилия, которые возникают между поясами и стенкой
240
a)
IniiiiiiiiiiHiiHiiimiiniiiHiiil
Эпюры усилий N в поясах


I } /7 X	Лм Ггх*/
----N„a/ [L/^ 1 N/VaK
Эпюры сдвигающих усилий Т
Зоны гвоздевого забоя
I	ц\ ш \n\l
Рис. VI.17. Эпюры нормальных и сдвигающих усилий и зоны гвозде-
вого забоя в балках с перекрестной стенкой
а—балка с параллельными пенсами; В — двускатная балка; а — односкатная
балка
При изгибе балки. Усилия в поясах балки постоянной вы-
соты при /1п^0,25/г могут быть определены по формуле
Л^п“^тах/^0’	(VI.24)
где Almax—изгибающий момент; fto— расстояние между центрами
поясов; h — полная высота балки; hn — высота пояса.
Так как при двускатных и односкатных балках с уве-
личением расстояния от опоры возрастает не только из-
гибающий момент, но и высота балки (рис. VI.17), сече-
ние, в котором усилие в поясе будет максимальным, не
совпадает с местом максимального момента. Оно будет
находиться на расстоянии от опоры с меньшей высотой,
равном при равномерно распределенной нагрузке
х = -^-(|// 1 + I tga/h^ —1 ),	(VI.25)
где h;) — высота между центрами поясов балки на опоре с меньшей
высотой; а — угол наклона верхнего пояса; I — пролет балки.
Необходимое сечение нижнего пояса
^бр — N-n^yJm-p /?[,,	(VI .26)
где коэффициент тг, — 0,8 предварительно учитывают ослабление се-
чения нагелями.
Верхний пояс проверяют на продольный изгиб из
плоскости с расчетной длиной, равной расстоянию меж-
16-423	241
ду прогонами кровли, которые должны быть прикрепле-
ны к балке, и без учета взаимной связи между обеими
поясными досками
Fрас ч<Р-	(VI. 27)
Количество нагелей в стыке нижнего пояса определя-
ют по усилию в поясе. Возможно решение балок без
стыка в нижнем поясе. В этом случае каждый полупояс
имеет длину, равную длине балки, и состоит из несколь-
ких слоев тонких досок, склеенных по пласти, а по длине,
соединенных зубчатым стыком вразбежку. Такое реше-
ние облегчает изготовление балки, но возможно только
при склеивании поясов балки в заводских условиях.
Гвозди, соединяющие пояс со стенкой, рассчитывают
на сдвигающее усилие, равное на единицу длины пояса:
а) в балках с параллельными поясами
QFn(V2)~_g_
J 2FMW ha '
б) в балках с наклонным верхним поясом (учитыва-
ется уменьшение или увеличение сдвигающего усилия в
результате того, что часть поперечной силы воспринима-
ется вертикальной составляющей усилия в верхнем
поясе)
_____d I MS \____d ( М \ _ м’ h0 — Жр	q Mtga
Т dx \ J )	dx ( Ло /	д2	h0 Т
(VI. 29)
Знак минус перед вторым членом формулы принима-
ют для двускатных балок, а для односкатных — на участ-
ке от опоры с меньшей высотой по сечению, в котором
Q— 0. Знак плюс принимают для остальной части дли-
ны односкатных балок.
По длине пролета устанавливают обычно три зоны
гвоздевого забоя (см. рис. VI.17). Учитывая податли-
вость гвоздей, расчетные сдвигающие усилия определя-
ют по сечениям, расположенным в середине каждой
зоны.
Количество двухсрезных гвоздей на единицу длины
пояса в каждой зоне находят по формуле
яг = Т/0,8(7®4-7’»-),	(VI.30)
где 0,8 — коэффициент, учитывающий отсутствие монолитности стен-
ки, а также возможность попадания части гвоздей в щели между
досками стенки; Г® — минимальная несущая способность одного сре-
242
за гвоздя в шве со стороны забивки; Т?' — минимальная несущая
способность одного среза гвоздя в шве со стороны второй поясной
доски противоположной забивки.
Горизонтальные и вертикальные гвозди, скрепляю-
щие надстыковые бруски со стенкой и поясами, рассчи-
тывают на сдвигающее усилие в начале стыковой на-
кладки при временной нагрузке на половине пролета.
Проверку устойчивости из плоскости балки сжатых до-
сок стенки производят в середине опорной панели.
Усилие в одной доске стенки шириной b (см. рис.
VI.16, б)
D = n/sin2p.	(VI.31)
Напряжения в сжатой доске стенки
ас = D/fr6tp < Rc,	(VI.32)
где 6 — толщина доски; ср — коэффициент продольного изгиба, опре-
деляемый по свободной длине доски, равной расстоянию между
гвоздями стенки, которое не должно быть больше 306.
В балках с брусчатыми поясами гвозди, соединяю-
щие каждый слой стенки со своим полупоясом, являются
одиосрезными и рассчитываются иа половину сдвигаю-
щего усилия. Гвоздевой забой, соединяющий две полу-
балки, рассчитывают иа вертикальное усилие на единицу
длины, равное (см. рис. VI. 16,б):
K=rtg₽/2.	(VI.33)
ГЛАВА 5. КЛЕЕНЫЕ БАЛКИ
§ 5.1. Дощатоклееные балки
Дощатоклееные балки обладают рядом преимуществ
перед другими составными балками:
они работают как монолитные;
их можно изготовить с поперечным сечением боль-
шой высоты;
в балках длиной более 6 м отдельные доски стыкуют
по длине с помощью зубчатого шипа и, следовательно,
балки не будут иметь стыка, ослабляющего сечение;
в дощатоклееных балках можно рационально разме-
щать доски различного качества по высоте. Слои из до-
сок первого или второго сортов укладывают в наиболее
напряженные зоны балки, а слои из досок второго или
16*
243
Рис. VI.18. Дощатоклеевые балки из пакета досок
а — балка постоянной высоты; б — двускатная балка; в — гнутоклееная бал-
ка; г — поперечное сечение дощатоклееных балок
третьего сортов — в менее напряженные места. В доща-
токлееных балках можно также использовать маломер-
ные пиломатериалы.
Опыт применения дощатоклееных балок показывает,
что их надежность зависит от качества склейки и тща-
тельного соблюдения технологического процесса изготов-
ления. Это возможно только в заводских условиях, в
специальных цехах с необходимым оборудованием при
качественной сушке пиломатериалов. Работы по изго-
товлению балок следует выполнять специально обучен-
ным персоналом.
Для пролетов 6—24 м в качестве основных несущих
конструкций применяют балки, склеиваемые из досок
плашмя (рис. VI.18). Высоту балок принимаютв преде-
лах J/s—'/12^- Ширину балок целесообразно, как правило,
брать минимальной и определенной из условия опира-
ния панелей покрытия и обеспечения монтажной жест-
кости. Уклон верхней грани двускатных балок принима-
ют в пределах 2,5—10 %,
244
Дощатоклееные балки, особенно с большим отноше-
нием высоты к ширине поперечного сечения, подлежат
проверке на устойчивость плоской формы деформирова-
ния. В основном следует применять балки прямоуголь-
ного поперечного сечеиия, как более технологичные при
изготовлении. Дощатоклееные балки рассчитывают как
балки цельного сечения.
Влияние на несущую способность балок размеров,
формы поперечного сечения и толщины слоев учитывают
коэффициентами условия работы. Нормальные напряже-
ния определяют по формуле
<j„ = Л4/Й7НТ « т6тсл RK.	(VI.31)
Здесь коэффициент услоаия работы учитывает влияние раз-
меров поперечного сечения, тсл — толщину слоев.
Значения коэффициента те для дощатоклееных ба-
лок разной высоты h. приведены в пункте 3.2.д норм, зна-
чения коэффициента тсл — в пункте 3.2.е норм.
В двускатных балках при равномерно распределен-
ной нагрузке сечение с максимальным нормальным на-
пряжением не совпадает с положением максимального
момента. Это сечение находится из общего выражения
для нормальных напряжений
_ Мх __ qlx/2 — дхУ2________6дх(1 — х)'
Wx ~*(A04-xtga)2/6~ 2*(A0+xtga)2 ’
Приравняв нулю выражение, полученное после диф-
ференцирования, и сделав необходимые преобразования,
найдем, что указанное сечение отстоит от опоры на рас-
стоянии
х —/Л0П/2АСр.	(VI.351
Для балок прямоугольного сечения из пакета досок
необходимо производить расчет на устойчивость плоской
формы деформирования по формуле
<ти = Л4/<рм И7бр <mg пгсл,	(VI.36)
где М — максимальный изгибающий момент на рассматриваемом
участке /р; W,;p—максимальный момент сопротивления брутто на
рассматриваемом участке 1Р.
Коэффициент qiM для балок, шарнирно закрепленных
от смещения из плоскости изгиба и закрепленных от по-
ворота вокруг продольной оси, определяют по формуле
Фм = 140 (*a/Zp Л)Кф,	(VI. 37)
245
в крайнем волокне растянутой зо-
в промежуточном волокне сечения
где lp — расстояние между опорными сечениями балки, а при закреп-
лении сжатой кромки балки в промежуточных точках от смещения
из плоскости (прогонами, ребрами панелей) расстояние между этими
точками; b — ширина поперечного сечения; Л — максимальная высо-
та поперечного сечения на участке Кф — коэффициент, зависящий
от формы эпюры изгибающих моментов на участке 1р.
Устойчивость плоской формы деформирования балок
двутаврового сечения следует рассчитывать в тех слу-
чаях, когда
1р>7б,	(VI.38)
где b — ширина сжатого пояса поперечного сечения.
Расчет следует производить по формуле
6с = Лг/фП:7бр<Лстбтсл,	(VI.39)
где <р — коэффициент продольного изгиба из плоскости изгиба сжа-
того пояса; Rc— расчетное сопротивление сжатию.
Для гнутоклееных балок (см. рис. VI.18, в) при изги-
бающем моменте М, уменьшающем их кривизну, следу-
ет проверять радиальные растягивающие напряжения
по формуле
(Во + В;)ft; р---	гVI.401
2ri
где Со—нормальное напряжение
ны; о, — нормальное напряжение
для которого определяются радиальные растягивающие напряжения;
hi — расстояние между крайним и рассматриваемым волокном;
г, — радиус кривизны линии, проходящей через центр тяжести эпю-
ры нормальных растягивающих напряжений, заключенной между
крайним и рассматриваемым волокном; /?Рао—расчетное сопротив-
ление древесины растяжению поперек волокон.
Скалывающие напряжения проверяют в сечении с
максимальной поперечной силой Q. Проверяют по обыч-
ной формуле
t = Q5/J6</?ck,	(VI. 41)
где Q—расчетная поперечная сила; 3 — статический момент брутто
сдвигаемой части поперечного сечения элемента; J — момент инер-
ции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной
оси; b — ширина балки, а при двутавровом сечении — ширина стен-
ки; b = bct~, Rck — расчетное сопротивление скалыванию при изгибе
для клееных элементов.
Если нагрузка приложена к нижнему поясу балок
таврового или двутаврового сечения, обязательно дела-
ют проверку на отрыв нижней полки по эмпирической
формуле
Л?«4бстс,	(\>.42)
где ЬСт — толщина стенки; с — ширина опирания нагрузки.
246
Кроме расчета на прочность балки должны быть про-
верены иа прогиб от нормативной нагрузки. Полный про-
гиб балок может быть получен из общей формулы пере-
мещений. Так как в балке, работающей на изгиб, нор-
мальная сила отсутствует (jVg = O), для определения про-
гиба будем иметь известную двучленную формулу
CM^dx + ll	(VI.43)
J EJ J GF
и	о
При равномерно распределенной нагрузке первый ин-
теграл равен 5/?н/4/384£У, а второй ii(qnl2/8GF). Для ба-
лок малой высоты, когда ///i>20, второй интеграл, учи-
тывающий влияние на прогиб касательных напряжений,
не имеет большого значения и не учитывается. Однако,
когда //Л <20, что всегда имеет место в главных балках,
для которых это отношение находится в пределах 8—12,
второй интеграл дает значительное увеличение прогиба
и его следует учитывать. Особенно это относится к бал-
кам двутаврового сечения.
Прогиб двускатных балок определяют с учетом пере-
менного по длине момента инерции балок. Наибольший
прогиб шарнирно опертых и консольных балок постоян-
ного и переменного сечений с учетом влияния касатель-
ных напряжений практически вычисляют по формуле
f = /0/fc[l+с (ft//)*],	(VI.44)
где f0 — прогиб балки постоянного сечения высотой h без учета де-
формаций сдвига; h — наибольшая высота сечения; I — пролет бал-
ки; k — коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты
сечения, принимаемый 1 для балок постоянного сечения; с—коэф-
фициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной
силы.
Значения коэффициентов k и с для основных расчет-
ных схем балок приведены в табл. 3 прил 4 СНиП
11-25-80.
§ 5.2. Клеефанерные балки
Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и
дощатых поясов (рис. VI. 19). Поперечное сечение клее-
фанерной балки может быть двутавровым или коробча-
тым. Так как при этом пояса удалены от нейтральной
оси, то материал в таких балках используется более эф-
фективно.
247
Фанерная стенка помимо работы на сдвигающие уси-
лия может воспринимать и нормальные напряжения (при
условии, если волокна наружных шпонов расположены
вдоль оси балки). Для лучшего использования несущей
способности фанерной стенки целесообразно распола-
гать фанеру так, чтобы волокна ее наружных шпонов
были направлены вдоль оси балки. При продольном рас-
положении волокон наружных шпонов модуль упругости
фанеры примерно на 50 % больше, чем при поперечном
их расположении, что предопределяет лучшее использо-
вание фанеры на сжатие и растяжение при изгибе на
ребро. Кроме того, продольное расположение волокон
наружных шпонов позволяет стыковать фанеру «на ус».
При поперечном расположении волокон этих шпонов
стыки можно выполнять только, используя накладки, что
менее надежно; к тому же накладки перекрывают стык
стенки лишь в чистоте между поясами и, таким образом,
уменьшается момент инерции сечения в стыке.
Клеефанерные балки могут быть постоянной высоты,
двускатными, а также с криволинейным верхним поясом
(см. рис. VI.19, в). Радиус кривизны верхнего пояса кру-
гового очертания определяют по уравнению окружности
2Ч_4^СР-^
8(ЛСР —Л«)
где R — радиус кривизны верхнего пояса; йСр—высота балки в се-
редине пролета; Лк — высота балки на ее конце.
Одним из важных преимуществ клеефанерных балок
с криволинейным верхним поясом по сравнению с дву-
скатными является то, что они не имеют стыка в коньке
и поэтому могут быть выполнены полностью безметаль-
ными, что делает их более пригодными к применению в
помещениях с агрессивной средой, в частности для хими-
ческих производств.
Клеефанерные балки с плоской фанерной стенкой ре-
комендуется использовать для пролетов до 15 м. Их вы-
соту обычно назначают в пределах ’/в—Vis/, при этом
следует учитывать стандартные размеры фанерных лис-
тов. Толщину стеики принимают не менее 8 мм.
Специфическая особенность клеефанерных балок —
наличие в них тонкой фанерной стенки, которая требует
специальных мер для ее закрепления от потери устойчи-
вости. Придание жесткости фанерной стенке можно обес-
печить двумя способами: а) постановкой дощатых ребер
248
105&
Рис. VI.19. Клеефанерные балки, с плоской стенкой и с ребрами жесткости
* а - балка постоянной высоты-, б-двускатиая балка; в - балка с криволинейным очертанием
с© стенки с накладками; д — стык фанерной стенки «на ус>
верхнего пояса; г — стык фанерной
Рис. VI.20. Клеефанерная балка с волнистой стенкой
жесткости (см. рис. VI.19); б) устройством волнистой
стенки (рис. VI.20). Для придания волнистости стенке на
копировальном станке в досках пояса выбирают криво-
линейные пазы клиновидного сечения, в которые на
клею вставляют фанерную стенку.
Клеефанерные балки, так же как панели покрытия,
рассчитывают с учетом различных модулей упругости
древесины поясов и фанерной стенки по приведенным
геометрическим характеристикам. Приведение осущест-
вляют к материалу, в котором находят напряжения. При
определении напряжений в поясах приведенные характе-
ристики сечения вычисляют по следующим формулам:
^р.д^д + ^ф^ф^д);	(VI.46)
/пр.д = /д + /ф(£ф/£д);	(VI.47)
5пр.д=5д + 5ф(£ф/£д);	(VI. 48)
^пр.д = ^пр.д/й/2,	(VI.49)
где Fa, Ju, Sa — соответственно площадь, момент инерции и стати-
ческий момент поясов; F$, /ф и 5ф — соответственно площадь, мо-
мент инерции и статический момент фанерной стенки; F& — соответ-
ственно модуль упругости фанеры и древесины поясов.
Насчет балок с плоской фанерной стенкой при рас-
положении волокон наружных шпонов фанеры вдоль
250
балки. Расчет клеефанерной балки производят с учетом
работы фанерной стенки на нормальные напряжения.
Однако необходимо иметь в виду, что основная доля нор-
мальных напряжений воспринимается поясами. Поэтому
при определении напряжений надо сравнивать их с рас-
четным сопротивлением древесины растяжению и сжа-
тию, а не изгибу, как это делается в обычных балках.
Расчетные формулы имеют следующий вид:
ср = Л1/1Гпр«/?и,	(VI. 50)
ас = M/Fup с Ф#с,	(VI. 51)
где If'np — приведенный к материалу поясов момент сопротивления;
7?р — расчетное сопротивление древесины поясов растяжению;
/?с—расчетное сопротивление древесины поясов сжатию; qp—ко-
эффициент продольного изгиба для пояса из плоскости изгиба.
В двускатных клеефанерных балках аналогично кле-
еным из досок эпюра нормальных напряжений не повто-
ряет эпюру моментов. Сечение с максимальным напря-
жением находится от опоры на расстоянии, вычисляемом
по формуле, имеющей для балок двутаврового сечения
более сложный вид, чем для балок прямоугольного сече-
ния (см. рис. VI.35). В клеефанерных балках с криво-
линейным верхним поясом целесообразно проверять на-
пряжения в ряде сечений по длине балки.
Прочность стенки в опасном сечении на действие
главных растягивающих напряжений в балках двутавро-
вого и коробчатого поперечного сечений следует прове-
рять по формуле ____________________
аст/2+/ (ос1/2)2 + ^т <«ф.Ра. (VI-52)
где R ф рд — расчетное сопротивление фанеры растяжению под углом
а, определяемое по графику, приведенному на рис. 17, прил. 5
СНиП 11-25-80; ост — нормальные напряжения от изгиба на уровне
внутренней кромки поясов; тСг — касательные напряжения в стенке
на уровне внутренней кромки поясов; а — угол, определяемый нз
зависимости
tg2a = 2тст/<гст.	(VI. 53)
К опасным сечениям следует отнести опорное сече-
ние балки и места приложения сосредоточенных нагру-
зок. Высоту балки на опоре определяют нз расчета иа
сдвигающие усилия
т = О$пр/Jпр 56ф /?ф.ср,	(VI .54)
где Q—расчетная поперечная сила; Зпр, Л Р — приведенные стати-
ческий момент и момент инерции балки; 26ф — суммарная толщина
фанерных стенок; /?ф.ср — расчетное сопротивление фанеры срезу.
251
В опорной зоне балок двутаврового сечения с криво-
линейным верхним поясом, где сдвигающие усилия мак-
симальны, а высота сечения небольшая, суммарную тол-
щину фанерной стенки можно увеличить, приклеивая с
наружных сторон поясов две дополнительные фанерные
стенки (см. рис. VI. 19,в). Дополнительные стенки обры-
вают в месте установки ребра жесткости. В этом же се-
чении надо сделать проверку основной стенки на дейст-
вующие в сечении сдвигающие усилия.
Кроме того, в опорном сечении по ширине пояса мо-
жет произойти скалывание между шпонамн фанеры. Рас-
четное сопротивление сдвигу между шпонами фанеры
значительно меньше расчетного сопротивления скалыва-
нию вдоль волокон древесины. Поэтому необходимо про-
верить напряжения в клеевых швах между шпонами фа-
неры по формуле
т ~ Q*Snp/Jпр	-с ^?ф.ск»	(VI.55)
где SnP — статический момент пояса относительно нейтральной оси
поперечного сечения балки; /пр — приведенный момент ииерцни бал-
ки; Ж— расчетная длина шва. принимаемая равной суммарной
ширине приклеенных к фанере деревянных элементов.
При наличии дополнительных фанерных стенок такую
же проверку надо сделать в местах их обрыва.
Для того, чтобы придать тонкой фанерной стенке
устойчивость, ставят ребра жесткости. Ширину ребер в
опорных сечениях принимают равной ширине поясов. По
длине балки ребра жесткости ставят на расстояниях
1в—Vio* (I — длина пролета).
В середине первой, а иногда и второй панели балки
(считая за панель расстояние между ребрами жесткос-
ти) фанерная стенка должна быть проверена на устой-
чивость из плоскости. Сначала по обычным формулам
вычисляют в середине панели нормальные ост и каса-
тельные тсТ напряжения. Затем определяют критические
напряжения:
(VI. 56)
(VI.57)
где 6ф — толщина фанерной стенки; ft0T — высота фанерной стенки
в свету (между внутренними гранями поясов) i /1расч — расчетная вы*
сота стенки, которую принимают равной hCI при расстоянии между
ребрами а>АСт и равной а при а<.(гСт.
252
Расстояние между ребрами жесткости предваритель-
но задается, как это было указано выше. При принятом
между ребрами расстоянии должно быть соблюдено сле-
дующее условие:
о/<тКр + т/ткр с 1-	(VI.58)
Значения /ги и kt принимают по прил. 5 СНиП
П-25-80. Если условие (VI.48) не соблюдается, надо
уменьшить расстояние между ребрами.
Прогиб клеефанерной балки находят с учетом влия-
ния сдвигающих усилий по формуле (VI.34). При опре-
делении прогиба балки двускатного очертания необходи-
мо учесть переменность момента инерции балки подлине.
Прогиб балки с криволинейным верхним поясом це-
лесообразно определять, пользуясь общей формулой для
перемещений
(VI.59)
J Др •> пр	J Одр Г Яр
где Mi, Q, — изгибающий момент и поперечная сила от единичной
нагрузки (Р=1), приложенной в середине пролета балки по направ-
лению прогиба; Мд и Q?— то же, от действующей ва балку норма-
тивной нагрузки; Ддр, Одр — модуль упругости и модуль сдвига дре-
весины.
В связи с криволинейным очертанием балки при ре-
шении интегралов по методу Верещагина балку следует
разделить по длине на ряд участков. В пределах каждо-
го участка момент инерции и площадь принимают посто-
янными и вычисляют для сечений в середине каждого
участка.
Расчет балок с волнистой стенкой. Расчет клеефа-
нерных балок с волнистой стенкой отличается от расчета
балок с плоской стенкой прежде всего тем, что фанерная
стенка не может воспринимать нормальных напряжений,
так как при изгибе балки она способна складываться
или распрямляться, т. е. обладает податливостью. В ре-
зультате податливости волнистой фанерной стенки полки
балки будут упруго сдвигаться друг относительно друга.
Поэтому иа основании исследований1 балку с волнистой
стенкой следует рассчитывать как составную на подат-
1 Исследования проведены канд. техи. наук Ю. К. Осиповым и
д-ром техн, наук П. А. Дмитриевым в Новосибирском инженерно-
строительном институте.
253
ливых связях. Роль податливых связей здесь играет
волнистая стенка. Коэффициент податливости В вычис-
ляют по формуле
(VI.60)
__	-Т2 5>п £др
*о Is 6ф Оф
где Зп — статический момент пояса относительно оси балкн; Ел? —
модуль упругости древесины пояса; — модуль сдвига фанеры;
I — пролет балки; 6ф —толщина фанерной стенки.
Если обозначить (см. рис. VI.20) длину дуги волны
по кривой SB, длину волны 1В, высоту волны в осях
(1/12—1/18/в) h, центральный угол, образующий четвер-
тую часть волны, а, то &fl=S//B. Вычисляя, получим:
для
синусоидального гофра
k0= 1 +2,5(й//в)2,	(VI.61)
гофра типа сопряженных равных дуг окруж-
ДЛЯ
ности
Так как значение /гэ близко к единице, то в формуле
(VI.60) его можно принимать равным единице.
Момент инерции балки как цельного элемента опре-
деляем без учета работы стенки
+ <VI-63)
(обозначения приведены на рис. VI.20).
Коэффициенты, учитывающие податливость волнис-
той фанерной стенки, находят по следующим формулам:
коэффициент, уменьшающий несущую способность
балки
1
(VI. 64)
коэффициент, уменьшающий жесткость балки
kj=\!\+B.	(VI.65)
Напряжения в растянутом поясе
<тр = M/kw Го« Rp.	(VI. 66)
Напряжения в сжатом поясе
oc = M/kalWa<f<.Rc,	(VI. 67)
где <р— коэффициент продольного изгиба дли верхнего пояса из
плоскости;
254
Таблица VI.6. Значения коэффициента k2
Отношение fea//B	Коэффициент k2
1/12	0,45
1/15	0,41
1/18	0,39
Проверку балки по наибольшим сдвигающим усили-
ям производят, как правило, в опорном сечении. При
этом определяют сдвигающие напряжения в соединении
стенки с полками
т — QSa/Jb^aC4 Лф.ск>	(VI.68)
где Ьрасч = 2а; Q — поперечная сила в сечении; S„ — статический мо-
мент полки относительно нейтральной осн балки; J — момент инер-
ции балки; а — глубина паза; /?ф.ск— расчетное сопротивление ска-
лыванию клеевых швов между шпонами фанеры.
Кроме того, рассчитывают волнистую фанерную стен-
ку на устойчивость по формуле
QS„
т = “^-<лФ«р>	(VI-69)
J фв
где /?ф ср — расчетное сопротивление фанеры срезу; <рв—коэффици-
ент устойчивости волнистой фанерной стенки, определяемый из со-
отношения
<РВ = ткр/тб = ^Ав.ст =	(VI • 70)
где Ткр — критическое сдвигающее напряжение; те — безопасное сдви-
гающее напряжение фанеры, принимаемое 7,5 МПа; ki — коэффици-
ент, принимаемый по формуле 0,054	G$; k2—по данным
табл. VI.6; Лв.ст — гибкость волнистой стенки, определяемая по фор-
муле
Хв.ст = (й —2йп) V вфЛ, .	(VI.71)
где h— высота балки; йп — высота пояса балки; /1в — высота волны
стеики; 6* — толщина стенки.
При определении прогиба балки надо учесть коэф-
фициент, уменьшающий ее жесткость из-за податливос-
ти стенки, а также влияние на прогиб скалывающих на-
пряжений.
§ 5.3. Балки, армированные стальными стержнями
Хорошая адгезия заливочных компаундов на основе
эпоксидных вяжущих не только к древесине, но также и
255
Рис. VI.21. Балки, армированные стальными стержнями
а — одиночное армирование; б— двойное армирование
к стали позволяет при ограниченном габарите балок по
высоте увеличить их несущую способность, армируя их
стальными стержнями (рис. VI.21,«,б). Компаунд обес-
печивает надежную совместную работу арматуры и де-
рева, если давление при запрессовке во время изготов-
ления балок будет 0,2—0,3 МПа. Склеиваемые поверх-
ности древесины и стали должны быть без масляных пя-
тен и пыли.
По исследованиям, проведенным канд. техн, наук
В. Ю. Щуко в Новосибирском инженерно-строительном
институте, предпочтительно в качестве арматуры ис-
пользовать круглые стальные стержни периодического
профиля с пределом текучести не менее 400 МПа.
Пазы в древесине для укладки арматуры выбирают
фрезерным станком. Они могут быть полукруглыми или
квадратными, размером, не превышающим диаметра ар-
матуры более чем на 1 —1,5 мм. Процент армирования
конструкции не должен превышать 3—4:
Ц = (FaW 100 с 3 - 4%.	(VI.72)
Расчетное сопротивление стальной арматуры прини-
мают по нормам проектирования бетонных и железобе-
256
тонных конструкций СНиП 2.03.01—84. Рассчитывают
армированные деревянные конструкции по приведенным
геометрическим характеристикам, а их поперечное сече-
ние рассматривают как цельное.
Приведенный к древесине момент инерции армиро-
ванных балок прямоугольного сечения определяют при
двойном симметричном армировании по формуле
/np = ^p + Fana (Л„/2)а.	(VI.73)
где па — коэффициент приведения стальной арматуры к древесине;
/др = а/13/12;
па = £а/£др-1=20.	(VI. 74)
При одинарном армировании определяют F„p, центр
тяжести приведенного сечения и далее момент инерции
по формуле
•7пр = -7др + Fap Фсж —йр/2)2 -р Ра гса (Лр — а)а. (VI.75)
Приведенные к древесине моменты сопротивления
соответственно будут равны:
при двойном симметричном армировании
lVnp = 2JnpM,	(VI. 76)
при одинарном армировании
И^пр ~ *7Пр/Лсж >	(VI. 77)
где йсж — расстояние от оси балки до наиболее удаленного сжатого
волокна древесины.
Нормальные напряжения
о = М/Мщ, /?„;	(VI.78)
касательные напряжения
т = Q5np//пРЬ ,	(VI.79
где 5Пр — приведенный статический момент сдвигаемой части сече-
ния относительно нейтральной оси приведенного сечения; Ь —шири-
на сечения; Лск — расчетное сопротивление скалыванию для клееных
элементов.
Прогиб вычисляют как для клеедощатой балки с вве-
дением жесткости £др/пр.
ГЛАВА 6. ДОЩАТОКЛЕЕНЫЕ КОЛОННЫ
Дощатоклееные колонны для зданий с напольным
транспортом и подвесными кранами проектируют, как
правило, постоянного по высоте сечения. Для зданий с
17-423	257
мостовыми кранами характерно применение колонн с
уступом для укладки подкрановых балок (рис. VI.22).
Колонны в фундаментах защемляют одним из способов,
показанных на рис. VI.24.
Колонны рассчитывают: на вертикальные постоянные
нагрузки от веса покрытия, стенового ограждения и соб-
ственного веса; на вертикальные временные снеговые
нагрузки, нагрузки от кранов и различных коммуника-
ций, размещаемых в плоскости покрытия; на горизон-
тальные временные ветровые нагрузки и нагрузки, воз-
никающие при торможении мостовых и подвесных кра-
нов.
Поперечная рама, состоящая из двух колонн, защем-
ленных в фундаментах и шарнирно связанных с ригелем
(балкой, фермой, аркой), представляет собой однажды
статически неопределимую систему (рис. VI.23). Про-
дольное усилие в ригеле такой рамы
х = Ха, + Х9,	(VI.80)
где	= 0,5(1^1—157,).
От равномерно распределенной ветровой нагрузки на
колонны
Хв = (Э/16)Я(-9авф-<?от).	(VI.81)
От стенового ограждения (условно считая, что вер-
тикальное усилие от стенового ограждения приложено
по середине высоты колонны)
ХСГ = 9МСТ/8Я,	(VI. 82)
где MCT = Pcte-, e~hr-ii‘2-\-h,-.'2 — расстояние между серединой стено-
вого ограждения и осью колонны.
После определения усилия в ригеле определяют из-
гибающие моменты и поперечные силы. Высоту сечения
колонны hK принимают в пределах 1/8—1/15Я; ширину
б^йк/б. Принятое с учетом сортамента пиломатериалов
и условий опирания ригеля на колонну сечение колонн
проверяют на расчетное сочетание нагрузок; в плоскости
рамы — как сжатоизгибаемын элемент; из плоскости ра-
мы — как центрально сжатый элемент.
Предельная гибкость для колонн 120. При определе-
нии гибкости расчетную длину колонны в плоскости ра-
мы принимают 10—2,2Н (при отсутствии соединения вер-
ха колонн с жесткими торцами здания горизонтальными
связями). При вычислении гибкости колонны из пло-
скости рамы расчетную длину принимают равной рас-
258
Рис. VI.22. Варианты дощатоклееных колонн
а — постоянного по высоте сечения: б — переменного по высоте сечения; а—с
уступом для укладки подкрановых балок
Рис. VI.23. Расчетная схема двухшарнирной рамы
17*
259
Рис. VL24. Варианты решения узла
защемления колонн в фундаментах
а — с использованием железобетонного
элемента, прикрепляемого к колонне на
вклеенных стержнях; б — с применением
стальных траверс, прикрепляемых к колон-
не болтами; 1—вклеенные стальные стерж-
ни; 2 — анкерные болты; 3 — траверсы; 4—
два слоя толя; 5 — железобетонный эле-
мент, заделываемый в фундамент; (?—же-
лезобетонный фундамент
Рис. V1.25, Схема к расчету узла за-
щемления колонны в фундаменте
стоянию между узлами вертикальных связей, поставлен-
ных по колоннам в плоскости продольных стен.
Наиболее ответственным в колоннах является жест-
кий узел, который обеспечивает восприятие изгибающего
момента. Для варианта узла, показанного на рис.
VI.24, б, усилия в анкерах и анкерных болтах Na.s
находят, исходя из расчетной схемы, показанной на рис.
VI.25.
При определении усилия Na снеговую и другие вре-
менные вертикальные нагрузки, не вызывающие изгиба-
ющего момента, не учитывают, момент берут максималь-
ным.
Из двух условий равновесия
X + (Va-Dc = 0;	(VI.83)
Mn-Nihi + Dc(x/3) = 0.	(VI.84)
260
Вычисляем значения Va, подставляя соответствующее
значение Dc (см. рис. VI.25).
Усилие в анкерном болте
ЛГа.б = Л1а/2-0,85,	(VI.85)
где 0,85 — коэффициент, учитывающий возможную неравномерность
усилий в анкерных болтах.
Необходимую площадь анкерного болта определяем
по формуле
^ = ^.Ла.6,	(VI.86)
где —площадь анкерного болта нетто (по сечению, ослаблен-
ному нарезкой); /?а.б — расчетное сопротивление стали, принимаемое
по табл. 60 СНиП П-23-81 (как для фундаментных болтов).
Отметим, что необходима также проверка фундамен-
та на смятие под деревянной клееной колонной и прочно-
сти траверсы и крепления ее к колонне.
ГЛАВА 7. РАСПОРНЫЕ КЛЕЕНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
§ 7.1. Распорная система треугольного очертания
Распорную систему треугольного очертания проекти-
руют с применением прямолинейных клеедощатых эле-
ментов, со стальной затяжкой или с опиранием непосред-
ственно на фундаменты. Узлы в этой конструкции реша-
ют с эксцентриситетом (см. рис.VI.26),благодаря чему
уменьшается расчетный изгибающий момент, который
будет
= <V!’87>
где —момент от поперечной нагрузки; Мх— разгружающий мо-
мент от продольной силы; е — эксцентриситет.
При равномерно распределенной нагрузке
M?-«Z2/32.	(VI .88)
Клееный элемент проверяют на прочность и устойчи-
вость плоской формы деформирования по обычным фор-
мулам расчета сжато-изгибаемых элементов.
К недостаткам эксцентричного решения узлов отно-
сится концентрация скалывающих напряжений в зоне
опирания, что учитывается введением коэффициента
1-
т = (QSgp/Jgp 6pap»j) ,	(VI.89)
261
где Q — расчетная поперечная сила; Ssp — статический момент
брутто сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси;
/бр — момент инерции брутто поперечного сечения элемента относи-
тельно нейтральной осн; Асн —находят по графику рис. VI.27.
Следует ограничивать значение эксцентриситета. Ре-
комендуется принимать е^0,15h.
§ 7.2. Дощатоклееные арки
Дощатоклееные арки применяют кругового или
стрельчатого очертания с затяжками или q непосредст-
венным опиранием на фундаменты или контрфорсы. При
наличии затяжек пролеты арок обычно не превышают
24 м, при опирании на фундаменты или контрфорсы про-
леты зданий, осуществленных в СССР, достигали 63 м
(здание летнего катка в Архангельске). За рубежом
имеются отдельные примеры применения арок с проле-
тами более 100 м.
Арки обычно склеивают из пакета досок прямоуголь-
ного по высоте сечения, что менее трудоемко. При боль-
ших пролетах может оказаться целесообразным приме-
нение арок переменного по высоте сечения, принятого с
учетом изменения момента по длине арки.
Дощатоклееные арки бывают двух- и трехшарнирны-
ми (рис. VI.28). При пролетах до 24 м и f/1=1/8—1/6
целесообразно применять двухшариириые арки как бо-
лее экономичные во всех случаях, когда возможна
262
Рис. VI.27. Коэффициенты kct(,
учитывающие опирание эле-
мента частью сечения и кон-
центрацию скалывающих на-
пряжений
Рис. VI.28. Дощатоклееные ар-
ки
а—двухшарнирная кругового очер-
тания со стальной затяжкой; б —
то же, трехшарнирная; в — трех-
шарнирная стрельчатого очертания
с опиранием на фундаменты; г —
коньковый узел арки и схемы ра-
боты накладок; д — опррный узел
арки
транспортировка криволинейных элементов арок. Кри-
волинейные арки, как правило, делают с постоянным
радиусом кривизны, так как изогнуть доски по окружно-
сти легче. В дощатоклееных арках толщину слоев (досок
после острожки) для удобства их гнутья целесообразно
применять, как правило, не более 1/300 радиуса кривиз-
ны и не более 33 мм.
Коньковый узел в трехшарнирных арках можно вы-
полнять с деревянными накладками на болтах, воспри-
263
нимающими поперечную силу от временной нагрузки и
обеспечивающими жесткость узла арки из ее плоскости.
В случае, если распор воспринимается затяжкой, она вы-
полняется из профильной или круглой стали.
Арки рассчитываются на нагрузки и воздействия в
соответствии со СНиП II-6-74. В результате расчета
арок определяют значения М, N, Q.
Нормальные напряжения в арках вычисляют по
обычной формуле для сжато-изгибаемого стержня в се-
чении с максимальным изгибающим моментом и соот-
ветствующей ему нормальной силой:
- А/Л'нт -р -Мд/й^нт Re ^1'н «ел!	(VI. 90)
А1д = Л1с/?с + Л1к.с/|к.С; §= l-(VAo/3OOOf6p/?c).(VI.91)
где АР—значение сжимающей силы в ключевом сечении арки.
При отношении напряжений от изгиба к напряжени-
ям от сжатия менее 0,1 производят расчет иа устойчи-
вость в плоскости кривизны арки по формуле
W
с с = ~	Rc ^гн тб тсл •	(VI • 92)
Ф^расч
Расчетную длину арки 1а при определении ее гибкости
принимают: а) при расчете иа прочность по деформиро-
ванной схеме:
для двухшарнирных арок при симметричной нагруз-
ке /0 = 0,355;
для трехшарнирных арок при симметричной нагруз-
ке /о = 0,58 5;
для двухшарнирных и трехшарнирных арок при ко-
сосимметричной нагрузке — по формуле
1„ = л$/2 V л?—а?,	(VI. 93)
где а—центральный угол полуарки, рад; S — полная длина дуги
арки.
Для трехшарнирных арок при расчете на несиммет-
ричную нагрузку расчетную длину допускается прини-
мать /о = 0,585. Для трехшарнирных стрельчатых арок
с углом перелома в ключе более 10° при всех видах на-
грузок ф = 0,55.
Расчет арок на устойчивость плоской формы дефор-
мирования производят по формуле Ш-39.
Клеевые швы проверяют на скалывание по формуле
QS/JbK.RCK,	(VI.94)
264
Рис. VI.29. Опорный узел дощатоклееной арки большого пролета
где Q — расчетная поперечная сила в арке; S — статический момент;
I — момент инерции; b — ширина арки; /?<,„ — расчетное сопротив-
ление скалыванию для клееных элементов.
Накладки в коньковом узле рассчитывают на попереч-
ную силу при несимметричном загружении арки. Наклад-
ки работают на поперечный изгиб. Изгибающий момент
накладки (см. рис. VI.28, г).
Af„ = Qei/2.	(VI. 95)
Усилия, действующие на болты (см. рис. VI.28, г):
Рг = Q/(i - ei/e2);	(VI.96)
Z?2 = Q/(e2/ei — 1).	(VI.97)
Несущую способность болтов определяют с учетом
направления сил поперек волокон; оиа должна быть
больше действующих усилий /?;, R2.
Крепление арки в опорных узлах рассчитывают на
максимальную поперечную силу, действующую в этих
узлах. В арках больших пролетов опорный и конько-
вый узлы конструктивно сложнее. Их можно выполнить,
265
например, с помощью специальных элементов, состоя-
щих из стальных пластинок, соединенных стержнем из
круглой стали (рис, VI.29).
§ 7.3. Рамы
Рамные конструкции отличаются от арочных своим
очертанием, которое сильно влияет на распределение
изгибающих моментов в пролете. При ломаном очерта-
нии рамы в жестком карнизном узле при загружении
как левой, так и правой половины рамы возникают мо-
менты одного знака. В результате при загружении рамы
по всему пролету угловые моменты сильно увеличивают-
ся, что ограничивает длину пролетов, перекрываемых ра-
мами, до 18—30 м.
Рамы могут воспринимать горизонтальные нагрузки,
обеспечивая поперечную устойчивость здания без защем-
ления стоек и без устройства жестких поперечных стен.
Рекомендуется делать рамы трехшарнирными, так как
в статически определимых системах не происходит пе-
рераспределения усилий при деформировании под дли-
тельно действующей нагрузкой, что обеспечивает соот-
ветствие их расчетным усилиям.
Дощатоклееные гнутые рамы. Дощатоклееные гнутые
рамы (рис. VI.30) выполняют трехшарнирными, что об-
легчает их изготовление, транспортирование и монтаж.
Криволинейность карнизных узлов достигается выгибом
слоев (досок) по окружности при изготовлении рам. Ра-
диус кривизны обычно невелик и составляет 2—4 м. Так
как по условиям гнутья отношение радиуса кривизны к
толщине слоя (R/S) не может быть меньше 150, то тол-
щина слоев для изготовления дощатоклееных гнутых
рам после фрезерования будет составлять не более 1,6—
2,5 см. Следовательно, дощатоклееные гнутые рамы бо-
лее трудоемки в изготовлении, чем арки и требуют боль-
шего расхода древесины и клея. Кроме того, расчетное
сопротивление изгибу уменьшается умножением на ко-
эффициент гнутья, меньший единицы.
Сечение рамы делают прямоугольным, а высоту се-
чения — переменной по длине, что достигается уменьше-
нием числа досок в пакете с внутренней стороны рамы.
Постепенное плавное изменение высоты сечения (рис.
VI.30, а) предпочтительнее с архитектурной точки зре-
ния, но технологически менее выгодно. Менее сложно и
266
Puc. VI.30. Дощатоклееные гнутые рамы
а —с переменной высотой сечения; б —со ступенчгтым изменением высоты
сечеиия
Рис. V1.31. Дощатоклееная гнутая рама пролетом 18 м
224 I 336
267
Рис. VI.32. Расчетная схема к
определению напряжений в
криволинейной части гнутокле-
еных рам
трудоемко изготовление дощатоклееных гнутых рам с
применением ступенчатого изменения высоты сечения
(рис. VI.30, б), которые разработаны для пролетов 12 и
18 м (рис. VI.31). Рамы работают на сжатие и попереч-
ный изгиб.
В связи с переменностью высоты сечения нормаль-
ные напряжения следует проверять в различных местах
рамы по длине. Нормальные напряжения находят по
формулам для сжато-изгибаемого стержня:
о — Ni/FiHT 4~	krs с Rc пгГИ nz-f /исл; (VI. 98)
Мм =	= 1 -(A*tft/3000Fi6p«c),
где Nt, Mt — нормальная сила и изгибающий момент в рассматри-
ваемом сечении; /Ver и TFjht — площадь и момент сопротивления ра-
мы в рассматриваемом сечении; X — гибкость рамы, постоянная для
всех сечений рамы; ferB — коэффициент к расчетному сопротивлению,
учитывающий криволинейность эпюры напряжений (рис. VI.32).
Коэффициент k,.Е определяют по формулам: а) при
проверке напряжений по внутренней кромке
_ 1 — 0,5/i/r
krB~ 1—0.17Л/Г ’
(VI.99)
б) при проверке напряжений по наружной кромке
1 4- 0,5Л/г
1+0,17Л/г
(VI. 100)
Расстояние г от центральной оси поперечного сечения
до нейтральной оси находят по формуле
268
г=КЧ\2г.	(VI.10!)
При переменной высоте прямоугольного сечения ра-
мы ее гибкость можно вычислить приближенно
А=/расч/0,289ЛСр.вз,	(VI.Ю2)
где /расч — расчетная длина, равная длине полурамы по осевой ли-
нии; Лср.вэ — средневзвешенная высота сечения рамы;
/ l \ I / I \
/1ср.вз= jMi	‘ (VI.ЮЗ)
\ и	/ / \ и /
Дощатоклееные рамы из прямолинейных элементов.
Дощатоклееные рамы из прямолинейных элементов
(рис. VI.33, а—VI.33, е) более технологичны, чем доща-
токлееные гнутые рамы, так как на заводе собирают и
склеивают из прямолинейных досок отдельно стойку и
ригель каждой полурамы.
Наиболее сложным у рам П-образного очертания яв-
ляется карнизный узел (соединение стойки с ригелем),
где действует максимальный изгибающий момент.
Рамы пролетом 12 и 18 м иногда проектируют с кар-
низным узлом, решенным с помощью косынок из фанеры
марки ФСФ или лучше бакелизированной 1 (рис. VI. 33, в).
Фанерные косынки, приклеиваемые к стойке и ригелю,
перекрывают стык, воспринимая нормальное усилие и
изгибающий момент. Клеевой шов проверяют на скалы-
вание.
Недостаток такого решения — возможность разруше-
ния клеевого шва при усушке и разбухании пакета до-
сок, приклеенного к фанерной косынке больших разме-
ров. В последнее время шире применяют соединение
стойки с ригелем на зубчатый шип (рис. VI.33,г).
Более надежны рамы из прямолинейных элементов с
ригелем, имеющим консоли и опирающимся шарнирно
на стойки и подкосы (рис. VI.33, д, е). Элементы таких
рам работают как сжато-изгибаемые стержни и должны
быть рассчитаны на действующие в сечениях нормаль-
ные усилия, изгибающие моменты и поперечные силы.
Получили применение в строительстве рамы с соеди-
нением ригеля в карнизном узле на зубчатый шип. Рас-
чет этих рам производят на прочность и устойчивость
плоской формы деформирования. При проверке напря-
жений по биссектрисному сечению, в котором элементы
соединяются на зубчатый шип, учитывают как техноло-
1 Предложены и осуществлены С. Е. Штейнбергом.
269
гическое ослабление, так и криволинейность эпюры на-
пряжений
% = Л'Мт fHT + ^нт <	тб ты'	<VI •104>
^нт = ^/6; FHT^=bh6,
где kr —• коэффициент технологического ослабления сечения, прини-
маемый для элементов постоянного сечения 0,8 и для элементов
переменного сечения 0,9; fts—высота бнссектрисного сечения; Г] —
коэффициент, учитывающий криволинейность эпюры напряжений
(рис. VI.34); а — угол между биссектрисой и нормалью к оси
стойки, °.
Т] = (1 — 0,0534 Уа).	(VI.105)
В растянутой зоне бнссектрисного сечения должны
быть проверены напряжения растяжения по формуле
<Тр =—	с R	(VI. 106)
/нт /т ^нт^тЛ/и
где k — безразмерный коэффициент, принимаемый по графику, при-
веденному на рис. VI.35; Rx — соответственно расчетные сопро-
тивления древесины растяжению и изгибу вдоль волокон; /?р7—
расчетное сопротивление древесины растяжению под углом а.
Клеефанерные рамы (рис. VI.36) в поперечном сече-
нии могут быть двутавровыми или коробчатыми. Фане-
ру, как и у клеефанерной балки, лучше располагать так,
чтобы волокна рубашек были параллельны оси рамы.
Карнизный узел решают с применением стальных на-
кладок (рис. VI.36, б) или с помощью специальных гну-
токлееных фанерных вставок являющихся закруглен-
1 Предложены и испытаны кандидатами техн, наук Е. И. Све-
тозаровой и Е. Н. Серовым в ЛИСИ в 1969 г. Ими же предложен
и метод расчета.
270
Рис. VI.33. Дощатоклееные рамы из прямолинейных элементен
а—<' гординением в карнизном узле на нагелях; б — деталь карнизного уз*
яа; в — с карнизным узлом и накладками из фанеры; г —с карнизным уз*
JK.M, соединенным зубчатым шипом; д — с консолями и ригелями, опирающи-
мися на стойки и подкосы; е — с консолями и ригелем, опирающимся на под-
косы
271
Рис. VI.34. Значения коэффи-
циента k
Рис. VI.35. Расчетная схема к
определению напряжений по
биссектрисному сечению кар-
низного узла
Рис. VI.36. Клеефанерная рама
а — общий вид: б — деталь карнизного узла со стальной накладкой; в — кар-
низный узел с гнутоклееными вставками из шпона
272
ным продолжением прямолинейных поясов ригеля и
стойки (рис. VI.36, в). Гнутоклееные фанерные вставки
соединяют с прямолинейными досками поясов рамы зуб-
чатым шипом. Стыки располагают вразбежку.
Испытания клеефанерных рам выявили необходи-
мость проверки фанерной стенки на главные напряже-
ния. Для приближенного расчета можно проверить проч-
ность фанерной стенки сравнением расчетного сопротив-
ления фанеры под углом 45° к направлению волокон
(Д45) с главными напряжениями
о72 — 1 /2 Ко* + 4т2 <Я45,	(VI.107)
где а, т — нормальное и касательное напряжения в стенке на уров-
не внутренней кромки сжатого пояса.
Клеефанерные рамы следует рассчитывать не только
по прочности, но и по деформациям. При расчете анало-
гично клеефанерным балкам принимают приведенные
геометрические характеристики сечения.
18—423
РАЗДЕЛ VII. ПЛОСКОСТНЫЕ СКВОЗНЫЕ
ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
§ 1.1.	Основные формы плоскостных
сквозных деревянных конструкций
Конструкции, состоящие из поясов и связывающих их
решеток, называют сквозными. Пояса в сквозных дере-
вянных конструкциях могут состоять из одного или не-
скольких ветвей, которые, в свою очередь, могут быть
цельного или составного сечения.
Решетка состоит из отдельных стержней — раскосов
и стоек. Применение решетки вместо сплошной стенки
уменьшает расход материала на конструкцию. Однако
в отличие от сплошных плоскостных конструкций в сквоз-
ных имеются узловые соединения элементов решетки
между собой и с поясами, требующие специальных
средств соединения.
Тип конструкций — сквозных или сплошных выбира-
ют на основе технико-экономических данных. Кроме это-
го, необходимо учитывать назначение помещения и тре-
бования пожарной безопасности. Так, например, при
эксплуатации конструкции в условиях повышенной хими-
ческой агрессивности среды сквозные деревянные кон-
струкции не рекомендуют к применению, так как на от-
крытых горизонтальных поверхностях элементов конст-
рукции накапливается много агрессивной пыли, которая
соединяясь с влагой в воздухе образует кислоты и ще-
лочи, приводящие к разрушению древесины. В то же
время увеличение поверхности деревянной конструкции
и применение деревянных элементов небольшого попе-
речного сечения повышает пожарную опасность здания.
Положение и в том и в другом случае усугубляется еще
из-за того, что по сравнению со сплошными деревянны-
ми конструкциями в сквозных намного больше металли-
ческих включений (растянутые элементы и элементы сое-
динений). Применение сквозных плоскостных конструк-
ций с клееными элементами большого сечения и длины
сокращает число элементов и узлов в конструкции и по-
вышает их огнестойкость.
274
Высокая стоимость клееной древесины и конструкций
из них, а также необходимость мощной индустриальной
базы для производства клееных деревянных конструкций
делает целесообразным во многих случаях использова-
ние брусчатых сквозных конструкций со сравнительно
большими сечениями брусьев.
Дощатые сквозные плоскостные конструкции наибо-
лее пожароопасны. Кроме того, в них больше проявля-
ется влияние пороков древесины на прочность элементов.
Применявшиеся до настоящего времени дощатые конст-
рукции с соединениями на гвоздях имеют недостатки,
главный из которых — большая трудоемкость их изготов-
ления. В некоторых случаях для зданий и сооружений
V степени огнестойкости допускается использование до-
щатых ферм на механических связях усовершенствован-
ного вида (нагельные пластинки различных видов и ме-
таллические зубчатые пластинки).
Сквозные деревянные конструкции применяют, как
правило, в статически определимых системах как в от-
ношении опорных закреплений, так и решения решетки.
Вследствие податливости применяемых в деревянных
конструкциях соединений, а также деформации древеси-
ны от сушки и увлажнения в статически неопределимых
системах может произойти перераспределение усилий в
элементах сквозных конструкций вплоть до изменения
знака действующих усилий. Поэтому сквозные деревян-
ные конструкции не рекомендуется использовать в ста-
тически неопределимых системах.
Различают два типа сквозных плоскостных конст-
рукций (табл. -VI. 1), балочные и распорные. Основ-
ными применяемыми сквозными плоскостными дере-
вянными конструкциями в покрытиях являются
фермы.
В современном строительстве наиболее широко при-
меняют фермы сегментные с криволинейным клееным
верхним поясом, многоугольные и треугольные. В неко-
торых случаях, например, для покрытия многопролет-
ных промышленных зданий, рациональны трапециевид-
ные, односкатные и двухскатные фермы. Фермы с
разрезными и неразрезными поясами рассчитывают
по деформированной схеме с учетом податливости
узловых соединений. Усилия в элементах ферм сле-
дует определять в предположении шарнирности уз-
лов.
18*
275
Таблица VII.1. Сквозные деревянные конструкции
Вид н схема
Сегментные клееные фермы с
металлическим нижним поя-
1, М	и/1	kc в	*м- %
2	3	4	5
12	1/6—1/7	2,5—3	20—30
15—24	1/6-1/7	2,5—3	20—30
21—30	1/6—1/7	2,5—3,5	20-30
36	1/6—1/7	2,5—3,5	20—30
276
Продолжение табл. VI 1.1
Вид и схема
1
Многоугольные брусчатые
фермы с металлическим ниж-
ним поясом
Треугольные . четырехпанель-
ные со сжатыми раскосами и
металлическим поясом
Л М	Hjl	fcc. в	%
2	3	4	5
12	1/6-1/7	3—4	25—35
15	1/6-1/7	3—4	25—35
18	1/6—1/7	3—4	25—35
21—20	1/6-1/7	3—4	25—35
Клее- ные 12—24	1/5-1/7	4—5	20—30
Брус- чатые 9—12			
277
Продолжение табл. V11.1
Вид и схема	Z, м	Н/1	*с. в	*м- %
1	2	3	4	5
Треугольные фермы из бревен
и брусьев на лобовых ьрубках
10—20 1/5—1/4 6—4,5 15—20
Треугольные фермы из брусь-
ев на лобовых врубках с ме-
таллическим нижним поясом
10—18 1/5—1/4	4—2,5 30—35
Дощатые с соединениями на
металлических зубчатых плас-
тинках
9—15 1/5—1/7 2,5—3	3—5
Ширенгельные системы
6—15 1/8—1/4	8—6	20—25
278
Продолжение табл. VII.1
„	масса фермы
Примечание. км= -------------- 100 %
масса металла
§ 1.2.	Выбор материала элементов сквозных
конструкций
Отбор древесины при ее применении для растянутых
элементов должен быть тщательным, так как ее пороки
отрицательно влияют на прочность при растяжении. Не-
сколько в лучшем положении находятся растянутые эле-
менты из клееной древесины, поскольку в склеиваемых
досках предварительно можно вырезать места с поро-
ками, а их соединения, выполненные на зубчатый шип,
расположить вразбежку. Это объясняет оправданное ис-
пользование в качестве нижних поясов ферм клееной
древесины, особенно с точки зрения повышения огне-
стойкости конструкции по сравнению с фермами с ме-
таллическим нижним поясом (а также стойкости к воз-
действию химически агрессивных сред).
279
При применении сквозных конструкций в обычных ус-
ловиях целесообразно растянутые элементы делать ме-
таллическими. В фермах на растяжение работают обыч-
но нижний пояс и подвески. Элементы сквозных конст-
рукций, работающих на сжатие с изгибом, в частности
верхние пояса ферм при внеузловом приложении попе-
речной нагрузки, выполняют из клееных элементов боль-
ших размеров поперечного сечения и значительной
длины.
В фермах из брусьев относительно небольшого попе-
речного сечения верхний пояс иногда выполняют из двух
брусьев. Верхний брус служит для восприятия нагрузок
от элементов кровли и передачи их на ближайшие узлы,
а нижний брус воспринимает только сжимающие силы
и проверяется на продольный изгиб с расчетной длиной,
равной длине панели верхнего пояса. В этом случае упор
нижнего бруса в узловые детали и одного в другой в сты-
ках осуществляется без эксцентриситета.
Решетку в деревянных сквозных плоскостных конст-
рукциях выполняют из элементов прямоугольной формы
поперечного сечения из цельной или клееной древесины.
В некоторых случаях, например в треугольных фермах,
растянутые элементы — стойки выполняются из круглой
гладкой стали.
§ 1.3.	Внецентренное приложение продольных сил
в верхнем поясе и местах примыкания решетки.
Учет эксцентриситета действующих сил
В верхнем поясе ферм, выполненном из прямолиней-
ных элементов от действия внеузловой поперечной на-
грузки, возникают значительные изгибающие моменты.
Чтобы уменьшить сечение верхнего пояса, стремятся
снизить действующие в них изгибающие моменты, созда-
вая разгружающий момент обратного знака эксцентрич-
ным приложением нормальной силы. Для этого в узлах
и стыках верхнего пояса упор элементов в узловые де-
тали или (в стыках) одних в другие производят только
нижней частью сечения. Эксцентриситет может быть раз-
личным. Нередко его определяют из условия равенства
абсолютных значений момента в пролете от нагрузки в
панели верхнего пояса, деленного на коэффициент g, и
момента от эксцентриситета е
280
По абсолютной величине эксцентриситет ие должен
превышать 1/4 высоты сечения пояса или, другими сло-
вами, опирание концов элементов верхнего пояса в уз-
лах должно быть не менее половины сечения во избе-
жание возможного разрушения от скалывания.
Кроме нагрузки от ограждающих конструкций по-
крытия фермы могут нести также нагрузку от чердач-
ного перекрытия и подвесного потолка.
Последний применяют в случаях, когда по архитек-
турным и технологическим требованиям следует оградить
объем перекрываемого помещения от конструкций кров-
ли. Потолок следует подвешивать к узлам нижнего по-
яса, чтобы не вызывать изгибающих моментов в элемен-
тах нижнего пояса между узлами. Утеплитель, исполь-
зуемый в подвесном потолке, должен находиться ниже
нижнего пояса на 15—20 см. В фермах с клееным верх-
ним поясом возможна внеузловая подвеска к верхнему
поясу. Основные прогоны подвесного потолка могут быть
расположены вдоль здания под узлами нижнего пояса
или поперек здания вдоль фермы под ее нижним поясом.
При подвесном потолке лучше принимать сближен-
ное размещение ферм вдоль здания, располагая их на
расстоянии менее 6 м, что позволяет выполнять прогоны
подвесного потолка разрезными. Крепление подвесного
потолка к фермам должно быть таким, чтобы имелась
возможность его подтяжки как во время постройки, так
и при эксплуатации. К примеру, рационально устройство
подвесного потолка при треугольных фермах благодаря
наличию в них растянутых металлических стоек, на ко-
торые передается нагрузка оТ подвесного потолка. Ин-
дустриальна конструкция подвесного потолка в виде па-
нелей, аналогичных панелям покрытия, но без верхней
обшивки. Вся поверхность утеплителя в этом случае от-
крыта со стороны чердака и поэтому осушающий про-
дух здесь не требуется.
При действии на фермы только узловых нагрузок
передача усилий от верхнего пояса на опорный башмак
происходит через торец опорной панели, опиленной пер-
пендикулярно оси верхнего пояса. Если же на опорную
панель действует внеузловая поперечная нагрузка, то
плоскость упора верхнего пояса в нижиий уже не нор-
мальна к продольной оси верхнего пояса. В таком слу-
чае опорную пластину следует повернуть. Плоскость
упора должна быть перпендикулярна к равнодействую-
281
Рис. VIL1. Поворот плоскости
упора в опорном узле при на-
личии местной нагрузки, в па-
нели
Рис. VIL2. Учет внецентрепно-
го прикрепления решетки
а — в узле нижнего пояса; б —о
коньковом узле
щей нормальной силы W и поперечной силы Q от мест-
ной нагрузки в панели опорного узла (рис. VII.1). По-
добные повороты плоскости упора полезны во всех уз-
лах, но усложняют изготовление ферм, поэтому их
целесообразно делать только в опорных узлах.
Элементы решетки, ферм, сходящиеся в узле, следу-
ет центрировать за исключением некоторых типрв ферм,
например в фермах на нагелях, где для их расстановки
требуется много места в узле, допускается внецентрен-
ное прикрепление решетки. Это вызывает в поясах изги-
бающие моменты, учитываемые в расчете, и увеличива-
ющие сечение пояса. Изгибающий момент определяют
как произведение равнодействующей усилий в узле на
плечо этой равнодействующей или как сумму моментов,
каждый из которых представляет собой произведение
усилия во внецентренно прикрепляемом элементе на со-
ответствующее плечо. Считается, что изгибающий мо-
мент воспринимается поясом, так как элементы решет-
ки имеют сравнительно небольшую жесткость защем-
ления.
При внецентренном прикреплении решетки в узле
нижнего (рис. VII.2) пояса изгибающий момент равен
алгебраической сумме:
Мэкс = Д1/е = D2 ez,
282
где Д17— разность усилий в соседних панелях нижнего пояса; Di,
£)2 — усилия во внецеитренно прикрепленных раскосах; еь ег — соот-
ветствующие эксцентриситеты.
При отсутствии стыка в панелях нижнего пояса,
смежных с эксцентрично решенным узлом, можно счи-
тать, что момент распределяется между смежными пане-
лями пояса поровну. При наличии стыка момент воспри-
нимается одной панелью, не имеющей стыка.
Нижний пояс проверяют на внецентренное растяже-
ние в узле. При внецентренном прикреплении решетки
в коньковом узле верхнего пояса с восходящими раско-
сами при загружении всего пролета.моменты невелики н
расчетным здесь является узловой момент при односто-
ронней нагрузке, который может быть определен следу-
ющим образом (см. рис. VII.2). Произведя вертикаль-
ный разрез по оси конькового узла и отбросив левую
часть фермы, заменив ее действие на правую часть со-
ответствующими силами, получим в ковьковом узле го-
ризонтальную нормальную силу от действия постоянной
q и временной нагрузки Р
Л- = (2?4-Р) /«/16ft
и поперечную силу Q = Pl/S.
Равнодействующая этих сил /?>, сложенная с узло-
вой нагрузкой q-[-P/2 левой половины конькового узла,
дает изгибающий момент
^экс ~	*
на который и рассчитывают верхний пояс в узле как вне-
центренно-сжатый элемент, но без введения коэффи-
циента
§ 1.4.	Деформации сквозных конструкций
Деформации (прогибы) сквозных конструкций явля-
ются следствием не только упругих деформаций элемен-
тов и соединений в узлах и стыках, но и рыхлых дефор-
маций, например от неплотностей в соединениях при их
изготовлении. Кроме того, с течением времени возника-
ют деформации последействия, существенно увеличиваю-
щие общие деформации конструкций. Увеличение проги-
бов происходит преимущественно в первые два-три года
эксплуатации, когда древесина еще не достигла равно-
весной влажности и когда покрытие в первый раз загру-
жается полной нагрузкой. В последующие годы в иор-
283
мально работающих конструкциях приращение прогиба,
как правило, невелико. Испытания металлодеревянных
ферм кратковременной нагрузкой показали, что прогиб
их под нормативной нагрузкой составляет 1/1000—
1/1250, а перед разрушением 1/200—1/300 пролета.
В цельнодеревянных фермах прогибы обычно боль-
ше, чем в металлодеревянных, так как в них имеется
большое число элементов и узлов, соответственно боль-
шее количество мест смятия, в особенности под углом
и поперек к волокнам. Деревянный нижний пояс, имею-
щий стыки на податливых связях—нагелях, также спо-
собствует увеличению деформаций. Испытания показы-
вают, что прогибы цельнодеревянных ферм под норма-
тивной нагрузкой составляют 1/500— 1/1000, а перед
разрушением 1/125—1/200 пролета. В фермах с клееным
нижним поясом при стыковании досок по длине с по-
мощью зубчатого соединения прогибы будут меньше.
Во многих случаях может возникнуть необходимость
определения прогибов сквозных деревянных конструк-
ций расчетом (например, . при разработке ферм новых
типов, в особенности, если они имеют небольшую высо-
ту или новое конструктивнде решение, а также при срав-
нении прогибов, определенных экспериментальным и тео-
ретическим методами). Прогибы ферм могут быть вы-
числены по известной формуле строительной механики
f^NtNp UEF,
где — усилие в элементах фермы от единичной силы, приложен-
ной в том узле, в котором определяется прогиб фермы; АГ, — усилие
в элементах фермы от действующей па нее нагрузки; I — длина эле-
мента; £ — модуль упругости материала элементов фермы; £ — пло-
щадь поперечного сечения элементе.
Суммируют по всем элементам фермы. В деревянных
или металлодеревянных фермах прогиб, определенный
по приведенной формуле будет занижен, так как в ней
учитываются только упругие удлинения или укорочения
материала элемента, но не принимаются во внимание
деформации в соединениях — в узлах ферм и в стыках
элементов, учет которых обязателен, так как они значи-
тельно увеличивают прогиб.
В соединениях при полном использовании их расчет-
ной несущей способности по нормам принимают следу-
ющие предельные деформации: при соединении на на-
гелях всех видов (в том числе и в стыках) 2 мм; в при-
мыканиях деревянных элементов под прямым углом
284
3 мм. При неполном использовании расчетной несущей
способности соединений значение деформации принима-
ют пропорционально действующему на соединение уси-
лию. Приведенные значения деформаций даны с учетом
длительности действия нагрузки при условии качествен-
ного выполнения соединений.
При определении прогибов деформации в соединени-
ях учитывают введением в последнюю формулу приве-
денной площади сечения элемента, определяемой из вы-
ражения
где 28Сдв — сумма узловых деформаций для данного стержня.
Таким образом, прогиб фермы с учетом деформаций
соединений
f^ZNj.Npl/EF^-
Для уменьшения видимого провисания ферм послед-
ним при изготовлении придают строительный подъем
(обратный выгиб нижнего пояса), принимаемый 1/200
пролета, но не менее значения прогиба фермы. При со-
блюдении рекомендуемых нормами соотношений между
высотой фермы и ее пролетом и при качественном изго-
товлении конструкции прогиб можно не вычислять, до-
статочно придать фермам строительный подъем указан-
ной величины.
ГЛАВА 2. СЕГМЕНТНЫЕ КЛЕЕНЫЕ ФЕРМЫ
§2.1. Конструкция сегментных ферм с разрезным
и неразрезным клееным верхним поясом
Верхний пояс клееных сегментных ферм очерчен по
дуге и разбит на панели крупных размеров. В современ-
ном строительстве применяют главным образом метал-
лодеревянные сегментные фермы с клееным верхним по-
ясом и с прямолинейным нижним поясом из профильной
иЛи круглой стали (рис. VII.3). Пролеты клееных ферм
рекомендуется принимать до 36 м.
Сегментные фермы можно изготовлять и значитель-
но больших пролетов, а при обеспечении надлежащего
контроля за качеством нижние пояса выполнять клее-
285
Рис. VII.3. Сегментная клееная ферма пролетом 18 м перед монта-
жом
ными, причем очертание нижних поясов может быть не
только прямолинейным, но и криволинейным (рис.
VII.4). Далее рассматриваются сегментные фермы с пря-
молинейным нижним поясом. Отношение высоты ферм
к пролету рекомендуется принимать не менее 1/6 в слу-
чае прямолинейного клееного н не менее 1/7 в случае
металлического нижнего пояса.
Верхний пояс сегментных ферм рекомендуется изго-
товлять неразрезным на весь пролет, однако в некото-
рых случаях это невозможно осуществить по условиям
транспортирования или заводской технологии. Тогда
верхний пояс может быть изготовлен неразрезным на
его половину или состоящим из отдельных блоков, сое-
диняемых в узлах. Стыки гнутоклееных блоков выпол-
няют непосредственным упором торцов или через свар-
ные вкладыши в узлах, закрепленных от выхода из пло-
скости фермы.
В конструктивном отношении верхний пояс представ-
ляет собой пакет, склеенный из досок плашмя, имею-
ющий прямоугольное сечение шириной b и высотой' h.
Поясам сегментных ферм следует придавать строитель-
ный подъем, равный 1/200 пролета.
Элементы решетки сегментных ферм изготовляют ли-
бо из брусьев, либо из клееной древесины. В сквозных
286
Рис. VII.4. Сегментная ферма пролетом 80 м с клееным верхним и
нижним поясами
конструкциях наибольшие трудности вызывает решение
узлов. Чем меньше элементов сходится в узле и чем
меньше усилия в этих элементах, тем проще конструк-
ция узлов. В этом отношении сегментные фермы явля-
ются выгодной конструкцией, так как в ней применяется
треугольная решетка и в узлах сходится не более двух
элементов, которые центрируют в этих узлах. Очерта-
287
ние верхнего пояса близко к кривой давления от нагруз-
ки, равномерно распределенной по всему пролету, и
усилия в решетке сравнительно малы. Число панелей
верхнего и нижнего пояса, а следовательно, и число рас-
косов зависит от размера пролета. Следует стремиться
использовать минимальное число панелей и принимать
длину панелей верхнего пояса не менее 6 м. В табл. VII.1
рис. 1—4 показаны схемы сегментных ферм для проле-
тов 12—36 м.
Фермы пролетом до 24 м включительно желательно
полностью изготовлять на заводе и доставлять на место
установки в готовом виде.
Конструкция узлов верхнего пояса различна при раз-
резном и неразрезном поясе (рис. VII.5). В обоих случа-
ях к концам раскосов прикрепляют на болтах металли-
ческие пластинки—наконечники, имеющие в свободном
конце отверстие для узлового болта.
При разрезном верхнем поясе в его стыке помеща-
ют металлический вкладыш (см. рис. VII.5), зажатый
между сходящимися в узле торцами элементов верхне-
го пояса. Узловой болт расположен в центре вкладыша.
Усилия от раскосов через пластинки-наконечники вос-
принимаются узловым болтом, который передает их рав-
нодействующую на металлический вкладыш, а послед-
ний— на верхний пояс. Стык верхнего пояса перекры-
вается деревянными накладками на болтах. Работа уз-
лового болта в металле с последующим распределением
усилия по большой поверхности соприкасания вклады-
ша с торцами верхнего пояса, отсутствие скалывания,
шарнирность в присоединении элементов решетки и про-
стота сборки — положительные особенности данного ре-
шения узла. Передача усилия в стыках и узлах вдоль
волокон древесины уменьшает вредное влияние усушки
на деформацию ферм.
Узел разрезного верхнего пояса может не иметь ме-
таллического вкладыша. В этом случае торцы панелей
верхнего пояса упираются один в другой. Стык пере-
крывается парными деревянными накладками на бол-
тах. Между панелями верхнего пояса и парными на-
кладками в специально выбранных в накладках пазах
помещают наконечники раскосов, выполненные из поло-
совой стали. Наконечники крепятся к верхнему поясу и
к парным накладкам узловым болтом, который хотя
фактически работает как четырехсрезный болт, в расче-
288
19-423
Рис. VII.5. Конструкции
узлов клееных сегмент-
ных ферм с разрезным и
неразрезным верхним
поясом
а—ферма с разрезным верх-
ним поясом, состоящим из
отдельных блоков, соединя-
емых в узлах; б — ферма с
неразрезным верхним поя-
сом на половине пролета;
в — ферма с неразрезным
верхним поясом на весь
пролет
те обычно рассматривают как трехсрезный болт (этим
учитывают разрезность верхнего пояса в месте располо-
жения болта).
В случае сегментных ферм с неразрезным верхним
поясом рекомендуется нижний пояс разбивать на пане-
ли одинаковой длины. Верхний пояс таких ферм следу-
ет разбивать так, чтобы первые от узла панели не пре-
вышали 0,7 длины остальных панелей одинаковой длины.
При неразрезном верхнем поясе конструкция его уз-
лов несколько меняется, хотя основной принцип реше-
ния остается неизменным (см. рис. VII.5). Узловой болт
проходит через отверстие в металлических пластинках —
накладках, прикрепленных к верхнему поясу с обеих сто-
рон в месте узла с помощью стальных нагелей.
Элементы решетки к верхнему поясу обычно прикреп-
ляют с помощью стальных пластинок—наконечников.
Последние соединяются с элементами решетки глухими
стальными нагелями. В этом случае отверстия в метал-
лических пластинках — наконечниках могут быть про-
сверлены заранее. При использовании сквозных нагелей
отверстия для них надо одновременно сверлить в метал-
лических пластинках — наконечниках и в деревянном
верхнем поясе, что вызывает известные затруднения.
При раздельном сверлении отверстия в металле и дере-
ве могут не совпадать. Только при высоком уровне ме-
ханизации изготовления ферм и применении точных
шаблонов и кондукторов (как это делается в металли-
ческих фермах, собираемых, например, на болтах) мо-
жно добиться хорошего качества раздельного сверления.
Раскосы неразрезного верхнего пояса имеют такую же
конструкцию, как и разрезного.
Как и при разрезном верхнем поясе, равнодействую-
щая усилий сходящихся в данном узле раскосов пере-
дается металлическими пластинками-наконечниками на
узловой болт, от него на узловые металлические наклад-
ки, а от них рассредоточено металлическими нагеля-
ми на верхний пояс. Нагели эти работают под углом к
волокнам верхнего пояса, что должно учитываться в рас-
чете.
Некоторые возможные варианты конструктивного ре-
шения промежуточных узлов нижнего пояса приведены
на рис. VII.5. В первом варианте промежуточного узла
нижнего пояса к профильным элементам пояса прива-
рены вертикальные фасонки из полосовой стали. Раско-
290
сы размещают между фасонками и прикрепляют к ним
монтажными болтами или глухими нагелями. Все эле-
менты ферм в узле центрируют.
Во втором варианте промежуточного узла нижнего
пояса сверху к профильным элементам пояса привари-
вают узловую шпильку с резьбой по обеим концам для
крепления пластинок—наконечников раскосов.
Из рассмотренных вариантов промежуточных узлов
нижнего пояса предпочтителен вариант с применением
узловой шпильки, в котором наилучшим образом созда-
ется шариирность в узле, а также обеспечивается удоб-
ство сборки. Тем не менее в расчете необходимо учесть
эксцентричное решение узла.
Опорные узлы сегментных клееных ферм имеют сле-
дующие основные варианты:
1-й — торец клееного верхнего пояса упирается в
упорный элемент (упорная пластинка из листовой ста-
ли, усиленная ребрами жесткости или швеллер) сварного
башмака (см. рис. VII.5). Боковые фасонки свар-
ного башмака передают усилия на опорную плиту. К бо-
ковым фасонкам приваривают снаружи или внутри баш-
мака стальные элементы нижнего пояса. Верхний пояс
соединяют со сварным башмаком болтом (глухарями),
причем болт (глухари) пропускают либо через боковые
фасонки, либо через приваренные к упорной плите спе-
циально предназначенные для этой цели накладки из
листовой стали;
2-й — нижний конец клееного верхнего пояса обре-
зают так, чтобы создать горизонтальную плоскость для
опирания фермы и вертикальную плоскость для упо-
ра в сварной элемент, состоящий из упорного эле-
мента и боковых фасонок. Боковые фасонки глухарями
крепят к верхнему поясу. К ним, в свою очередь, прива-
ривают стальные элементы нижнего пояса (см. рис.
VII.5).
В опорных узлах обоих вариантов, где сходятся эле-
менты, имеющие большие усилия, должно быть осуще-
ствлено строгое центрирование всех элементов. Центром
узла является точка пересечения усилий в верхнем и
нижнем поясах и опорной реакции.
19*
$ 2.2. Расчет сегментных ферм. Особенности расчета
ферм с неразрезным верхним поясом
При определении расчетных усилий в элементах сег-
ментных ферм рассматривают следующие сочетания по-
стоянной и временной нагрузок: равномерно распреде-
ленные по всему пролету постоянная и временная; рав-
номерно распределенные по всему пролету постоянная
и на половине пролета временная; равномерно распре-
деленная по всему пролету постоянная и по закону тре-
угольников временная; равномерно распределенная по
всему пролету постоянная и распределенная по закону
треугольника на половине пролета временная.
Расчет клееных сегментных ферм начинают с опре-
деления продольных усилий в элементах ферм от узло-
вой расчетной нагрузки. Криволинейный верхний пояс
заменяют при этом прямолинейным — узлы верхнего по-
яса соединяют прямыми линиями—хордами, исходя при
этом из предположения шарнирности узлов. Комбиниро-
ванием полученных усилий определяют максимальные
расчетные продольные усилия.
Верхний пояс. Вследствие криволинейности верхнего
пояса и расположения нагрузки между узлами он рабо-
тает как сжато-изгибаемый стержень. Принятое сечение
проверяют по формуле:
= NIДрасч Ч- Мд/ЙРрасч С Лс,
гле'Л1д=/И/£ — изгибающий момент в стержне, определенный из рас-
чета по деформированной схеме.
Расчетный момент М в панели верхнего пояса вы-
числяют как сумму моментов от поперечной нагрузки
Мц и момента Л4Л- от продольной силы N, возникающего
за счет выгиба панели
M = Ma±MN.
В случае разрезного верхнего пояса, загруженного
равномерно распределенной нагрузкой (рис. VII.7).
М = (<^/8) — Nf,
где I — проекция длины панели 1о', / —стрела выгиба панели, при-
ближенно определяемая по формуле /=!q/87?; R — радиус кривизны
верхнего пояса.
Аналогично, в некоторых случаях упрощенно нахо-
дят расчетный момент М, когда панели разрезного верх-
292
ШНП1111НШ7Г-ДЗ-д'
]Н»ЯННВНКИИППМН?В1
0
уСо»гс*
Рис. VII.6. Определение про-
дольных. усилии, в элементах
сегментной фермы, построением
диаграмм Кремоны
а —схема фермы (криволинейный
верхний пояс заменен многоуголь-
ным) н нагрузок; б — диаграмма от
нагрузки, распределенной тго зако-
ну треугольника на левой полови-
не фермы; в — то же. от равномер-
но распределенной нагрузки на ле-
вой половине фермы; р — снеговые
нагрузки; g — постоянная нагрузка
Рис. VI 1.7. Расчетная схема
панели клееной сегментной
фермы с разрезным верхним
поясом
него пояса загружены неравномерной распределенной
временной поперечной нагрузкой (при распределении
снеговой нагрузки по верхнему поясу по закону тре-
угольника), сосредоточенными силами и т.д.
В фермах с неразрезным верхним поясом моменты 9
нем от действия поперечной нагрузки Мо определяют
как для многопролетной неразрезной балки с равными
или неравными пролетами. Моменты Мо можно нахо-
дить с использованием соответствующих справочников
или решением уравнений трех моментов. Моменты MwOT
продольных сил, возникающие вследствие выгиба паие-
лей верхнего пояса, определяют исходя из предположе-
ния, что каждая панель представляет собой однопролйТ*
ную балку, причем крайние панели, расположенные У
опор фермы, рассматривают как однопролетные балки,
шарнирно опертые с одвого конца и с жестко закреп-
ленным другим концом, а средние панели — как одно-
пролетные балки с жестко закрепленными концами.
В табл. VH.2 приведены значения изгибающих Ив-
ментов М в панелях неразрезиого верхнего пояса сег^
ментных ферм от поперечной равномерно-распределенной
293
Таблица VI 1.2. Изгибающие моменты в неразрезном верхнем
поясе сегментных ферм
Положение панели		Нагрузка	
		равномерно рас- пределенная, q	сосредоточенная, расположенная в середине панели, Р
			Р1
У опор			о
(крайние)	на опоре	qP	Р1
		10 +0.72Л7	6
Средние	в пролете	о/2	1 24	3	
	на опоре	qP	2 12 + 3 Nf	Р1	3 	+— Nf 8	4 '
Примечание: N — расчетное продольное усилие в панели;
f — стрела подъема панели; I — горизонтальная проекция панели
между центрами узлов.
или сосредоточенной нагрузки для случая, когда все па-
нели верхнего пояса взаимно равны. Данные формулы
используют при приближенных расчетах.
При проверке сечения неразрезного верхнего пояса
по формуле сжато-изгибаемого стержня его расчетную
длину при определении гибкости и коэффициента £ при-
нимают в частном случае при равных панелях и равно-
мерно-распределенной нагрузке в пролете крайней (опор-
ной) панели 0,8 длины хорды, а в средних панелях 0,6
длины хорды.
Сегментные фермы с отношением высоты к пролету
меньше 1/7 следует рассчитывать с учетом дополнитель-
ных напряжений, возникающих в неразрезных поясах в
результате прогиба ферм с учетом деформаций податли-
вых соединений.
Нижний пояс и решетка. Металлический нижний по-
яс проверяют на растяжение по площади нетто, т. е. с
294
учетом ослаблений от отверстий для узловых болтов.
В случае эксцентричного крепления решетки в узлах
нижнего пояса необходимо в расчетах учесть влияние
возникающего при этом дополнительного изгибающего
момента в нижнем поясе. Сжатые раскосы рассчитыва-
ют на продольный изгиб с расчетной длиной, равной дли-
не раскоса между центрами узлов фермы; растянутые —
на растяжение с учетом имеющихся ослаблений.
Металлические пластинки-наконечники рассчитывают
на продольный изгиб. Их расчетную длину принима-
ют равной расстоянию от узлового болта до ближайше-
го болта в пластинке. Для уменьшения продольного изги-
ба пластинок-наконечников их стягивают дополнитель-
ным болтом, который ставят у торца деревянной части
раскоса со стороны пояса.
Узловой болт, на который надевают пластинки-нако-
нечники раскосов, рассчитывают па восприятие силы /?,
равной равнодействующей усилий сходящихся в узле
раскосов. Усилие надо определять при разных положе-
ниях временной нагрузки. В зависимости от конкретно-
го случая может быть принята соответствующая схема
работы узлового болта.
Проверке подлежит прочность болта на изгиб, срез,
сжатие и сжатие древесным в нагельном гнезде и т.д.
ГЛАВА 3. МНОГОУГОЛЬНЫЕ БРУСЧАТЫЕ ФЕРМЫ
§ 3.1. Конструкция ферм
Многоугольные брусчатые фермы относятся к метал-
лодеревянным сборным конструкциям заводского изго-
товления (рис. VII.8). В этих фермах верхний пояс пред-
ставляет собой многоугольник, вписанный в окружность
или описанный около нее. Отношение высоты фермы к
пролету принимают таким же, как в сегментных фермах,
т.е. от 1/6 до 1/7. Нижний пояс делают, как правило,ме-
таллическим из профильной стали; Решетку принимают
треугольной со стойками. Длина панели верхнего пояса
значительно меньше, чем в клееных сегментных фермах,
так как несущая способность панели ограничена раз-
мерами сечения бруса и его длиной. Рекомендуемые схе-
мы многоугольных ферм приведены в табл. VII.1, рис.
295
Рис. VII.8. Узлы многоугольной брусчатой фермы системы ЦНИИСК
5—8. Как видно из этих схем, брус верхнего пояса пе-
рекрывает две панели и является двухпролетной нераз-
резной балкой, за исключением опорных панелей, имею-
щих вдвое меньшую длину.
Решение узлов в многоугольных фермах (рис. VII.8)
во многом аналогично решению узлов в сегментных кле-
еных фермах. Раскосы и стойки решетки имеют по кон-
цам металлические пластинки — наконечники, прикреп-
ленные болтами к деревянному элементу и выполненные
из полосовой стали, за исключением верхнего наконечни-
ка стойки, который делают из уголка. Применение здесь
уголка необходимо потому, что в отличие от средней пла-
стинки-наконечника стойки, которая зажата между пла-
стинками раскосов в нижием узле (что обеспечивает ей
дополнительную устойчивость из плоскости), в верхнем
узле пластинка — наконечник стойки была бы свободна
в отношении продольного изгиба из плоскости и потому
должна быть заменена наконечником из жесткого про-
филя. В целях унификации пластинки-наконечники для
всех раскосов и низа стойки имеют одну и ту же длину
и одинаковую разбивку отверстий для болтов. Наконеч-
ники— уголки для верха стойки также все одинаковы.
В узлы верхнего пояса, там, где находится его стык,
закладывают металлические вкладыши. В центре прохо-
296
дит узловой болт, на который прн сборке надевают пла-
стинки-наконечники.
Аналогично с сегментными фермами узловой вкладыш
имеет клиновидную форму в соответствии с переломом
верхнего пояса в месте узла. Стойки к верхнему поясу
(стойки сжаты) присоединяют также с помощью пласти-
нок, но так как пояс в этом месте не имеет стыка, то уз-
ловые пластинки-наконечники надевают на болт, встав-
ляемый в проушины пластинки, которая передает усилия
от стойки на верхний пояс (см. рис. VII.8). Пластинку-
наконечник заранее скрепляют с брусом верхнего пояса
расчетным количеством гвоздей или болтов. Стыки верх-
него пояса перекрывают жесткими деревянными наклад-
ками на болтах.
Конструкция узлов нижнего пояса несколько отлича-
ется от таковой в сегментных фермах. Учитывая, что
здесь длина элементов решетки и расчетные усилия в них
меньше, можно допустить внецентренное (с небольшим
эксцентриситетом) прикрепление элементов решетки в
узлах к нижнему поясу, как это показано на рис. VII.8,
что упрощает решение узла. Стык нижнего пояса вы-
полняют в любом удобном месте. Он перекрывается или
уголками, или пластинками из полосовой стали. Опор-
ный узел может быть решен так же, как в сегментных
фермах.
§ 3.2. Расчет ферм
Нормальные усилия в элементах многоугольных ферм
определяют обычным образом. Многоугольные фермы
близки по очертанию сегментным, и расчетные усилия в
раскосах и стойках получаются небольшими при загру-
жении снеговой нагрузкой всего пролета.
Верхний пояс в многоугольных фермах выполняют из
брусьев, длина которых вдвое превышает длину панели.
Таким образом, брус верхнего пояса представляет собой
двухпролетную балку со средней опорой на стойке ре-
шетки. Если нагрузка приложена не только в узлах, но
и между ними (обычный случай), то на средней опоре
возникает изгибающий момент, значение которого зави-
сит от просадки опоры, т. е. от просадки бруса верхнего
пояса на стойке. Значение этой просадки в общем слу-
чае не известно — оно зависит от точности сборки фер-
мы, качества древесины и пр. Поэтому в расчете рассмат-
297
ривают два крайних случая; 1) средняя опора ие имеет
просадки, и брус верхнего пояса представляет собой двух-
пролетную неразрезную балку; 2) средняя опора имеет
такую просадку, что изгибающий момент на средней
опоре равен нулю, и брус верхнего пояса представляет
собой, следовательно, разрезную балку с пролетом, рав-
ным длине панели.
Для уменьшения расчетных изгибающих моментов от
межузловой нагрузки в верхнем поясе искусственно соз-
дают изгибающий момент обратного знака, для чего в
промежуточных узлах верхнего пояса фермы применяют
внецентренное стыкование брусьев, осуществляя упор
только нижних частей поперечного сечения брусьев. Тот
же прием применяют и в опорных узлах. С учетом ска-
занного верхний пояс, являющийся в любом варианте
сжато-изгибаемым стержнем, рассчитывают следующим
образом.
1. Расчет ведут как двухпролетной неразрезной бал-
ки. Момент на средней опоре при равномерно распреде-
ленной нагрузке
Мч =—qP/8,
где I — проекция длины панелей.
Нормальная сила N приложена на крайней опоре с
эксцентриситетом е, тогда
MN = Ne.
Момент на средней опоре
Л’Л, = 0,5№,
так как эпюра моментов проходит через фокусную точ-
ку, находящуюся на расстоянии 1/3Z от средней опоры.
Расчетный момент на средней опоре (см. рис.
VII.9, а)
М =	=— <?Z!/8 + 0,5№.
Внецентренное приложение силы N уменьшило рас-
четный момент. Положительный момент в половине дли-
ны панели.
M = ql2/16— Ne/4.
Расчетным моментом обычно является момент на сред-
ней опоре. Проверка сечения:
“ (У/Лрасч “Ь ^д/^расч при Л4д == МД.
298
I~ -	— 1(g)
пояса многоугольной брусчатой
а — как двухпролетной неразрезной балки; б — как разрезной балки
Коэффициент g определяют при гибкости верхнего
пояса, подсчитанной по полной длине панели, что идет
в запас прочности, так как при неразрезном верхнем по-
ясе возможно определение гибкости по длине между ну-
левыми точками эпюры моментов.
2. Рассчитывают как разрезную балку с пролетом,
равным длине панели. Момент посередине длины панели
от поперечной нагрузки при равномерно распределенной
нагрузке
Mq = <?/’/8,
где I — проекция длины панели.
Момент от эксцентричного приложения нормальной
силы
MN = Ne.
Расчетный момент
Проверку сечения производят так же, как в предыду-
щем случае, причем гибкость определяют по полной дли-
не панели.
299
Нижний пояс. Раскосы прикрепляют с небольшим
эксцентриситетом, равным расстоянию от центра узлово-
го болта до оси уголка пояса (см. рис. VII.8). Изгибаю-
щий момент в нижнем поясе при этом равен произведе-
нию разности усилий в соседних панелях нижнего пояса
на значение эксцентриситета. Разность усилий опреде-
ляют при временной нагрузке (снеговой) на всем проле-
те, на левой и правой половинах фермы. Для всех трех
случаев подсчитывают изгибающий момент и растягива-
ющее усилие и проверяют напряжение в нижнем поясе
по формуле сложного сопротивления как для растянуто-
изгибаемого стального стержня, рассчитываемого согла-
сно СНиП П-23-81 «Стальные конструкции. Нормы про-
ектирования».
Решетка. Сжатые элементы решетки проверяют на
продольный изгиб так же, как в сегментных фермах, а
растянутые—на растяжение по площади нетто с учетом
ослаблений.
ГЛАВА 4. ТРЕУГОЛЬНЫЕ ФЕРМЫ
§ 4.1.	Конструкция ферм с металлическим или
деревянным нижним поясом и сжатыми раскосами
Треугольные фермы применяют, как правило, для
кровель из материалов, требующих значительного укло-
на. Отношение высоты фермы в коньке к пролету при-
нимают не менее: для цельнодеревянных ферм 1/5, для
ферм с металлическим нижним поясом 1/6. Для ферм с
металлическим нижним поясом и клееным верхним это
отношение может быть снижено до 1/7 пролета. При
этом уклон верхнего пояса и кровли колеблется от 1:2,5
до 1:4. Схемы треугольных ферм приведены в табл.
VII.1, рис. 9—11.
Верхний пояс фермы может быть выполнен из клее-
ных блоков (клееная треугольная ферма) или из брусь-
ев (брусчатая треугольная ферма). Нижний пояс реко-
мендуется делать металлическим из профильной или
круглой стали. Преимущество последней состоит в том,
что при равной массе она обладает большой огнестойко-
стью. Возможно применение и деревянного клееного или
брусчатого нижнего пояса при условии выполнения его
из тщательно отобранной древесины и хорошо отрабо-
300
тайной склейкн со стыкованием по длине на зубчатом
соединении.
Решетка в треугольных фермах для повышения ин-
дустриальности их изготовления должна состоять из ми-
нимального числа элементов. С этой целью рекомендует-
ся применять четырехпанельные (по верхнему поясу)
фермы с двумя сжатыми раскосами и соответственное
одной растянутой или двумя сжатыми стойками (см.
табл. VII.1, рис. 9). Растянутые стоики обычно выпол-
няют из круглой стали.
При применении брусчатых ферм более значительных
пролетов приходится увеличивать число панелей верх-
него пояса до шести и нижнего пояса до четырех, соеди-
няя узлы верхнего и нижнего поясов треугольной решет-
кой с центральной растянутой стойкой (см. табл, VII.1,
рис. 12).
Решение узлов в треугольных фермах зависит от при-
нятого типа решетки. Для четырехпанельной фермы со
сжатыми раскосами и центральной растянутой стойкой
примыкание сжатых раскосов к верхнему и нижнему по-
ясам может быть выполнено путем упора в специальные
металлические башмаки (рис. VII.10) непосредственно
в верхний пояс с соответствующей его подрезкой (рис.
VII.11) или на узловых болтах с металлическим вклады-
шем (рис, VII.12) аналогично ранее рассмотренным фер-
мам. Треугольные фермы применяют также для подвес-
ного потолка.
Опорйый узел помимо описанных решений с тем или
иным типом металлического башмака может иметь дру-
гую конструкцию, где деревянный элемент верхнего поя-
са опиленной горизонтальной плоскостью воспринимает
опорную реакцию, а вертикальной—усилие от нижнего
пояса с помощью шайбы и гайки.
Помимо ферм с металлическим нижним поясом (ос-
новное решение) в некоторых случаях могут быть при-
менены фермы с деревянным нижним поясом, выполнен-
ным в виде клееного пакета в клееных фермах или из
бруса в брусчатых фермах. Использование деревянных
поясов из брусьев требует тщательного отбора лесома-
териалов. Отбор должен производиться из достаточ-
но больших партий лесоматериалов опытными бра-
керами.
Сведения о треугольных фермах из досок с соедине-
ниями в узлах на зубчатых пластинах приведены в гл. 6.
301
8
Рис. VI1.10. Детали узлов треугольной брусчатой фермы ЦНИИСК
с упором раскосов в металлические башмаки и со складывающимся
при перевозке нижним поясом
§ 4.2.	Расчет ферм
Расчетные нормальные усилия в элементах треуголь-
ных ферм определяют обычным способом. Отличитель-
ной особенностью треугольных ферм является то, что при
загружении временной нагрузкой половины пролета ре-
шетка на незагруженной половине не работает. Поэтому
расчетные усилия во всех элементах ферм получаются
при снеговой нагрузке на всем пролете. Одностороннее
загружение снегом может понадобиться в том случае,
когда надо рассчитать присоединение подушки в среднем
узле нижнего пояса к самому поясу. Его рассчитывают
на разность усилий в соседних панелях нижнего пояса,
имеющую место при односторонней снеговой нагрузке.
Верхний пояс. В большинстве случаев панели верх-
него пояса помимо нормальных сил работают на изгиб
от межузловой нагрузки и рассчитывают как сжато-из-
гибаемые стержни. Нормальную силу в верхнем поясе,
как и в рассмотренных фермах, прикладывают с эксцен-
триситетом е.
302
Узел
Рис. V 11.12. Клееная ферма ЦНИИСК с раскосами на узловых бол-
тах. Общий вид и детали узлов
303
Если верхний пояс разрезной, то расчетный момент
в панели
М = Мо — Ne,
где Мо — момент простой балки от данной нагрузки з середине про-
лета панели; Ne — обратный момент от нормальной силы, прило-
женной с эксцентриситетом.
Если верхний пояс неразрезной, то расчет производят
в двух предположениях: а) средняя опора не имеет про-
садки и верхний пояс работает как двухпролетная нераз-
резная балка; б) средняя опора просела на такую вели-
чину, что момент на ней стал равен нулю и, следовательно,
верхний пояс работает как разрезная балка с проле-
том, равным длине панели. Оба эти случая рассмотрены
при расчете верхнего пояса многоугольной фермы (см.
гл. 3).
Нижний пояс. Металлический нижний пояс рассчи-
тывают на растяжение с учетом имеющихся ослаблений
в узлах или стыках. Местная поперечная нагрузка, на-
пример от подвесного потолка, вызывающая изгибаю-
щие моменты в нижнем поясе, недопустима.
Деревянный нижний пояс рассчитывают на растяже-
ние по площади нетто в стыках или узлах, где учитыва-
ют ослабления от нагелей.
Стыки деревянного брусчатого нижнего пояса пере-
крывают двумя накладками, обычно деревянными, шири-
на которых равна ширине пояса, а толщина вдвое мень-
ше толщины пояса. Деревянный нижний пояс соединя-
ют с металлическим опорным узлом, как указывалось,
накладками из полосовой стали на глухих нагелях. В этом
месте на растяжение проверяют деревянный пояс и ме-
таллические накладки.
Решетка. Расчет элементов решетки — раскосов и
стоек в треугольных фермах ничем не отличается от их
расчета в ранее рассмотренных типах ферм; сжатые эле-
менты решетки рассчитывают на продольный изгиб, рас-
тянутые проверяют на растяжение с учетом имеющихся
ослаблений.
Узлы фермы. Расчет узлов треугольных ферм связан
с их конструкцией. В клееной ферме с разрезным верх-
ним поясом и металлическими узловыми вкладышами
(см. рис. VII.12) конструкция узлов верхнего пояса ана-
логична конструкции подобных узлов в сегментных фер-
мах (см. гл. 2).
304
В клееной ферме с упором раскосов в верхний пояс
(см. рис. VII.11) необходимо проверить смятие древеси-
ны в опорном и коньковом узлах, а также в месте упора
раскоса в верхний пояс и в подушку среднего узла ниж-
него пояса. Во всех случаях расчетное сопротивление
смятию берут с учетом угла между сжимающей силон и
направлением волокон сминаемого элемента.
В брусчатой ферме (см. рис. VII.10), кроме того, тре-
буется рассчитать присоединение к верхнему поясу ме-
таллического башмака, в который упирается раскос. На-
гели (или гвозди), соединяющие башмак с верхним поя-
сом, рассчитывают на усилие, стремящееся сдвинуть
башмак вдоль пояса. Таким усилием является составля-
ющая усилий в раскосе по направлению верхнего пояса
или, что то же, разность усилий в опорной и коньковой
панелях верхнего пояса. Нагели или гвозди работают
по схеме односрезного соединения.
§ 4.3.	Треугольные фермы на лобовых врубках
Несмотря на то что треугольные фермы на лобовых
врубках являются одним из старых типов деревянных
конструкций построечного изготовления, тем не менее
они применяются в строительстве временных зданий и со-
оружений, а также в сельском строительстве и в настоя-
щее время.
Для того, чтобы обеспечить работу раскосов только
на сжатие в треугольных фермах, на лобовых врубках
принимают раскосную решетку с нисходящими раско-
сами.
Верхний и нижний пояса, а также сжатые раскосы
треугольных ферм на лобовых врубках обычно выполня-
ются из брусьев (рис. VII.13) или из бревен (рис. VII.14),
а растянутые стойки — из круглой стали. Пояса и раско-
сы брусчатых ферм на лобовых врубках выполняют
из брусьев той же ширины поперечного сечения, а высоту
сечения элементов определяют соответствующим расче-
том.
Стыки верхнего пояса ферм осуществляют лобовым
упором и перекрывают парными накладками на болтах.
Нижние пояса ферм пролетом до 12 м имеют один стык
в середине фермы, перекрытый парными накладками
иа болтах, а у ферм пролетом свыше 12 м устраивают
либо такие же раздельные стыки в местах перелома
20—423
305
Рис. VII.13. Общий вид и узлы треугольной брусчатой фермы на ло-
бовых врубках
306
Рис. VI 1.14. Общий вид и узлы треугольной фермы из бревен на ло-
бовых врубках
20*
307
нижнего пояса для образования строительного подъема,
либо устраивают раздвинутый стык (с накладками
большей длины). При выполнении стыков болты следует
располагать в два ряда.
При создании верхнего и нижнего поясов бревенча-
тых треугольных ферм на лобовых врубках бревна рас-
полагают так, чтобы их комли были обращены к опор-
ным узлам. Комли бревен для раскосов обращают в сто-
рону верхнего пояса. Соединение верхнего пояса с ниж-
ним в опорном узле ферм выполняют на лобовой
врубке.
Опорные узлы современных треугольных ферм на ло-
бовых врубках осуществляют лобовым упором на метал-
лических натяжных хомутах или тяжах, передающих
усилие от вкладыша, в который упирается верхний пояс,
на накладки, соединенные с нижним поясом нагелями из
круглой стали и болтов. Подобное решение полностью
исключает работу на сдвиг со скалыванием древесины
нижнего пояса в опорном узле фермы. В современных
треугольных фермах подвесной потолок крепят только
к узлам нижнего пояса вместо крепления его между уз-
лами, как это делалось раньше.
Разработаны новые разновидности ферм на лобовых
врубках с нижним поясом из профильной стали, бла-
годаря чему существенно повысилась надежность
ферм.
Раскосы ферм обычно соединяют с поясами на лобо-
вых врубках одним зубом и дополнительно крепят бол-
тами или скобами. Исключение составляет средний узел
нижнего пояса ферм, где сходятся два раскоса. Данные
раскосы либо вводят в промежуток между парными на-
кладками растянутого стыка нижнего пояса и крепят к
ним болтами, либо упирают в специально предназначен-
ную для этой цели бобышку со скошенными торцами.
Для того чтобы снизить напряжения в ослабленных
врубками сечениях поясов ферм из брусьев, центрирова-
ние в опорных и промежуточных узлах производят по
центру ослабленного сечения пояса.
Узлы ферм из бревен центрируют по осям поясов, 
так как ослабление бревна врубкой приводит лишь к не-
значительному смещению оси ослабленного сечения по
отношению к оси бревна.
308
§ 4.4.	Расчет ферм на лобовых врубках
Расчет ферм на лобовых врубках аналогичен расчету
ферм других видов. Отличие состоит в расчете узлов на
лобовых врубках, суть которого изложена в разделе IV.
Опорный узел в форме лобового упора рассчитывают
следующим образом:
по усилию в крайней панели нижнего пояса подбира-
ют сечение хомутов или тяжей из круглой стали и опре-
деляют требуемое число болтов и панелей для крепления
накладок к нижнему поясу;
рассчитывают на поперечный изгиб стальной сварной
башмак, в который упирается деревянный вкладыш, а
также траверсы из уголков, передающие усилия с тяжей
на накладки опорного узла;
’ рассчитывают на сжатие и смятие соответствующие
поверхности деревянных элементов сечения, т. е. вкла-
дыша и накладок.
ГЛАВА S. ШПРЕНГЕ ЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
Шпренгельными называются стержневые системы,
состоящие из способных самостоятельно работать дере-
вянных конструкций, которые, кроме того, содержат до-
полнительные элементы, предназначенные для уменьше-
ния изгибающих моментов основных элементов, загру-
женных внеузловой нагрузкой. Схемы простейших
шпренгельных систем даны на рис. VII. 15. Шпренгель-
ные системы статически неопределимы.
Верхний пояс шпренгельных систем выполняют из
клееных деревянных блоков, брусьев или бревен. Ниж-
ний пояс изготовляют из круглой стали или стальных
профилей. Как правило, узлы нижнего пояса шпренгель-
ных систем располагаются ниже отметки опорных узлов.
Вследствие этого их нижние промежуточные узлы явля-
ются неустойчивыми и для устранения возможного вы-
хода их из плоскости фермы осуществляют попарное
закрепление конструкций вертикальными связями. Связи
крепят к стойкам шпренгельных систем. Решетка шпрен-
гельных систем обычно состоит из вертикально постав-
ленных деревянных стоек.
Расчет шпренгельных систем. Усилия в стержнях си-
стемы вычисляют общими методами строительной меха-
309
Схемы деревянных конструкций
исходных для получения
шпренгепьных систем
Схемы шпренгельных систем
Рис. VII.15. Простейшие формы шпренгельных систем
ники. Сложные шпренгельные системы рассчитывают на
ЭВМ.
Рассмотрим расчет шпренгельной балки (рис. VII.16)
при двух возможных схемах ее работы: а) просадки на
310
Рис. VII. 16. Детали узлов шпренгельной балки с неразрезным верх-
ним поясом
средней опоре нет и верхний пояс представляет собой
неразрезную балку; в этом случае имеет место макси-
мальный отрицательный момент на средней опоре;
б) просадка средней опоры такова, что изгибающий мо-
мент на ней равен нулю, а верхний пояс представляет
собой две однопролетные балки; в этом случае имеется
максимальный положительный момент в пролете.
Расчет системы как неразрезной балки.
Для уменьшения расчетного изгибающего момента
нормальную силу N нередко на крайних опорах прикла-
дывают с эксцентриситетом е. Тогда изгибающий момент
на средней опоре при равномерно распределенной на-
грузке будет (рис. VII,9)
ЖБ — qP/8 + Ne/2.
Сжимающая нормальная сила в верхнем поясе
= 1tg р.
311
Растягивающее усилие в нижнем поясе — подпруж-
ной цепи
U+ = 1,25<?//2 sin р.
Сжимающее усилие в стойке (с учетом неразрезно-
сти верхнего пояса) У_=1,25^/. Проверку сечения верх-
него пояса проводят по формуле для сжато-изгибаемых
стержней
<Тс = ^расч 4"	Ret
где ЛД = 2И/|. 
Расчетную гибкость стержня для определения коэф-
фициента £ подсчитывают по полной длине I.
Расчет системы при просадке средней опоры.
Расчетный момент в середине пролета I при равно-
мерно распределенной нагрузке q и при наличии эксцен-
триситета е будет
Л4 =	8) — Ne.
Сжимающая сила в верхнем поясе
A/_ = ?//2tgp.
Растягивающее усилие в нижнем поясе — подпруж-
ной цепи
U+ = 9//2sinp,
Сжимающее усилие в стойке
V— = ?/.
Сечение верхнего пояса проверяют так же, как и в
предыдущем случае, по формуле для сжато-изгибаемых
стержней. Расчетную гибкость для определения коэффи-
циента g подсчитывают по длине I.
Как видно из приведенных выражений, максимальные
нормальные силы в верхнем поясе, нижнем поясе и стой-
ке получаются при работе верхнего пояса как неразрез-
ной балки, т. е. при отсутствии просадки среднего узла.
Изгибающий момент следует рассчитывать для обоих
рассмотренных случаев.
Для обеспечения надлежащей плотности соединений
элементов шпренгельных систем осуществляют натяже-
ние нижнего пояса, называемого подпружной цепью, ко-
торое достигается с помощью гаек в опорных узлах, или
натяжной муфты, либо опусканием подпружной цепи
вдоль стойки с помощью специальной серьги (см. рис.
VII. 16). Такое устройство не требует больших усилий
312
для натяжения цепи и удобно для подтягивания ее во
время эксплуатации.
Простейшими шпренгельными системами перекрыва-
ют пролеты 9—15 м, сложными шпренгельными систе-
мами — до 40 м.
При эксплуатации деревянных конструкций встреча-
ется необходимость их усиления. Одним из возможных
способов усиления деревянных балок и треугольных рас-
порных систем является превращение их в шпренгельные
системы (см. рис. XI.6).
Кроме шпренгельных систем в строительстве приме-
няют треугольные фермы шпренгельного типа, по форме
схожие со шпренгельными системами (см. рис. VII.15, а).
Однако в отличие от шпренгельных систем в фермах
шпрергельного типа все узлы решают шарнирно и они
являются статически определимыми.
ГЛАВА 6. ДОЩАТЫЕ ФЕРМЫ И РАМЫ С СОЕДИНЕНИЯМИ
НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ ПЛАСТИНАХ
В современном, главным образом, в сельском строи-
тельстве находят применение дощатые фермы различно-
го очертания (треугольные, многоугольные, односкатные
и т. д.) и рамы с соединениями на металлических зубча-
тых пластинах (МЗП).
Пояса и решетки как ферм, так и рам изготовляют из
досок (древесина сосны или ели 1-го и 2-го сортов по
ГОСТ 24454—80Е) длиной от 2—6,5 м и шириной от
100—200 мм. Пролеты ферм составляют до 18 м.
Узловые соединения ферм осуществляют на пластин-
ках с выштампованными зубьями, которые при завод-
ском изготовлении ферм впрессовывают с двух сторон
узла одновременно во все сходящиеся в нем деревянные
элементы одинаковой толщины (рис. VII.17).
В зависимости от сечения деревянных элементов и от
пролета конструкций применяют пластины соответству-
ющих типоразмеров. Сборку дощатых конструкций про-
изводят на автоматизированных стендах. Дощатые фер-
мы и рамы (рис. VII. 18) с металлическими зубчатыми
пластинками устанавливают в покрытиях с малым шагом
(до 1 м). Монтаж ферм рекомендуется осуществлять
блочным способом,
313
Рис. VII. 17. Дощатые треугольные фермы с соединениями на метал-
лических зубчатых пластинах
Расчет и проектирование дощатых ферм и рам на ме-
таллических зубчатых пластинках производят согласно
указаниям «Рекомендации по проектированию и изго-
товлению конструкций с соединениями на металлических
зубчатых пластинах» (М., ЦНИИСК им. В. А. Кучерен-
ко, 1983 г.).
К достоинствам дощатых ферм и рам с металличес-
кими зубчатыми пластинками следует отнести: малую
массу, низкую стоимость, простоту монтажа. Недостаток
этих конструкций — малая огнестойкость.
ГЛАВА 7. РЕШЕТЧАТЫЕ РАСПОРНЫЕ СИСТЕМЫ И СТОЙКИ
§ 7.1. Распорные системы
Из распорных плоскостных сквозных деревянных кон-
струкций наиболее широко используют арки. За рубе-
314
Рис. VII.18. Монтаж дощатых рам с соединениями на зубчатых плас-
тинах
жом ограниченное применение находят распорные си-
стемы треугольного очертания, составленные из ферм с
параллельными поясами из цельной или клееной древе-
сины, а также сквозные решетчатые трехшарнирные
рамы.
При отсутствии базы для производства клееных дере-
вянных конструкций или других причин, ограничиваю-
щих возможности применения клееных арок, их 'заменя-
ют достаточно индустриальными сквозными арочными
конструкциями, наиболее распространенными’ из которых
можно считать треяшарнирные арки из брусчатых ферм
(рис. VII.19).
Распор в таких арках может восприниматься метал-
лической затяжкой или непосредственно фундаментами.
315
Рис. VII.19. Трехшарнирная арка пролетом 26 м из брусчатых ферм
Пролеты, перекрываемые такими арками, 20—40 м. Сое-
динения элементов верхних поясов и прикрепления реше-
ток в фермах, составляющих арку, выполняют аналогич-
но узлам брусчатых ферм. Принципиальным отличием
ферм, составляющих сквозные арки, от обычных ферм
является то, что в первом случае нижний пояс фермы
может работать на сжатие, в то время как во втором
ннжний пояс всегда работает на растяжение. Вследствие
возможности появления в нижнем поясе усилий сжатия
необходимо обеспечить устойчивость его из плоскости
фермы. Она обеспечивается постановкой вертикальных
связей в плоскости стоек, расстояние между связями
принимают обычно равным удвоенной длине панели ниж-
него пояса.
Отличительной особенностью расчета сквозных арок
является необходимость определения усилий в элемен-
тах арки при расположении временной нагрузки — снега
не только на всем пролете и его половине, но также на
четверти и на трех четвертях пролета, поскольку в этих
случаях обычно получаются максимальные усилия в эле-
ментах решетки арки.
§ 7.2. Решетчатые стойки
Решетчатые стойки применяют для придания- зда-
нию поперечной устойчивости, а также в конструкциях
торцовых стен. Решетчатые стойки состоят из двух вет-
вей, каждая из которых крепится к фундаменту анкер-
ными болтами. Стойки воспринимают вертикальные (вес
конструкций покрытия, кровли и т. д.) и горизонтальные
(от давления ветра и сил торможения крановой тележ-
ки) нагрузки.
В капитальных зданиях и сооружениях обычно'при-
меняют решетчатые стойки с параллельными ветвями
(рис. VII.20, б) или при наличии мостового крана сту-
пенчатого очертания (рис. VII.20, а) с размещением их
внутри здания. Ранее применялись решетчатые стойки
треугольного очертания, которые располагались в виде
контрфорсов снаружи здания. Отношение расстояния
между центрами ветвей в основании решетчатой стойки
к ее высоте рекомендуется применять в пределах 1/5—
1/8.
Каждая ветвь решетчатой стойки может состоять из
одного или двух брусьев, составленных в направлении,
317
Рис. VII.20. Типы
решетчатых стоек,
а — с краном; б—без
крана
нормальном к плоскости стойки. При одиночном сечении
ветви применяют двойную решетку, охватывающую вет-
ви с обеих сторон. Узлы стоек конструируют обычно с
внецентренным присоединением элементов решетки к
ветвям на болтах. Стойки закрепляют в фундаменты с
помощью металлических анкеров из полосовой или круг-
лой стали. Конструкция решетчатой стойки высотой
9,24 м приведена на рис. VII.21.
Стойки рассчитывают иа вертикальную и горизон-
тальную нагрузки. При расчете на вертикальную нагруз-
ку можно считать (пренебрегая продольными деформа-
циями ветвей стойки), что нагрузка, приложенная к од-
ной ветви, передается непосредственно этой ветвью на
фундамент, не вызывая усилий во второй ветви стойки.
Две стойки, связанные поверху несущей конструкци-
ей кровельного покрытия, образуют поперечную раму
здания (см. рис. VII.20, б). В деревянных рамах связь
ригелей со стойкой, как правило, принимается шарнир-
ной, вследствие чего вертикальная нагрузка, изгибающая
ригель, не вызывает в стойках изгибающих моментов.
Вследствие этого, при расчете на горизонтальную нагруз-
ку следует учитывать взаимную связь стоек с ригелем,
318
кта	। и
319
решая в общем случае однажды статически неопредели-
мую раму, состоящую из двух закрепленных в основа-
нии стоек, связанных поверху шарнирно присоединен-
ным ригелем.
При определении усилий в элементах решетчатой
стойки от действия горизонтальных нагрузок ее рассмат-
ривают как консольную ферму, защемленную в фунда-
менте. Учитывая значительное расстояние между осями
ветвей и обычно одинаковое их сечение, расчет можно
вести по формуле
УIFht -f- Ум/?/7 НТ <Rc,
где Fнт — площадь нетто сечения одной ветви стойки; N — усилие в
нижнем сечении одной ветви стойки от вертикальной нагрузки;
NM = M/hi> — сжимающее усилие от горизонтальных нагрузок, вызы-
вающих изгибающий момент М у основания стойки.
Расчетную длину стойки при определении ее гибко-
сти и коэффициента g принимают равной удвоенной дей-
ствительной длине (как для консоли).
Податливость связей, соединяющих решетку с ветвя-
ми стоек, учитывают введением при вычислении коэффи-
циента g приведенной гибкости ХПр, считая гибкость от-
дельной ветви Х|=0. Число срезов связей пс (болтов,
гвоздей) на один м длины стойки определяют делением
числа срезов в узле на длину панели стойки.
Устойчивость отдельной ветви стойки проверяют по
формуле;
У/Fep +	бр < Ус Ф1 >
где <pi — коэффициент продольного изгиба, определяемый по расчет-
ной длине /1, равной расстоянию между узлами стойки; Убр— пло-
щадь брутто сечения ветви; 1Гбр — момент сопротивления брутто се-
чения ветви; Мл = М/% — изгибающий момент в стойке, определяемый
по деформированной схеме; М — изгибающий момент у основания
стойки.
Расчет элементов стойки из плоскости рамы произ-
водят без учета изгибающего момента М, отдельно для
каждой ветви стойки по расчетной длине, равной рас-
стоянию между пространственными связями, раскрепля-
ющими ветви. Если сечение ветви составное, то расчет
ведут как для составного центрально-сжатого стержня.
Усилия в элементах решетки определяют как в ферме с
последующим делением на коэффициент g. Анкеры рас-
считывают по максимальному растягивающему усилию в
ветвях стойки при действии постоянной вертикальной
минимально возможной и максимальной горизонтальной
нагрузок.
; 320
РАЗДЕЛ VIII. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ КРЕПЛЕНИЕ
ПЛОСКОСТНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
§8.1. Общие положения
Плоскостные конструкции (балки, арки, рамы, фер-
мы и т. д.) предназначены для восприятия нагрузок, дей-
ствующих в их плоскости. В зданиях или сооружениях
различные плоскостные конструкции при взаимном сое-
динении образуют пространственную конструкцию, кото-
рая должна обеспечить надежное восприятие внешних
сил любого направления при наиневыгоднейшем сочета-
нии их в соответствии с условиями эксплуатации. При
этом передача усилий от одних частей сооружения на дру-
гие вплоть до его основания должна проходить без какого-
либо нарушения пространственной неизменяемости, ус-
тойчивости, жесткости и прочности всей пространствен-
ной конструкции в целом и отдельных ее частей.
При транспортировании и монтаже сборных конст-
рукций может возникнуть необходимость устройства спе-
циальных креплений, обеспечивающих неизменяемость,
прочность и устойчивость этих конструкций.
§ 8.2. Принципы проектирования конструктивного остова
деревянного здания
Общая устойчивость остову деревянного здания мо-
жет быть придана следующими способами.
Первый способ. Поперечную и продольную устойчи-
вость здания создают пространственным защемлением
каждой из стоек каркаса в грунте. Верхние концы стоек
связывают через обвязку с элементами покрытия (рис.
VIII.1). Во избежание возможного в некоторых случаях
перекашивания зданий в связи с деформациями грунта
в местах защемления стоек в крайних пролетах продоль-
ных и торцовых стен, а также в промежуточных проле-
тах целесообразно устанавливать связи с интервалом
20—30 м (см. рнс. VIII.1, VIII.2). Для увеличения срока
службы такого здания необходимо нижнюю часть стоек,
зарытую в землю, антисептировать, чтобы не было быст-
рого загнивания. Предпочтительнее нижние концы стоек
располагать выше уровня пола и прикреплять их болта-
21—423
321
Рис. VHI.t. Поперечное сечение деревянного каркасного здания с за-
щемленными в земле стойками, имеющими на концах пасынки (дере-
вянные антисептированные, железобетонные или металлические)
J— подкосы; 2— пасынки
Рис. VIII.2. Каркас здания с консольно защемленными в фундамен-
тах стойками сплошной или сквозной конструкции
ми или хомутами к сменяемым деревянным, а еще луч-
ше — железобетонным пасынкам. Этот способ получил
широкое распространение в строительстве временных
зданий.
Второй способ. Поперечная устойчивость здания
обеспечивается защемлением в фундаментах плоских
деревянных стоек, решетчатых или клееных (см. рис.
VIII.2).
Решетчатые стойки защемляют натяжными анкерами
(см. рис. VII.30 и VII.31)1. Прикрепление клееных стоек
к фундаменту2 показано на рис. VIII.3.
Анкерами служат стальные полосы, заделываемые в
фундамент и рассчитываемые на максимальное отрыва-
1 В капитальном строительстве все открытые несущие металли-
ческие летали подлежат оцинковке, прилегающие к древесине
плоские стальные детали следует покрывать антисептической пастой,
2 Предложено и разработано Б. А, Освенскии,
322
Рис. VIII.3. Способ защемления деревянных клееных стоек
ющее усилие Wa, определяемое при наиневыгоднейшем
сочетании нагрузок. К анкерным полоскам приварены
равнобокие уголки. В опорной части клееная стойка на
длине 1СК, определяемой по расчету на скалывание с при-
жимом, имеет увеличенную высоту сечения для образо-
вания наклонных площадок смятия под углом 30—45°,
на которые укладывают уголки. Сквозь консольные час-
ти уголков с двух сторон стойки проходят перекрестные
тяжи с нарезкой на обоих концах. В месте пересечения
они приварены к стальным пластинкам, прилегающим
вплотную к боковым граням клееной стойки.
Усилие в тяже определяют по формуле
Ут =	/2 cos а;
усилие, воспринимаемое площадкой смятия,
Усм = 2/VT;
21*
323
Рис. VIII.4. Схема каркасного здания при шарнирном опирании сто-
ек на фундаменты и шарнирном примыкании к элементам кровель-
ного покрытия
площадка скалывания воспринимает усилие
Л^ск = Л^а-
Продольную устойчивость здания с плоскими стойка-
ми создают постановкой связей по продольным стенам и
между внутренними стойками, если таковые имеются, в
продольном направлении. Для неизменяемости каркас-
ных торцовых стен в их крайних пролетах также ставят
аналогичные связи.
Третий способ. Поперечную устойчивость здания
обеспечивают, применяя простейшие комбинированные и
подкосные системы (см. рис. VII.27), рамные системы
или арочные конструкции, передающие распор непосред-
ственно на фундаменты. Конструктивные решения и
принципы расчета этих систем изложены в разд. VI и
VII.
324
Продольная устойчивость здания может быть созда-
на постановкой связей по продольным линиям стоек
(рис. VIII.4). Стеновые щиты при этом располагают с
наружной стороны стоек. Продольную устойчивость зда-
нию с арочными конструкциями, опертыми непосредст-
венно на фундаменты, придают связи, расположенные в
конструкции кровельного покрытия, а пространственную
устойчивость нижним поясам — поперечные связи, соеди-
няющие арки попарно.
Четвертый способ. Устойчивость каркасного здания
при шарнирном опирании стоек на фундаменты и шар-
нирном примыкании их к элементам покрытия можно
создать лишь в том случае, если конструктивные элемен-
ты покрытия и стен не только будут достаточно прочны-
ми, жесткими и устойчивыми для восприятия всех дейст-
вующих на них нагрузок, но и создадут неизменяемые,
жесткие и устойчивые диафрагмы, образуя тем самым
неизменяемую, жесткую и устойчивую пространственную
коробку. Для этого в плоскости покрытия можно исполь-
зовать применяемый в качестве основы под рулонную
кровлю щитовой настил, связанный гвоздями с прогона-
ми; в стенах могут быть использованы косые обшивки
или специальные связи между стойками каркаса (см.
рнс. VIH.2 и VIII.4).
Участие ограждающих частей здания в обеспечении
его пространственной устойчивости, которую устанавли-
вают поверочным расчетом, возможно только при отно-
сительно малых размерах здания.
Устойчивость и жесткость зданий, собираемых из го-
товых щитов дощато-гвоздевой или клеефанерной конст-
рукции заводского изготовления, перекос которых
предотвращается устройством внутренних раскосов, диа-
гональной обшивкой или оклейкой фанерой, может быть
обеспечена, как и в предыдущем случае, жесткой горизон-
тальной диафрагмой чердачного перекрытия или наклон-
ным кровельным покрытием, надежно сопротивляющим-
ся перекосу стен. Для этого необходимо, чтобы
жесткость и устойчивость поперечных стен была доста-
точной для восприятия в своей плоскости горизонталь-
ных сил от ветра, передающихся от продольных стен
через горизонтальную диафрагму (рис. VIII.5). При
этом щиты продольных стен, непосредственно восприни-
мающих ветровую нагрузку, работают как однопролет-
ная плита, опертая внизу на фундамент, а вверху на
325
Рис. VI1I.5. Расчетная схема работы стеновых щитов на ветровую
нагрузку
1 — щиты чердачного перекрытия; 2 — стеновые щиты
горизонтальную диафрагму. Щиты поперечных стен, па-
раллельных направлению ветра, работают в своей плос-
кости на перекос и опрокидывание.
Рассматривая устойчивость поперечной стены как
суммарную устойчивость составляющих ее щитов, свя-
занных между собой нащельниками на гвоздях, опреде-
ляем расчетное ветровое давление, воспринимаемое по-
перечной стеной
(И\ + 1Г2|
У 2п
1 / G2b
< Ч" g + Ягв 7'гв
где п — число щитов в поперечной стене; G,—постоянная вертикаль-
ная нагрузка от веса перекрытия н кровли, передающаяся через
верхнюю обвязку на эднн щнт; G?— вес одного щнта; b—ширила
щнта; h — высота стены; Лв— расчетное усилие, воспринимаемое
одним гвоздем; пгв — количество гвоздей, прикрепляющих нащельиик
к одному щиту; \V'i — ветровая нагрузка с наветренной стороны на
1 м длины верхней сбвязки продольной стены; W?— то же, с за-
ветренной стороны; / — расстояние между поперечными стенами; k3—•
коэффициент запаса на опрокидывание, принимаемый 1,4.
326
§ 8.3.	Пространственные связи в покрытиях
Ветровое давление, передающееся на деревянную
торцовую стену каркасной конструкции небольшой вы-
соты, распределяется между фундаментом и верхним по-
крытием с помощью работающих на изгиб вертикальных
стоек каркаса (см. рис. VIII.4). Конструкция покрытия
в этом случае должна передавать ветровое давление че-
рез верхнюю обвязку продольным стенам, которые, в
свою очередь, должны иметь в своей плоскости связи,
рассчитанные на передачу этих усилий фундаментам.
При устройстве в качестве основы под рубероидную
кровлю щитового перекрестного настила покрытие пре-
вращается в неизменяемую и жесткую диафрагму. В этом
случае расчет сводится к проверке прочности:
а)	прикрепления верхних концов стоек каркасной
стены к прогонам на передачу ветрового давления;
б)	гвоздевой пришивки прогонов к щитовому насти-
лу, скрепленному диагональными элементами;
в)	соединения гвоздями обоих щитовых настилов для
перекрытия их стыков, расположенных вразбежку;
г)	прикрепления настила, связанного с диагональны-
ми элементами, к верхней обвязке каркасных деревян-
ных стен.
Указанное решение покрытия обеспечивает хорошее
закрепление плоских деревянных конструкций в проект-
ном положении.
Жесткость покрытий с одинарным настилом или с об-
решеткой без диагональных элементов недостаточна для
восприятия ветровой нагрузки и закрепления плоскост-
ных деревянных конструкций в проектном положении.
В этом случае при наличии дёревянных каркасных стен
необходимо устройство в плоскости верхних поясов несу-
щих конструкций горизонтальных связей, располагаемых
в торцовых частях здания и по его длине на расстоянии
не более 20 м (рис. VIII.6).
Для покрытия, выполненного из разрезных кровель-
ных панелей, жестких и неизменяемых в своей плоско-
сти, требуется установка монтажных связей, которые
прикрепляют непосредственно к основной несущей кон-
струкции (рис. VIII.6, б).
Горизонтальные связи, воспринимающие ветровую
нагрузку, образуют в плоскости верхних поясов двух со-
седних несущих конструкций решетчатую ферму, кото-
327
Глухари или
болты
Рис. VIII.6. Торцо-
вые и промежуточ-
ные связи, распо-
ложенные в плос-
кости верхних поя-
сов конструкции
а — для варианта с
неразрезнымн прого-
нами; б — для раз-
резных кровельных
панелей
328
Рис. VIII.7. Примеры крепления прогонов кровли
а— к ферме; б —к торцовымстенаи
Рис. VIII.8. Устройство вет-
ровых связей при покрытии
по пятиугольным фермам
1 — связи в плоскости покрытия
(такие же связи должны быть
с противоположного конца, на
рисунке ие показаны); 2 — вер-
тикальные связи см. рнс. VIII.9;
5 — надворотная ветровая фер-
ма; 4 — ворота
рая передает действующие в ее плоскости усилия на
продольные стены. При жестких торцовых стенах, вос-
принимающих ветровую нагрузку, и небольшой длине
здания (до 20 м) устойчивость плоских деревянных кон-
струкций может быть создана прогонами кровли, на-
дежно скрепленными с верхним поясом фермы и заан-
керенными своими концами в торцовые каменные стены
(рис. VIII.7). При этом стыки разрезных или консольно-
балочных прогонов должны быть перекрыты накладками
на гвоздях.
В средней части зданий большой протяженности,
кроме того, устраивают горизонтальные связи (см. рис.
329
Рис. VIII.9. Перекрестные связи световой плоскости фонарей (к рис.
VJIJ.8)
VIII.6) па расстоянии около 20 м от торцовой стены, и.,
одни от других.
На рис. VIII.8 показана пространственная схема зда-
ния с покрытием по пятиугольным фермам; в торце зда-
ния сделан проем для ворот. Ветровую нагрузку, прихо-
дящуюся на площадь F}, воспринимают нижние опорные
устройства раздвижных ворот. Давление на площадь F3
передается через прогоны бесчердачному покрытию, а
давление на площадь F2 воспринимается специальной
горизонтальной надворотной фермой, подвешенной к ос-
новным фермам на уровне затяжек и передающей ветро-
вую нагрузку продольным стенам здания.
Кровельное покрытие, воспринимающее давление
ветра с площади F3, не примыкает непосредственно к
настенному брусу. Для передачи этого ветрового давле-
ния на настенный брус в панелях фонаря должны быть
предусмотрены связи. Для большей светопрозрачности
фонаря такие связи часто выполняют перекрестными из
круглой стали (рис. VII 1.9).
§ 8.4. Обеспечение пространственной устойчивости
плоскостных деревянных конструкций
Рассмотренные ранее пространственные крепления,
воспринимающие ветровые усилия, в то же время слу-
жат для предупреждения выпучивания сжатого контура
плоскостных деревянных конструкций. В большинстве
330
a/ j---------С------
Рис. VIII. 10. Вертикальные поперечные связи
а —правильно; б, в — неправильно
случаев сжатый пояс в них раскрепляют прогонами
кровли, которые должны быть прочно прикреплены к
верхнему поясу, и настилам кровли. Различные способы
крепления описаны в разд. VI и VII, а также показаны
на рис. VIII.7, а.
В арочных конструкциях помимо верхних (сжатых)
поясов следует раскреплять и нижние сжатые пояса
арок, а в некоторых рамных конструкциях — внутренний
контур рамы, который может быть сжат на всей своей
длине или на части ее, особенно при несимметричном
приложении нагрузок. Нижние пояса раскрепляют (при
пространственно устойчивом верхнем покрытии) устрой-
ством вертикальных связей. Учитывая деформации в
соединениях связей, за расчетную длину сжатого нижне-
го пояса при проверке его устойчивости следует прини-
мать расстояние между связями, увеличенное на 25 %.
Основным типом поперечных вертикальных связей
являются жесткие связи, соединяющие попарно вдоль
здания соседние конструкции (рис. VIII.10). Вертикаль-
ные связи не следует делать непрерывными по всей дли-
не здания, так как при обрушении по какой-либо причи-
не одной из несущих конструкций она перегрузит через
связи соседние конструкции, что может привести к по-
следовательному обрушению всего покрытия.
331
Устройство вертикальных связей в виде подкосов
(рис. VIII.10, б) нецелесообразно. Если по длине здания
будет действовать снеговая нагрузка различной интен-
сивности (рис. VIII.10, в), то подкосы не предупредят, а
наоборот, будут способствовать выпучиванию закрепля-
емого ими пояса фермы.
Связи рассчитывают на усилия, направленные пер-
пендикулярно плоскости раскрепляемой конструкции.
В случае раскрепления верхнего сжатого пояса ферм
связями, расположенными в плоскости покрытия, рассто-
яние между узлами закрепления b устанавливают в со-
ответствии с условиями гибкости пояса из плоскости
фермы. При этом каждый узел закрепления рассчитыва-
ют на силу Q = bqCB. Значение qCB определяют по форму-
лам
а)	в покрытиях по фермам, однопролетным балкам и
пологим аркам (/7/<1/6)
<7св — О,039в (д -f- 1)/2/;
(VIII. 1)
б)	в покрытиях по трехшарнирным рамам и высоким
аркам ((/(>1/3)
9св = 0,0015?в (n + l)/2/;	(VIII.2)
в)	в покрытиях по консольным балкам и рамам при
положительном изгибающем моменте в пролете
9св=0,01?в(я+l)/2fj	(VI1I.3)
при отрицательном изгибающем моменте в пролете
?св = 0,005?в (п + l)/2f.	(VIII.4)
Узловую нагрузку на связевую поперечную ферму
или на точку крепления элементов покрытия к несущим
конструкциям определяют по формуле
Рсв = ?св Scb-	(VIII.5)
В формулах (V111.1—VIII.5) 9в — расчетная равномерно рас-
пределенная вертикальная нагрузка на 1 м горизонтальной проекции
несущей конструкции покрытия, Н/м; при наличии иных видов на-
грузок (сосредоточенной, распределенной на части пролета и т. п.)
они должны быть приведены к эквивалентной равномерно распре-
деленной по всему пролету; п — общее число основных несущих кон-
832
Рис. Vlll.ll. Схемы'связей
а — поперечные связи; б — связи,
располагаемые в плоскости сжатых
ннжннх поясов
Рис. VI 11.12. Условия устойчи-
вости и пространственное креп-
ление узла Г нижнего пояса
шпренгельных ферм
струкций на всю длину здания в рассматриваемом пролете; t —
общее количество поперечных связевых ферм (в том числе заменя-
ющих их торцовых стен) на всю длину здания в одном пролете;
Sob — горизонтальная проекция длины панели связевой фермы или
расстояние между точками крепления элементов покрытия к несу-
щим конструкциям, м.
При раскреплении нижних поясов ферм арочной кон-
струкции попарно поперечными связями (рис. VIII.11, а)
последние воспринимают, таким образом, горизонталь-
ные силы Q от двух смежных поясов и передают их в
333
плоскости верхних поясов или на жесткую систему кро-
вельного покрытия, образуемую щитовым настилом, ли-
бо на ветровые фермы или специальные связи.
Близко расположенные друг от друга арочные или
рамные конструкции иногда соединяют попарно решет-
чатыми связями, располагаемыми в плоскости нижних
сжатых поясов (рис. VIII. 11, б). Такие связи рассчиты-
вают как горизонтальные фермы, имеющие пролет, рав-
ный длине нижнего пояса полуарки. Такое решение свя-
зей менее рационально. При этом связи по верхнему поя-
су должны быть рассчитаны на восприятие не только го-
ризонтальных сил от закрепляемых узлов верхнего
пояса, но и от реактивных сил в верхнем шарнире и от
горизонтальных ферм по нижнему поясу.
Если к одной системе связей прикреплены сжатые
контуры нескольких плоских конструкций, то усилия, пе-
редающиеся на узлы связей, принимают равными nQ
(п — количество раскрепляемых конструкций).
Бывают случаи, когда даже при отсутствии активных
сил, действующих перпендикулярно плоскости конструк-
ции, приходится принимать меры к пространственному
креплению ее растянутого контура. Примером таких кон-
струкций являются шпренгельные системы (рис. VIII.12).
Шпренгельные конструкции характеризуются пони-
женным по отношению к линии опор расположением
нижнего пояса в средней части пролета и по крайней
мере одним переломом в его очертании—в месте сжатой
стойки. Если при этом верхний пояс расположен выше
уровня опор, то равновесие узла Г устойчивое (рис.
VIII.12, а). При отклонении узла Г из плоскости систе-
мы он стремится вернуться в прежнее положение. Если
верхний пояс расположен ниже уровня опор, узел Г на-
ходится в неустойчивом положении (рис. VIII. 12, в). При
прямом верхнем поясе равновесие узла Г становится без-
различным (рис. VIII. 12, б).
На практике применяют шпренгельные конструкции
с расположением верхнего пояса по схемам, приведен-
ным на рис. VIII. 12, а, б. Однако неизбежный прогиб под
максимальной нагрузкой превращает схему б в схему в
и узел Г становится также неустойчивым. Поэтому вари-
анты бив требуют обязательного устройства вертикаль-
ных связен. Устройство вертикальных связей необходимо
при любой схеме конструкции, если к инжнему поясу ее
приложены активные силы, действующие перпендику-
334
лярно ее плоскости, например силы торможения от под-
весного транспортного оборудования. Во многих случа-
ях сечения элементов связей приходится назначать по
конструктивным соображениям, при этом предельная
максимальная гибкость элементов не должна превосхо-
дить 200.
При применении в конструкции покрытия кровельных
панелей последние могут быть использованы также для
закрепления сжатого контура плоских деревянных кон-
струкций. При этом связи, соединяющие панели с закреп-
ляемым сжатым элементом, располагают равномерно по
всей его длине и рассчитывают на усилие q.
РАЗДЕЛ IX. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ
КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИИ
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ, КОНСТРУКТИВНЫЕ
ОСОБЕННОСТИ
Общая характеристика. Конструктивные системы,
которые обеспечивают совместную работу составляющих
их элементов в двух и более плоскостях, являются прост-
ранственными конструкциями.
Пространственные конструкции из древесных и синте-
тических материалов отличаются большим разнообрази-
ем видов и конструктивных особенностей. Они могут
быть такими же, как конструкции, выполняемые из ста-
ли, железобетона, армоцемента, имея в то же время свои
особенности. Как и любые пространственные конструк-
ции они, как правило, совмещают в себе несущие и
ограждающие функции, при одном и том же расходе
материала обладают более высокой надежностью и несу-
щей способностью, их характеризует меньшая материа-
лоемкость, а при агрессивности среды — большая долго-
вечность.
Пространственные конструкции используют в здани-
ях и сооружениях, где нежелательны или недопустимы
промежуточные опоры (спортивные сооружения, про-
мышленные здания с гибкой технологией и т. п.) и в зда-
ниях с жесткой планировочной сеткой опор (зонтичные
оболочки кассовых вестибюлей, торговых павильонов,
выставочных залов, служебных помещений и т. д.). Про-
странственные конструкции из дерева и пластмасс ус-
пешно применяют при малых пролетах (3—4 м), сред-
них (до 36 м) и больших — висячие покрытия до 100 м,
сводчатые до 140 м, купола до 257 м. Эти материалы
позволяют создавать разнообразные конструктивные
формы, реализующие практически любые замыслы про-
ектировщиков.
Подобрать универсальный классификацк-онный при-
знак и сгруппировать пространственные конструкции не
представляется возможным, поскольку любая классифи-
кация будет условной. Можно лишь говорить о материа-
ле конструкций, геометрии и способе образования по-
верхности, пологости и крутизне, характере работы и
336
конструктивных особенностях, способе опирания и очер-.
тании плана здания, пролете и т.д. Поэтому для удобст-
ва дальнейшего рассмотрения отдельных видов конст-
рукций из всего многообразия существующих форм рас-
членим их сначала по геометрическому признаку, а
затем в каждой группе по возможности учтем конструк-
тивные и другие особенности покрытия.
С точки зрения формы применяемые в конструкциях
из древесины и синтетических материалов оболочки
можно разделить на следующие типы: 1) призматичес-
кие (складки, своды); 2) цилиндрические (нулевой гаус-
совой кривизны); 3) эллиптические (положительной
гауссовой кривизны); 4) гиперболические (отрицатель-
ной гауссовой кривизны). Меньшее распространение по-
лучили оболочки комбинированные (из частей различной
кривизны) и произвольной формы.
С точки зрения конструктивного признака целесооб-
разно выделить два наиболее распространенных типа по-
крытий — своды и купола (сферические, конические, ги-
перболические и т. д.). По общему конструктивному
исполнению оболочки могут быть тонкостенные, ребрис-
тые, сетчатые; по типу поперечного сечения — одно-,
двух- и трехслойные.
ГЛАВА 2. РАСПОРНЫЕ СВОДЫ, СКЛАДКИ, СТРУКТУРЫ
$ 2.1. Конструктивные формы сводов
Конструкции сводчатых покрытий бывают двух ти-
пов — безраспорные своды-оболочки и распорные своды.
Рассмотрим распорные своды.
В зависимости от применяемого материала своды мо-
гут быть пластмассовыми, деревянными, клеефанерными
и комбинированными, сочетающими разные материалы.
По конструктивному исполнению их можно разделить на
гладкие, ребристые, волнистые, складчатые, сетчатые,
структурные, а также сплошные, двухслойные и трех-
слойные. По форме покрытия — на цилиндрические,
стрельчатые, параболические, полигональные, призмати-
ческие, бочарные, тороидальные. По способу передачи
распора — на фундаменты, поддерживающие конструк-
ции, и затяжки. По уровню расположения опор — на
своды, опирающиеся непосредственно на фундаменты, и
22-423
337
на поддерживающие покрытия конструкции. По статиче-
ской схеме—на двух- и трехшарнирные.
По частоте применения конструктивной формы среди
пространственных конструкций своды занимают второе
место после куполов. Доля сводов в пластмассовых по-
крытиях достигает 25 %. Большое распространение полу-
чили кружально-сетчатые своды из деревянных цельных,
значительно реже из клееных и клеефанерных элемен-
тов. Максимальные пролеты, которые можно перекры-
вать пластмассовыми сводами, могут достигать 20—40 м,
клеефанерными 30—60 м, кружально-сетчатыми — до
100 м.
Сводчатые покрытия получили распространение в са-
мых разнообразных зданиях и сооружениях гражданско-
го, промышленного и сельскохозяйственного назначения.
Гладкие пластмассовые своды сплошные, однослой-
ные и двухслойные обычно применяют для небольших
пролетов (до 4 м) в закрытых переходах и световых фо-
нарях. Своды могут быть предварительно напряженны-
ми, светопрозрачными и несветопрозрачными. Основной
материал — полиэфирный стеклопластик.
Гладкие трехслойные своды имеют обшивки из листо-
вых материалов (фанера, стеклопластик) и средний
слой из пенопласта. Панели свода могут быть криволи-
нейного очертания или плоскими, вписывающимися в
окружность. В зависимости от пролета и длины дуги
свода размер панели по хорде принимают обычно до
6 м. Ширина панели 1,5; 2; 3 м. Учитывая сборную конст-
рукцию свода, особое внимание уделяется конструиро-
ванию стыков панелей.
Расчетной схемой свода является трехшарнирная ар-
ка шириной 1 м. Методика расчета панели на прочность
аналогична расчету плоских панелей покрытия с допол-
нительным учетом продольной силы.
Ребристые своды имеют одну или две обшивки из
листового материала (стеклопластик, водостойкая фане-
ра^ и деревянные, пластмассовые или металлические
ребра. В отапливаемых зданиях между обшивками раз-
мещают утеплитель из пенопласта или минераловатных
плит. Для сокращения числа монтажных элементов сек-
цию свода проектируют из двух частей. Форма поверхно-
сти покрытия может быть разнообразной, но чаще всего
цилиндрической или стрельчатой. Сборные элементы сое-
диняют выступающими ребрами с помощью стяжных
338
болтов, обеспечивающих необходимую плотность для
герметизации стыков. Ребра сводов могут быть криволи-
нейными из клееных элементов или из одиночных досок
на ребро, соединенных между собой зубчатым клеевым
соединением или фанерными накладками.
Примером сборных ребристых сводов могут быть
сводчатые покрытия складских помещений, показанные
на рис. 1Х.1,а, б. Стрельчатый свод пролетом 12 и 18 м
состоит из криволинейных клеефанерных панелей шири-
ной 1,5 м с двумя обшивками из водостойкой фанеры.
Для соединения смежных панелей болтами запроектиро-
ваны выступающие ребра. Для складов минеральных удо-
брений целесообразно использовать стеклопластиковые
болты. Свод опирается непосредственно на фундаменты.
Сводчатое многогранное покрытие (рис. IX. 1, б) из
дощатых ребер и стеклопластиковой обшивки пролетом
12 и 18'м разработано применительно к складам мине-
ральных удобрений. Состоит из двух монтажных блоков
в каждой секции, стыкуемых в коньке болтами. Диаго-
нальные элементы каркаса предназначены для увеличе-
ния жесткости и обеспечения устойчивости тонкой об-
шивки (2—3 мм). Для повышения естественной освещен-
ности часть блоков или все блоки могут иметь обшивки
из светопроницаемого полиэфирного стеклопластика.
Статический расчет ребристого свода выполняют по
схеме двух- или трехшарнирной арки на нагрузки от соб-
ственного веса конструкции, снега и ветра. Для расчета
выделяют полосу шириной, равной ширине панели. При
определении приведенных геометрических характерис-
тик сечения (F, IF, J) учитывают различные модули
упругости материалов (древесины, фанеры, стеклоплас-
тика и т. д.).
Волнистые своды наибольшее распространение полу-
чили в пластмассовых покрытиях пролетом до 18—20 м,
хотя имеются разработки волнистых сводчатых покры-
тий пролетом 30 м из фанерных элементов двоякой кри-
визны.
Лотковые пластмассовые элементы волнистых сводов
обычно изготовляют из полиэфирного стеклопластика
(светопрозрачного или несветопрозрачного) толщиной
1—4 мм, шириной 0,75—1,6 м, при высоте поперечного
сечении до 0,6 м. Элементы соединяются внахлестку на
клею или на болтах. Швы герметизируются стекложгу-
том или лентой на полиэфирном клее. Очертание попе-
22*
339
Рис. IX. 1. Сборные сводчатые покрытия
а — клеефанерный свод из криволинейных ребристых панелей; б — клеефанер-
ный полигональный свод; в — сводчатое волнистое покрытие из стеклопласти-
ковых элементов
речного сечения лотковых элементов может быть самым
разнообразным. На рис. 1Х.1,в показано стеклопласти-
ковое светопроницаемое сводчатое покрытие теплицы в
г. Гроссбеерене (ГДР), пролетом 18 м. Элементы свода
представляют собой оболочку двоякой кривизны, уси-
ленную ребрами-диафрагмами с эллиптическим очерта-
340
Рис. IX.2. Складчатое сводчатое покрытие из ромбических элементов
а —поперечный разрез; б — торцовый фасед; в—размеры ромбических эле-
ментов; г — расчет грани на местную нагрузку; д — боковой фасад свода
нием оси. Для лучшего светопроницания элементы арми-
рованы только одним слоем стекломата. Оболочки изго-
товляли вручную способом контактного формования.
Свод не рассчитан на снеговую нагрузку.
Общий расчет волнистых элементов ведут как ароч-
ных конструкций. Местный расчет лотков в поперечном
направлении зависит от конструктивных особенностей и
формы элементов,
Складчатые своды чаще всего выполняют из ромби-
ческих элементов, согнутых по большой диагонали (рис.
IX.2). Ромбические панели состоят из контурных ребер
и обшивок. Обшивки делают из одного или двух слоев
листового материала — стеклопластика, фанеры. Ребра
могут быть стеклопласгиковыми, фанерными или дере-
вянными. Для утепленных покрытий вводят слой пено-
пласта. Осуществленные стеклопластиковые складчатые
своды из ромбических панелей имеют пролет до 20 м п
используются для покрытия спортивных, торговых,
складских, производственных и других зданий. На рис.
IX.2 показано сводчатое покрытие, собираемое из стекло-
341
пластиковых трехслойных панелей толщиной 48 мм с
размером диагоналей 3 и 6 м. Дверные проемы в покры-
тии размещают в торцах и боковых сторонах свода. Не-
которые элементы выполнены светопроницаемыми.
Расчет свода из ромбовидных складчатых элементов
можно выполнить как арочной полоски шириной, равной
ширине панели. При этом площадь поперечного сечения
арки считается постоянной, а момент инерции перемен-
ным. Усредненный момент инерции поперечного сечения
арки можно определить из уравнения
1М = 1 /3 (1 / J щах + 2/ J min)
где Tmin, /шах — соответственно минимальный и максимальный мо-
менты инерции поперечного сечения арки с учетом краевых ребер.
Расчет на местную нагрузку треугольной грани сво-
дят к расчету на сосредоточенную силу круглой пластин-
ки радиусом г0, вписанной в треугольный контур. Прогиб
треугольной пластинки гэ0 под точкой приложений силы
определяют из выражения
(®0/«)2 + А (<о0/6)3 = В (Р^/Е^,
где 6 — толщина пластинки; Р — сосредоточенная сила; £ — модуль
упругости материала; А и В — константы, зависящие от коэффици-
ента Пуассона и характера закрепления сторон пластинки. При ко-
эффициенте Пуассона р. = 0,35; А = 0,194 — для пластинки со сво-
бодной стороной; Д = 0,453^ для пластинки с защемленной сторо-
ной; В=0,209—для пластинки с любым закреплением сторон.
Структурные сводчатые покрытия изготовляют из од-
нотипных тонкостенных объемных элементов стеклопла-
стиковых или фанерных и соединяющих их вершины
стержней. Объемные элементы могут быть пирамидаль-
ной формы или седловидной. Стержни выполняют из
стеклопластиковых или металлических профильных эле-
ментов. Можно применять предварительно напряженные
тросы. В любом случае образуется двухпоясная конструк-
ция, одним поясом которой являются стержни, соединя-
ющие вершины объемных элементов, другим—ребра пи-
рамид, которыми они соединяются один с другим. Объ-
емными раскосами системы служат грани пирамид. При
объемных элементах в форме гипаров поясами являются
стержневые элементы, соединяющие соответственно
верхние у нижние вершины параболических гиперболои-
дов. Пролет сводчатых покрытий структурной конструк-
ции 12—24 м.
342
Рис. IX.3. Структурное сводчатое покрытие из пластмассовых пира-
мидальных элементов
а — пирамидальный элемент; б — поперечный разрез свода; в— план покры-
тия
На рис. IX.3 приведена конструктивная схема свода
из пластмассовых пирамидальных элементов и стержне-
вого каркаса из предварительно напрягаемых алюминие-
вых труб.
Структурные сводчатые покрытия рассчитывают с
применением ЭВМ как многократно статически неопре-
делимые конструкции. Для предварительного назначе-
ния сечения можно расчленять покрытие на арочные по-
лосы, рассматривая их как сквозные арки.
Своды бочарного очертания из древесины и пласт-
масс не нашли в строительстве широкого применения,
хотя и обладают большими потенциальными возможно-
стями и используются в железобетонных иармоцементных
конструкциях. В Ленинградском инженерно-строи-
343
тельном институте спроектирован бочарный свод проле-
том 24 м из панелей длиной 6,4, шириной 1,2 м с фанер-
ной обшивкой двоякой кривизны, приклеенной к про-
дольным и поперечным криволинейным ребрам. Фанера
двоякой кривизны может быть изготовлена по обычной
технологии с заменой плоских прессовых плит на плиты
с поверхностью двоякой кривизны.
§ 2.2.	Кружально-сетчатые своды
Общие сведения. Кружально-сетчатые своды (рис.
IX.4, IX.5) представляют собой пространственную конст-
рукцию, которая состоит из отдельных, поставленных на
ребро стандартных элементов—косяков, идущих по двум
пересекающимся направлениям и образующих ломаные
винтовые линии.
В кружально-сетчатых конструкциях выгодно сочета-
ются индустриальность изготовления элементов с преи-
муществами пространственных конструкций. Прочность
и надежность свода определяются средней прочностью
многих элементов, и влияние качества древесины отдель-
ных элементов имеет меньшее значение, чем в плоскост-
ных конструкциях.
Построенные в нашей стране свыше 50 лет назад де-
ревянные кружально-сетчатые своды и купола продол-
жают эксплуатироваться и находятся в хорошем состоя-
нии. Длительная эксплуатация таких конструкций за
рубежом также свидетельствует об их надежности и дол-
говечности и находит широкое применение, а их пролеты
становятся все более значительными. Так, в 1964 г. в
г. Спрингфилде (США) построен сетчатый свод над бас-
сейном с пролетом 52 м, выполненный из клееных кося-
ков.
Кружально-сетчатые своды в поперечном сечении
имеют снаружи круговое или правильное многоугольное
очертание. В первом случае верхняя грань косяков име-
ет близкое к круговому эллиптическое очертание, а во
втором — ломаное. Распор покрытий воспринимается ли-
бо металлическими затяжками, либо непосредственно
опорами.
Характерными особенностями всех кружально-сетча-
тых покрытий являются:
1)	унификация формы н размеров косяков, дающая
возможность заготовлять их заводским способом, что
344
Рис. IX.4. Кружально-сетчатый свод с узлами на болтах покрытия
над спортивным залом в Барвихе (Московская область)
полностью отвечает современным требованиям индустри-
ализации и стандартизации строительства;
2)	транспортабельность элементов при их перевозке;
3)	простота и быстрота сборки конструкции;
4)	возможность и необходимость устройства кровель-
ного настила непосредственно по несущей конструкции
(без прогонов и вспомогательных стропильных ног).
В зависимости от способа узлового соединения кося-
ков различают два конструктивных варианта кружаль-
но-сетчатых сводов: 1) с узлами на шипах; 2) с металли-
ческими связями в узлах. Оба варианта можно выпол-
нять либо из косяков цельного сечения, которое ограни-
чено размерами сортамента пиломатериалов, позволяю-
щего применять своды с предельным пролетом не более
20 м, либо нз клеефанерных косяков, которые дают воз-
можность перекрывать значительно большие пролеты
(до 100 м).
В конструкции покрытий всех систем (см. рис. IX.5)
различают три типа узлов: основные (средние); опорные,
в которых косяки соединяются с настенными брусьями,
Рис. IX.5. Безметальный кружально-сетчатый свод системы Песель-
ника с косоугольной сеткой
и торцовые, в которых косяки соединяются с торцовой
аркой. Основные узлы сетки образуются из трех косяков,
один из которых является сквозным и проходит через
узел, не прерываясь, а два других набегающих косяка
примыкают к сквозному косяку.
Конструкция кружально-сетчатых сводов (системы
С. И. Песельника) с узлами на шипах. Своды этой систе-
мы изготовляют из косяков цельного сечения, имеющих
на концах шипы, а посередине сквозное гнездо. В каж-
дом узле сетки сопрягаются три косяка, из которых два
набегающих косяка входят с обеих сторон своими шипа-
ми в гнездо сквозного косяка. В кружально-сетчатом
своде с узлами на шипах применяют сетку как прямо-
угольную, так и косоугольную с углом -ф =45°.
Верхняя кромка косяка может быть криволинейного
(эллиптического или приближающего к круговому) очер-
тания либо с двумя или одним переломом по очертанию
описанного или вписанного в окружность правильного
многоугольника (см. рис. IX.10). Косяк с двумя перело-
ме
Рис. 1Х.6. Узлы безметального кружально-сетчатого свода с точной
формой шипов (с учетом необходимого поворота)
а — нецентрированный; б — центрированный
мами имеет большую жесткость, меньшую длину пропи-
ла и дает меньше отходов при изготовлении, чем косяк
с одним переломом.
Оси сквозного гнезда для шипов располагаются соот-
ветственно посередине длины и высоты косяка. Форма
гнезда прямоугольная. Высоту гнезда, а следовательно,
и шипа обычно принимают 'Д высоты косяка (Лк). Для
удобства монтажа свода, который ведут от опор к ша-
лыге, рекомендуется решать узел так (см. рис. IX.5),
чтобы шип вышележащего набегающего косяка распола-
гался в гнезде над шипом нижележащего’ косяка. Такое
решение вызывается также необходимостью обеспечить
в гнезде взаимный упор набегающих косяков для вос-
приятия одной из действующих в узле сил, направлен-
ной нормально к их оси (рис. IX.6).
Косяки в своде помимо продольной силы сжатия и
изгибающего момента воспринимают поперечные силы
(см. рис. IX.21), которые передаются таким образом, что
вызывают опасность раскалывания косяков. Чем больше
длина косяка, тем меньше поперечная сила, вызываю-
щая эту опасность. Рекомендуется принимать /к//гк^13.
Толщина косяка b должна быть не менее 2,5 см, а
йк/&к^4,5.
Концы косяков прямоугольной сетки свода имеют бо-
лее простую форму, а потому проще в изготовлении.
347
Однако при одинаковом шаге с косяки в прямоугольной
сетке получаются меньшей длины, чем в косоугольной,
что во многих случаях не позволяет обеспечить рекомен-
дуемое отношение /К/ЛК^13; тем самым повышается
опасность разрушения косяков от раскалывания. Поэто-
му своды с прямоугольной сеткой применяют для проле-
тов не более 12 м, а при больших пролетах следует ис-
пользовать косоугольную сетку.
Узловое соединение может быть решено двояко — с
эксцентриситетом (рис. IX.6, а) и без него (рис. IX.6, б).
У узла с эксцентриситетом шипы в гнезде расположены
так, что они взаимно упираются только своими нижними
ребрами, которые должны воспринять таким образом
одну нз составляющих сил, уравновешивающих узел (см.
рис. IX.20). Это возможно только тогда, когда ребра
сильно обомнутся и образуется площадка смятия, доста-
точная для восприятия действующего усилия, что уве-
личит деформацию свода.
В узле без эксцентриситета площадка для взаимного
упора шипов в гнезде обеспечена. Оси набегающих кося-
ков почти совпадают. Дополнительные деформации в
узлах отсутствуют. В центрированном узле не возникает
дополнительного изгибающего момента в направлении
наименьшего момента инерции косяка от продольных
усилий в набегающих косяках. Несмотря на то, что в не-
центрированном узле форма шипов несколько проще и
их легче изготовить, нежели в центрированном, предпоч-
тение следует отдать последнему.
От значения шага сетки с вдоль образующей свода и
шага As вдоль дуги его поперечного сечения зависит вся
геометрия свода. В косоугольной сетке, где угол между
косяками может быть взят в определенных пределах
(35—50°), следует принимать с и As таким образом, что-
бы длина образующей свода В (в чистоте) была кратной
шагу с, а длина дуги ss поперечного сечения свода была
кратна шагу As. Это обеспечивает стандартность опор-
ных узлов с одной и другой стороны свода, а также
стандартность торцовых узлов. В прямоугольной сетке
эти условия выполнить полностью невозможно и прихо-
дится ограничиваться выбором только одного парамет-
ра — либо As, либо с, так как они связаны между собой
стабильным (прямым) углом при заданных значениях
пролета (Z) и стрелы (/) свода.
От величины шага с также зависит значение усилий,
848
Рис. IX.7. Примыкание косяков
к торцевой арке. План-разверт-
ка
воспринимаемых косяками. При прочих равных условиях
чем больше с, тем значительнее изгибающий момент и
нормальная сила, воспринимаемые косяками, и тем
больше изгибающий момент в элементах кровли, для ко-
торых с является расчетным значением пролета. Исходя
из этих соображений для сводов с пролетами до 20 м
рекомендуется назначать с=0,8...1,5 м.
При стандартном решении опорных узлов оба косяка
своими концами входят в специальное гнездо, вырезан-
ное в опорном брусе, и прикрепляются к нему гвоздями.
Скошенные торцы косяков передают на основание гнез-
да максимальную нормальную силу, возникающую в опор-
ных сечениях свода, что требует особой проверки гнезда
опорного бруса на смятие поперек волокон (рис. IX.7).
В торцах свод замыкается двух- или трехслойными кру-
жальными арками.
Общее количество косяков различных типов, включая
расположенные по контуру свода, при их стандартном
примыкании к торцам в косоугольной сетке равно семи,
а в прямоугольной сетке — шести.
Кружально-сетчатые своды с узлами на болтах.
В своде этой системы косяки в основных (средних) уз-
лах соединяются между собой болтами, работающими
на растяжение (рис. IX.8 и IX.9). При этом набегающие
косяки примыкают к сквозному косяку близ середины
его длины с некоторым смещением з. Смещение должно
быть минимальным и выбирают его так, чтобы отверстия
для болтов на концах косяков находились вне скошенной
торцовой поверхности последних.
В обычных конструкциях, где угол сс между косяка-
ми н образующей свода не менее 67°, минимальное сме-
349

щение s=2&-|-30 мм, где b — толщина косяка. Ось бол-
та проходит через центр узла, совпадающий с серединой
сквозного косяка.
Косяки имеют на концах круглые отверстия, размер
которых равен диаметру болтов плюс 4 мм, а посереди-
не— продолговатое отверстие такой же ширины. Длину
1\ отверстия выбирают так, чтобы болт мог свободно
пройти через него под нужным углом (рис. IX. 10).
При высоте hK косяка более 22 см и при высоте hi
торца косяка более 18 см рекомендуется ставить два уз-
ловых болта вместо одного. В этом случае оси болтов
делят высоту торца косяка hi на три приблизительно
равные части.
Опорный узел образуется из основного среднего узла
разрезом последнего по оси О—О (отброшенная полови-
на основного узла показана на рис. IX.7 пунктиром). Ко-
сяки в опорных узлах врубают в настенные брусья.
Глубина врубки обычно бывает не менее 10 см. Опорные
косяки соединяют с настенными брусьями гвоздями и
прижимными клиновидными брусками, скрепляемыми
болтами или глухарями диаметром 12—16 мм (см. рис.
IX.8).
Торцовый узел (см. рис. IX.8) образуется также из
основного среднего узла разрезом последнего по оси
А—А (отброшенная половина основного узла показана
на рис. IX.8 пунктиром). Торцовые косяки соединяют с
фронтонной аркой болтами.
Из четырех узлов покрытия (рис. IX.11) два узла,
расположённых по одной диагонали прямоугольного пла-
на покрытия с концами косяков, смещенных внутрь от
осевой фронтонной линии А—А (рис. IX.11, а), конструи-
руют с вставкой клина, аналогично нормальному опор-
ному узлу. Два других угловых узла, расположенных по
другой диагонали плана покрытия (рис. 1Х.11,б) и сме-
щенных наружу от осевой фронтонной линии А—А,
представляют собой промежуточную конструкцию меж-
ду опорными и торцовыми узлами и образуются косяка-
ми № 5.
При проектировании сетки свода для пролетов до
20 м рекомендуется назначать постоянный шаг косяков
с (см. рис. IX.8) размером 0,8—1,5 м. Угол ф (см. рис.
IX.8) между косяками принимают 30—50°, а угол а меж-
ду нижними ребрами косяков и образующей свода —
75—65°.
351
й». Л=Л=Й?
352
Сетка кружально-сетчатого свода с узловыми соеди-
нениями на болтах состоит из косяков шести различных
типов (см. рис. IX.9). Из них два косяка № 1 правый и
левый являются основными, а остальные — производны-
ми от этих косяков. В отличие от кружально-сетчатого
свода с узловыми соединениями на шипах в своде с уз-
ловыми соединениями на болтах косяки проще в изго-
товлении, при сборке они не требуют закручивания.
Своды из составных клеефанерных косяков1. Приме-
нение составных клеефанерных косяков с узлами на ши-
пах (рис. IX.12) позволяет перекрывать кружально-сет-
чатыми сводами большие пролеты при сравнительно не-
большом собственном весе конструкции.
Наличие фанерной стенки в косяках устраняет опас-
ность их разрыва поперек волокон, а сложная форма
шипа упрощается изготовлением клеефанерных косяков
крыловатой (винтообразной) формы (рис. IX. 12, а), что
исключает необходимость закручивания косяка при
сборке свода. Угол поворота 0 торцовых сечений по от-
ношению к сечению в середине длины косяка определя-
ют по формуле
• tg6= cosa tgAP,
где Др — центральный угол, .стягиваемый дугой, равный As/2.
Косяки имеют коробчатое сечение и состоят из поя-
сов, выполненных из досок толщиной 33 мм и ребер
жесткости, служащих для придания фанерным стенкам
достаточной устойчивости. На концах и посередине ко-
сяки имеют сплошное сечение. Стыки листов фанеры
перекрывают накладками на клею. Решение основного
узла свода из клеефанерных косяков и разложение про-
дольных сил в узле показаны на рис. IX. 12. Конструкция
И расчет составных косяков аналогичны составным бал-
кам с фанерной стенкой.
Клеефанерные косяки варианта со стальными деталя-
ми в кружально-сетчатом своде с бесшарнирными узла-
ми2 выполняют прямолинейными крыловатой формы
(рис. IX.13) с таким расчетом, чтобы концы набегающих
косяков располагались несколько выше сквозного кося-
ка (рис. IX.14) и работали не только на сжатие, но и на
растяжение от изгиба.
1 Предложены и разработаны Г. Г. Карлсеном и Б, А, Освенс-
ким.
2 Предложен и разработан Б. А. Освенским.
23—423
353
Рис. IX.12. Клеефанерный косяк безметального свода (а) и узел
свода (б)
Разница в высоте расположения осей косяков в узле
равняется величине стрелки f0 (рис. IX.15) дуги попереч-
ного сечения свода, соответствующей расстоянию между
двумя смежными узлами сетки вдоль направляющей
свода и стягивающей центральный угол, который состав-
ляет 2 Др . Удобнее принимать высоту поясов коробчато-
го косяка равной f0 (рис. IX. 15). При таком решении на-
354
Рис. IX.13. Клеефанерный
косяк варианта с бесшар-
нирным узлом крыловатой
формы
Рис. IX.14. БесшарнариыИ
узел сетчатого свода.
7 —накладка; 2— стальные де-
тали
Рис. 1ХЛ5. Схема расположения прямолинейишх косяков
бегающие косяки в узлах передают один другому нор-
мальные усилия сжатия непосредственно упором торец в
торец, а не в боковую грань сквозного косяка поперек
волокон, как в обычных кружально-сетчатых конструк-
циях. Для пропуска торцов нижнего пояса набегающих
косяков в сквозных косяках посередине их. длины в фа-
нерных стенах над нижним поясом вырезают соответст-
вующих размеров и формы отверстие (см. рис. IX.14).
На концах косяка к поясам приклеивают с двух сто-
рон ступенчатые накладки. Растягивающие усилия от
изгибающего момента, который действует в стыковом
сечении между торцами набегающих косяков, восприни-
маются сварными стальными деталями (см. рис. IX.14),
расположенными в специальных вырезах в торцах кося-
23
355
ков. При таком выполнении узлового соединения кося-
ков создается возможность полноценного восприятия в
узлах набегающими косяками изгибающих моментов
наравне со сквозными косяками. Кроме того, натяжени-
ем болтовых элементов сварной детали обеспечивается
плотность узлового соединения, исключающая рыхлые
деформации.
Отсутствие шарнирного соединения в узлах приводит
к тому, что поперечная сила в косяках уменьшается во
много раз и становится равной поперечной силе в арке.
При этом значительно облегчается конструкция свода,
повышается его жесткость, надежность.
Центрирование узлов сетки не только повышает ар-
хитектурные достоинства свода, но также улучшает его
работу, исключая возникновение изгибающих моментов,
действующих из плоскости косяков.
Своды из клеефанерных косяков с бесшарнирными
узлами можно выполнять с косоугольной (ромбической)
и прямоугольной сеткой. Последняя менее экономична,
если длина перекрываемого здания существенно превы-
шает его ширину (т. е. пролет свода).
Сетка свода образуется (рис. IX.16) из двух типов
косяков № 1-—правого и левого, которые различаются
только направлением углов закручивания. Левый косяк
является зеркальным отображением правого косяка.
Угол закручивания правого косяка направлен (если
смотреть со стороны торцов) по часовой стрелке, а лево-
го — против часовой стрелки.
По контуру свода соединение сетки с окаймляющими
конструктивными элементами (фронтонная арка и опор-
ные брусья) выполняют с помощью двух косяков в каж-
дом узле, из которых косяк № 1 является основным, а
косяк № 2 образуется из соответствующего косяка № 1
перепиливанием его посередине длины нормально к про-
дольной оси. Таким образом, из одного косяка № 1 пра-
вого илн левого получают соответственно два одинако-
вых косяка № 2 (правых или левых). На одной половине
свода во всех опорных и фронтонных узлах к арке, при-
мыкают левый косяк № 1 и правый № 2, а на другой по-
ловине свода — правый косяк К» 1 и левый № 2.
Клеефанерные косяки приняты коробчатого сечения с
двумя фанерными стенками, приклеенными с наружных
сторон поясов. Наружное очертание сетки свода из-за
прямолинейности верхней кромки косяка получается
356
Рис. IX.16. Схема сетки свода
а —поперечный разрез свода: б —
развернутая поверхность сетки по-
крытия
Рис, IX.17. Определение изги-
бающего момента в косяке
слегка волнистым. Во избежание этого к верхней грани
косяков прикрепляют клиновидные накладки. Фронтон-
ные арки выполняют из двух слоев клеефанерных кося-
ков коробчатого сечения.
Расчет кружально-сетчатых сводов. Кружально-сет-
чатый свод представляет собой сложную пространствен-
ную стержневую систему, точный расчет которой весьма
сложен. В практике применяют расчет по приближенно-
му методу, точность которого, как показали многочис-
ленные опыты, вполне достаточна для использования при
проектировании и правильно отражает действительную
работу этой конструкции. Этот метод состоит в следую-
щем.
Из свода нормально к его оси выделяют расчетную
полосу шириной, равной шагу сетки с (см. рис. IX.5 и
IX.8). В соответствии со схемой свода выделенную поло-
су рассматривают как плоскую двух- или трехшарнир-
ную арку постоянной жесткости, нагруженную приходя-
357
щейся на нее нагрузкой. Площадь сечения арки прини-
мают равной площади .сечения двух косяков, а момент
инерции арки приравнивают моменту инерции одного
косяка (в кружально-сетчатом своде из клеефанерных
косяков с бесшарнирным узлом момент инерции арки
приравнивают моменту инерции двух косяков).
В каждом узле сетки обычного свода изгибающий
момент воспринимается полностью только одним сквоз-
ным косяком. Полученный из расчета изгибающий мо-
мент Л1а, действующий в плоскости арки, не совпадает
с плоскостью сквозного косяка, что дополнительно вызы-
вает в косяках крутящий момент, одинаково восприни-
маемый обоими косяками (сквозным и набегающим).
Если представить изгибающий момент, действующий в
данном сечении, в виде силы N, приложенной с соответ-
ствующим плечом по отношению к центру рассчитывае-
могосечения (рис. 1Х.17),то изгибающий момент ЛЬ,вос-
принимаемый сквозным косяком, будет создаваться со-
ставляющей N', а составляющие N", действующие нор-
мально к осям косяков, создадут в них крутящие момен-
ты М". Таким образом, изгибающий момент в сквозном
косяке
M1 = Ma/sina,	(IX.1)
где — расчетный момент в арке; a — угол между косяками и об-
разующей свода.
Крутящий момент в расчете косяков обычно не учи-
тывают, так как он в основном воспринимается насти-
лом, прикрепляемым к косякам.
В бесшарнирном узле из клеефанерных косяков, где
оба направления косяков воспринимают изгибающий
момент,
Мх = Ma/2sina.	(JX.2)
Благодаря пространственной работе покрытия на зна-
чение; изгибающих косяки моментов оказывают влияние
жесткие фронтоны, которые увеличивают жесткость по-
крытия и уменьшают прогибы и изгибающие моменты в
косяках. Разгружающее действие жестких фронтонов
определяют коэффициентом k$ (табл. IX.1) в зависимо-
Таблица 1Х.1. Коэффициенты Лф фронтонов
	1 и менее	;	1.5	2	2,5 и более
кф	2	1,4	1,1	1
358
Рис. IX.18. Схема работы кося-
ков в плоскости их меньшего
момента инерции
Рис. IX.10. Схемы разложения
нормальных сил в узлах свода
в —в среднем узле; б — в торцо-
вом узле
сти от отношения В/эд, где В — расстояние между жест-
кими фронтонами; 5Д — длина дуги поперечного сечения
свода.
Таким образом, расчетный изгибающий момент в ко-
сяке
МраСч = sin а,	(IX. 3)
а в бесшарнирном варианте из клеефанерных косяков
Л4расч = Ма/££ф2 8(па.	(IX.4)
При внецентренном узловом соединении неизбежно
появление дополнительных изгибающих моментов, дейст-
вующих в направлении меньшего момента инерции кося-
ков (рис. IX. 18). Однако, как правило, при наличии про-
дольного настила эти дополнительные моменты обычно
в расчете не учитываются. Необходимо иметь в виду, что
прикреплять каждый элемент настила к каждому кося-
ку обязательно следует не менее чем двумя гвоздями.
В выделенной арочной полосе нормальные силы IV»
воспринимаются одинаково обоими косяками (рис.
IX.19). На каждый косяк передается усилие
jV1 = JVa/2sina.	(IX.5)
359
Проверяют напряжение в косяках по формуле
A/a/2fHT sina-^- Л4а/|^ф Й7аг sin а с Ro,	(IX.6)
где Fat, 1Гвт —плошадь и момент сопротивления нетто косяка в се-
редине его длины; а — угол между продольной осью косяка и обра-
зующей свода;

(IX. 7)
узлами на
(IX. 8)
5=1-
’	3000.2FВр Rc s in а
где ). — гибкость свода, определяемая для варианта
болтах нз косяков цельного сечения по формуле
Л_ 0,61„	„	3/0
sin а К/бр/2^бр	3*П“Лк
где 0,6 — эмпирический коэффициент, учитывающий пространствен-
ную работу сетки свода.
Для свода стрельчатого очертания этот коэффициент
равен 0,7.
Так как суммарная деформация свода определяется
длиной, на которой происходит накопление элементар-
ных деформаций под действием изгибающего момента,
то, учитывая косое направление косяков, расчетная дли-
на свода увеличивается делением на sin а.
Свободную расчетную длину дуги свода принимают
при наличии односторонней нагрузки /о=О,583а.
Для свода с
ных косяков
бесшарнирными узлами из клеефанер-
0,6/,
О,67о
sinaKWHip Sinar“
где 0,6 — эмпирический коэффициент.
Для сводов с узловыми соединениями на шипах
О,75/о
sin а У Jgp/2F
где 0,75 — эмпирический коэффициент.
При стрельчатом очертании свода коэффициент надо
принимать 0,85.
В узлах кружально-сетчатых сводов всех вариантов,
кроме свода с бесшарнирными узлами, следует прове-
рять боковые грани сквозного косяка на смятие поперек
волокон торцами набегающих косяков (рис. IX.20), Си-
лу смятия находят по формуле
Л с = Л'а/(2sin a sin 2а).
(IX. 9)
(IX. 10)
(IX.11)

с
360
Разложение сил в узле кружально-сетчатого свода с
узловыми соединениями на болтах показано на рис.
(IX.23, а). Натяжение болтов
Na cig 2а
«б = о .
2 sin а
(IX. 12)
Сжимающие усилия в косяках, примыкающих к тор-
цовой стене дают равнодействующую в направлении об-
разующей свода NP=Nattga. (см. рис. IX.19, б).
Во избежание передачи усилий Np на торцовые стены
они воспринимаются досками продольного настила (об-
решеткой), прикрепляемыми к верхнему поясу торцовой
арки. Стыки досок продольного настила располагают
вразбежку. Необходимое количество гвоздей для при-
крепления одной доски продольного настила шириной b
к торцовой арке находят по формуле
чгв = дгр &/ДаТгв.	(IX. 13)
На участке, равном расстоянию между стыками двух
смежных досок, каждую из них прикрепляют к косякам
сетки гвоздями в количестве, не меньшем полученного
по формуле '(IX. 15). Расчет продольного настила ведут
на совместное действие изгиба от внешней нагрузки на
пролете между косяками и на растяжение, вызываемое
силой Np.
В кружально-сетчатых сводах всех систем, кроме, вы-
полненных из клеефанерных косяков с бесшарнирным
узлом, каждый косяк работает в основном как однопро-
летная балка с нагрузками, сосредоточенными в середи-
не пролета (рис. IX.21).
В своде с узловыми соединениями на шипах опорная
реакция воспринимается шипами и передаётся на соот-
ветствующие грани гнезда, а в варианте с узловыми
соединениями на болтах — силами трения между торца-
ми косяков и боковыми гранями сквозных косяков. *При-
чина такого различия в том, что диаметр гнезда, как
указывалось выше, приходится делать больше диаметра
болта на 4 мм из-за несовпадения оси болта с осью гнез-
да, что исключает работу болта как нагеля. Анализ по-
казывает, чтр сила трения, равная kTVNt при отношении
/к/йк= 10... 13 больше силы Q в 1,5—1,7 раза.
В варианте с соединениями на шипах силу трения
учитывать не следует, так как нельзя обеспечить плот-
ность сопряжения торцов набегающих косяков с боковы-
361
Рис. IX.20. Разложение сил a
узле кружально-сетчатого сво-
да
а — на болтах^ б — на шипах
Рис. IX.21. Эпюра изгибающих
моментов в отдельных косяках
(а) и характер разрушения ко-
сяка (б)
ми гранями сквозного косяка из-за невозможности изго-
товления косяков с допусками (по длине), равными
нулю. В варианте с соединениями на болтах в узлах си-
ла трения надежно обеспечивается болтами при практи-
чески осуществимых допусках соответствующим завин-
чиванием гаек при сборке свода.
Передача поперечных сил Q с узлами на болтах тре-
нием происходит равномерно по всей высоте торца, а не
сосредоточенно по линии верхних или нижних граней
гнез^р и соответствующих граней шипов, что немного
повышает опасность раскалывания косяков в этом вари-
анте свода. Для уменьшения этой опасности рекоменду-
ется увеличивать длину косяка (lK/hK13), так как при
этом уменьшается поперечная сила (см. рис. IX.24), ко-
торая равна
___ 2Мрасч 2Ма
!„— 2b £A$sina(/K— 2/>)
(IX. 14)
Конструкция жестких фронтонов, а также примыка-
ние свода к фронтону должны быть проверены расчетом
362
на нагрузку, приходящуюся на единицу длины горизон-
тальной проекции фронтонной арки, по формуле
?ф = 9В/2[1-(2/ЗАф)],	(IX. 15)
где — соответствующая (симметричная или односторонняя) на-
грузка на горизонтальную проекцию свода. Значение В в формуле
(IX. 17) следует принимать не более 2,5sn.
В зависимости от схемы настенные брусья рассчиты-
вают на изгиб: а) при опирании на отдельно стоящие
стойки — на косой изгиб от действия вертикальной и го-
ризонтальной (распор) нагрузки от свода; б) при опи-
рании на стену — на изгиб в горизонтальной плоскости
от действия распора.
Расчетный пролет при расчете на вертикальные на-
грузки — расстояние между стойками, на горизонталь-
ные нагрузки — расстояние между затяжками свода.
§ 2.3. Складки
Складчатое покрытие представляет собой поверх-
ность, образованную из системы наклонных плоских гра-
ней, которые примыкают одни к другим под углом по
длинным сторонам и опираются на торцовые диафрагмы
или ребра — по коротким.
Форма поверхности складок может быть треугольной,
трапециевидной или прямоугольной. Чаще всего приме-
няют многоволновые покрытия, но встречаются и одно-
волновые. По расходу материала складчатые конструк-
ции уступают другим формам покрытия, но нм присущи
повышенная архитектурная выразительность и относи-
тельная простота изготовления. Форма плана сооруже-
ний, перекрываемых складками, может быть прямоуголь-
ного, многоугольного или криволинейного очертания.
В последнем случае складки располагаются радиально.
Для повышения несущей способности складок иногда их
проектируют с небольшими разгружающими консолями.
Складки изготовляют из древесины и полимерных
материалов. В качестве граней складок могут быть при-
менены клееные, клеефанерные, древесностружечные,
дощатогвоздевые балочные элементы и плоские трех-
слойные пластмассовые панели. Для повышения попереч-
ной жесткости складок используют распорки, ребра
жесткости или затяжки, устанавливаемые по длине
складки. Схемы складчатых покрытий приведены на рис.
IX.22.
363
Рис. IX. 22. Схемы складчатых покрытий
а — складки с прямоугольными гранями; б — складки с треугольными граня-
ми; в — форма профиля многоволновой складки; а— параметры складки;
д—радиальные складки
Пролет складок — расстояние между осями опорных
элементов обычно не превышает 20—25 м; хотя в отдель-
ных сооружениях пролет клеефанерных складок дости-
гает 30,4 м. Отношение стрелы подъема f к пролету I из
древесных материалов колеблется в пределах 1/2—1/9,
для полимерных материалов до 1/15 (1/18). Угол накло-
на граней 20—45е. Ширина складок из древесных мате-
риалов изменяется от 1,8 до 6,8 м, из полимерных мате-
риалов до 1 м. Толщину I принимают не менее (1/20—
1/30) I.
364
Рис. 1Х.23. Призматические складки треугольного очертания
а — клеештыревые соединения элементов трехслойных складок; б —складки
из клеедощатых элементов
По конструктивному оформлению складки могут быть
тонкостенными, ребристыми или трехслойными. В пер-
вом случае грани складок представляют собой стенки
дощатогвоздевых, дощатоклееных или клеефанерных
двутавровых балок. Ребристые складки изготовляют из
брусков с высотой сечения до 15 см, к которым на гвоз-
дях или на клею с одной или двух сторон крепят обшив-
ку из листовых материалов (файеры, древесностружеч-
ных плит, стеклопластика) или досок. Трехслойные
складчатые элементы изготовляют чаще всего из пласт-
масс — с обшивками из стеклопластика или жесткого
поливинилхлорида со средним слоем из пенопласта. Вме-
сто стеклопластика могут быть применены обшивки из
фанеры. Отдельные элементы складок соединяются меж-
ду собой болтами, на гвоздях, клеем или клеештыревы-
ми соединениями через продольные ребра или брусья
ендовы (рис. IX.23).
3G5
Призматические складки применяют для покрытия
складских, промышленных, гражданских и общественных
зданий. В г. Чехове складчатое покрытие треугольного
очертания возведено над залом кафе-ресторана. Двух-
консольные складки длиной 20 м из склеенных досок
смонтированы с уклоном в одну сторону. Неизменяе-
мость контура крайних складок обеспечивается металли-
ческими затяжкйми. Расход древесины на 1 м2 покрытия
составил 0,165 м3.
Призматические складки являются пространствен-
ной, многократно статически неопределимой системой.
Точный расчет такой системы довольно трудоемок.
В. 3. Власов показал, что наиболее целесообразным яв-
ляется применение смешанного метода расчета.
В случае симметрии поперечного сечения и нагрузок
относительно продольной оси складки, предположений о
малости взаимных перемещений точек контура попереч-
ного сечения, по сравнению с прогибами ребер,соедине-
ния смежных граней складок по линии ребер цилиндри-
ческим шарниром, не учитывающим сопротивление гра-
ней продольному сдвигу для длинных складок (//&>3)
допустима упрощенная расчетная схема балки-складки.
Тогда складки рассматривают как изгибаемую балку со-
ответствующего поперечного сечения. В ней определяют
продольные нормальные и касательные напряжения от
изгиба.
В поперечном направлении грани складок рассчиты-
вают на составляющую нормальной нагрузки как пла-
стинки, шарнирно опертые по длинным сторонам на смеж-
ные грани, а по коротким — на концевые диафрагмы или
ребра жесткости. В длинных складках соотношения сто-
рон грани, как правило, больше двух, поэтому можно
считать, что грань в поперечном направлении деформи-
руется от местной внешней нагрузки по балочной схеме.
Наружную обшивку клеефанерных складок между реб-
рами необходимо проверить на местный изгиб как плас-
тинку, защемленную по четырем сторонам.
Особого внимания требует несимметричная нагрузка,
вызывающая кручение складки относительно центра
кручения и работа крайних складок. Чтобы не рассчи-
тывать крайние складки точными методами, необходимо
конструктивными мероприятиями увеличить их жест-
кость, ограничив перемещения в поперечном направле-
нии.
366
§ 2.4. Структурные конструкции
Дальнейшим развитием плоских сплошных и сквоз-
ных конструкций в современном строительстве являются
конструктивные схемы из перекрестных балок, ферм,
объемных пластинчатых и стержневых элементов. К. та-
ким системам относятся пространственные плиты и
оболочки, состоящие из регулярно-стержневых или регу-
лярно-пластинчатых образований, носящие общее назва-
ние структурные конструкции или просто структуры.
Количество пересекающихся в одном узле балок или
ферм, а также их отклонение от вертикали дают самые
разнообразные структурные построения. Структуры, об-
разованные из перекрестных линейных элементов, иду-
щих в трех направлениях, способны работать на круче-
ние и поэтому являются более жесткими, по сравнению
со структурами, образованными из двух линейных пере-
секающихся элементов.
К положительным качествам структур относятся:
унификация конструктивных элементов, принципиальная
простота их монтажа, большая пространственная жест-
кость конструкций, способствующая увеличению пролета
покрытия, архитектурная выразительность решения, мно-
госвязность системы, повышающая степень надежности
конструкции при локальных разрушениях, частота узлов
сетки, позволяющая закрепить подвесной транспорт и
оборудование, простота транспортировки, снижение кон-
структивной высоты н др.
К недостаткам структурных систем относится повы-
шенная трудоемкость изготовления и сборки.
Самыми простыми по конструктивной схеме являются
структуры из пересекающихся в двух или трех направ-
лениях клееных или клеефанерных сплошных балочных
элементов. Угол между балками в плане может состав-
лять 90, 60 или 45°. При жестком соединении балок в
узлах получается пространственная статически неопреде-
лимая система. В зависимости от размера покрытия и
вида кровельного ограждения размер ячейки структуры
изменяется от 2,4 до 7,2 м.
Пролет структурных плит колеблется в пределах
12—28 м. Высота балочных элементов структуры состав-
ляет 1/16—1/30 пролета. Общая устойчивость системы
может обеспечиваться настилом или второстепенными
балками. Расчет структуры, как многократно статически
367
Рис. IX.24. Структуры,
из деревянных перекре-
щивающихся балок и фа-
нерных элементов з фор-
ме тетраэдров
а — схемы структур из пе-
рекрещивающихся балок;
б — узловые соединения ба-
лок; в — структура из регу-
лярно-пластинчатых фанер*
ных элементов
неопределимой системы, производят на ЭВМ. Для неко-
торых структурных схем можно воспользоваться табл.
IX.2. Наиболее распространенным решением узловых
соединений являются соединения на нагелях с помощью
металлических планок.
Балочные элементы могут быть одиночными или спа-
ренными. На рис. IX.24,а, б приведены некоторые схемы
структур из перекрещивающихся балок и их узловые
соединения. Примером структуры из регулярно-пластин-
чатых элементов может служить покрытие, которое было
представлено на строительной выставке в Лондоне. В
368
Таблица IX.2. Нагрузки й изгибающие моменты в
перекрестных балках при квадратных в плане перекрытиях (g — нагрузка на 1 м2)
Схема перекрытия	Обозначе- ние балки	Нагрузка на балку g 1	Максимально изгибающий момент glLs	Схема перекрытия	Обозначе- ние балки	Нагрузка на балку gl	Максимально изгибающий момент g/L*
24—423	. 369
			л		о 1 1 С\ о	0,562 0,412	0,0703 0,0520					а—а б—б	0,305 0,596	0,0382 0,0746
				-о]'							у)»-			
														
														
														
														
	—	L						«		L				
														
а G					а—а б—б	0,550 0,316	0,0686 0,0395				СУ	а—а б—б в—в	0,240 0,302 0,583	0,0425 0,0378 0,0729
				а а а							•			
														
														
														
														
								6						
					а—а б—б в—в	0,635 0,523 0,293	0,0794 0,0654 0,0366	. -к Л				а—а б—б в—в &—&	0,311 0,341 0,308 0,570	0,0389 0,0427 0,0385 0,0713
										‘V V xj V				
								г						
	/7 —1			ГТ										
	£			£										
	и е			и Л										
	0			а										
								&		——				
этой конструкции (рис. IX.24, в) раскосы заменены
объемными элементами в форме тетраэдра, каждый из
которых собран из четырех треугольных листов фанеры,
соединенных брусками. Одно из ребер тетраэдра входит
в паз элемента нижней решетки, другое — в паз элемен-
та верхней решетки, перпендикулярного нижнему. Объ-
емные связи между поясами структуры обладают более
высокой жесткостью, чем линейные раскосы.
В последнее время разработано много вариантов ме-
таллодеревянных конструкций, в которых растягиваю-
щие усилия воспринимаются металлическими стержнями,
а сжатые и внецеитренно сжатые стержни выполнены
из древесины. Примером такой комбинированной конст-
рукции может быть структурное покрытие размером в
плане 18X18 м, разработанное в ЦНИИСК им. В. А. Ку-
черенко, для применения в труднодоступных районах в
период их освоения. Высота структуры 1,7 м. Растяну-
тые нисходящие раскосы и стержни нижнего пояса вы-
полнены из уголков 50x5 мм. Стойки деревянные
130X130 мм, установлены с шагом 3 м. Верхний пояс об-
разуют сборные клеефанерные плиты размером 3X3 м.
Узловые соединения решены с помощью металлических
оголовников заводского изготовления, закрепленных на
деревянных стойках. Масса покрытия с утеплителем
45 кг/м2, расход стали 10 кг/м2, трудозатраты
1,72 чел.-ч/м2, расход древесины 0,03 м3/м2, фанеры —
0,016 м3/м2.
В пластмассовых структурах, как в плоских (пли-
тах), так и в криволинейных (сводах) используют объ-
емные свегопрозрачные или светонепроницаемые пира-
мидальные или гиперболические элементы, соединенные
в вершинах металлическими профилями. Размер основа-
ния пирамид 1,2—1,8 м, высота 0,5—0,6 м, толщина сте-
нок около 3 мм. Нижний пояс структуры образуется реб-
рами пирамиды, верхний — металлическими профилями.
Размер по диагонали гиперболических элементов
структуры в форме ромба достигает 7 м. Такие гипербо-
лические элементы из стеклопластика толщиной 5 мм,
соединенные в углах металлическими профилями, обра-
зуют пояса структуры покрытия рынка пролетом 21 м в
г. Лезу (-Франция).
ГЛАВА 3. КУПОЛА
§ 3.1. Общие сведения
Купольные покрытия являются самой распространен-
ной формой пространственных конструкций, в том числе
из древесины, фанеры, пластмасс. Будучи одним из наи-
более экономичных видов оболочек на круглом или мно-
гоугольном плане, они получили широкое распростране-
ние в гражданском, промышленном и сельскохозяйствен-
ном строительстве. Очертание куполов зависит от архитек-
турных и технологических требований, вида материала,
типизации элементов, простоты изготовления, транспор-
тировки и монтажа конструкций. Купольные оболочки
из пластмасс имеют диаметр от одного метра (свето-
вые фонари) до 50—60 м (сферы укрытия антенных уст-
ройств). При усилении пластмассовых куполов деревян-
ными или металлическими ребрами их пролеты могут
превышать 100 м. Купола из клеефанерных элементов
достигают диаметра 90 м. Известные к настоящему вре-
мени возведенные деревянные купола достигают пролета
153 и 162 м, а покрытие над стадионом, разработанное
фирмой «Вайерхозер» (г. Такома, США) в форме реб-
ристого купола с сетчатым заполнением из клееной дре-
весины и фанеры, запроектировано диаметром 257 м.
Классифицировать купола покрытия можно по самым
различным признакам. По материалу — из древесины,
фанеры, пластмасс и их сочетаний. По конструктивному
решению — тонкостенные купола-оболочки, ребристые
купола, ребристо-кольцевые, ребристо-кольцевые купола
с решетчатыми связями, сетчатые. По форме поверхно-
сти, получаемой вращением образующей вокруг верти-
кальной оси, купола могут быть сферического очерта-
ния, эллиптического, конического, в форме гиперболоида
вращения и т. д. Пластмассовые купола часто проекти-
руют из волнистых (лотковых) и складчатых элементов.
Основными нагрузками, действующими на купольное
покрытие, являются: собственный вес конструкции, сне-
говой покров, технологическая нагрузка от массы обору-
дования и приспособлений; для подъемистых куполов —
ветровая нагрузка.
Методика расчета купольных покрытий зависит от
типа оболочки н вида нагрузки — осесимметричной и
24*
371
неосесимметричной. К первой, как правило, относится
собственный вес конструкции; как вариант—масса
сплошного снегового покрова и симметрично подвешен-
ного оборудования. Ко второй — ветровая нагрузка; как
вариант — односторонняя снеговая и масса несимметрич-
но расположенного оборудования.
Оболочка купола считается пологой, если отношение
стрелы подъема купола к его диаметру не превышает
1/5. При отношении стрелы подъема купола к его диа-
метру не более 1/4 ветровой напор создает на поверхно-
сти купола отсос, который разгружает купол и при до-
статочном собственном весе покрытия может не учиты-
ваться. Однако легкие пластмассовые купола
необходимо проверять расчетом на действие отсоса
ветра.
§ 3.2. Тонкостенные купола-оболочки
По характеру работы к этой конструктивной схеме
ближе всего относятся пластмассовые гладкие купола-
оболочки однослойные, двух- и трехслойные. Однослой-
ные пластмассовые купола изготовляют из полиметилме-
такрилата (органическое стекло), полиэфирного стекло-
пластика (чаще всего светопрозрачного) и пенопласта
(пенополистирол и др.). Трехслойные купола-оболочки
общей толщиной от 15 до 50 мм имеют стеклопластико-
вые обшивки толщиной до 3 мм и средний слой из пено-
полистирола, пенополиуретана, пенополивиннлхлорида,
пенофенопласта, сотопласта и просто воздушной про-
слойки. Двухслойные оболочки состоят из наружного
стеклопластикового слоя и внутреннего пенопластового.
Диаметр и толщина однослойных куполов из полиме-
тилметакрилата соответственно достигают 10 м и 20 мм;
из стеклопластика—9 м и 6 мм; из пенопласта—24 м н
200 мм. Трехслойные купола возводят диаметром до
25 м с общей толщиной оболочки до 50 мм.
Параметры двухслойных куполов аналогичны одно-
слойным стеклопластиковым, так как внутренний пено-
пластовый слой в основном выполняет функцию утепли-
теля.
Интересным примером трехслойного пластмассового
купола является покрытие выставочного павильона в
г. Бергамо (Италия) (рис. IX.25). Диаметр купола 25 м,
высота подъема 9 м, общая толщина оболочки 50 мм,
372
Рис. IX.25. Трехслойный пластмассовый купол покрытия выставочно-
го павильона в г. Бергамо (Италия)
обшивка из стеклопластика толщиной 3 мм, средний
слой — пенопласт. Купол собран на болтах из 24 одно-
типных сегментов с размером понизу около 3,3 м, имею-
щих круглые проемы диаметром 1 м, заполненные акри-
ловыми фонарями. Сегменты опираются на полое желе-
зобетонное кольцо с размещенным на нем техническим
оборудованием. С двух сторон по диаметру купола устрое-
ны крупногабаритные проемы для въезда грузовых авто-
мобилей. При необходимости можно стыковать несколь-
ко куполов по выступам входного обрамления проемов,
получив тем самым многокупольное помещение. Масса
покрытия на 1 м2 перекрываемой площади 20 кг.
Деревянные тонкостенные купола-оболочки проекти-
руют диаметром 12—35 м; они, как правило, имеют сфе-
рическое очертание. Купол состоит (рис. IX.26) из ме-
ридианных ребер (арочек), верхнего и нижнего опорных
колец, кольцевого и косого настилов.
Меридианные ребра воспринимают сжимающие уси-
лия в оболочке по направлению меридиана и передают
их на верхние и нижние опорные кольца. Ребра состоят
из нескольких слоев склеенных или сбитых гвоздями до-
сок, общей высотой поперечного сечения не менее 1/250
диаметра купола, которую принимают из условия его
жесткости. Шаг ребер по иижнему опорному кольцу на-
значают 0,8—1,5 м. Верхние концы ребер присоединяют
шарнирно к верхнему сжатому кольцу. Ребра передают
на кольцо продольную и поперечную силу. Соединения
осуществляют металлическими накладками, присоединя-
373
Рис. IX.26. Тонкостенный купол-оболочка
а — поперечный разрез в план; G — притязание к верхнему опорвииу кмьяу;
в — детали покрытия; г—примыкали® к ляжлему овсрвому к-ольцу; / — до-
щатые ребра; 2 — шгжний слой кольцевого настила; 3 — верхний слой коль-
цевого нестила; 4—косой настил; 5 — кровля; о — верхнее опорное кольцо;
7 — нижнее железобетонное опорное кольцо; 8 — фонарь; Р •—металлическая
деталь креплении ребер
емыми к ребрам болтами, глухарями или зубчатыми
шпонками. При значительных поперечных усилиях при-
меняют сварные металлические башмаки.
374
Верхнее кольцо изготовляют металлическим или де-
ревянным. Деревянные кольца могут быть клееными или
кружальными на гвоздях. Диаметр верхнего кольца при-
нимают таким, чтобы к нему беспрепятственно примыка-
ло требуемое количество меридианных ребер. Отверстие
кольца часто используют как световой или аэрационный
фонарь.
Нижнее опорное кольцо воспринимает распор мери-
дианных ребер и работает на растяжение. Оно может
быть железобетонным, деревянным или металлическим
в зависимости от уровня опирания купола и вида ниж-
них опорных конструкций (железобетонные фундаменты,
металлические или деревянные стойки и т. д.). Концы
ребер должны быть заанкерены в опорном кольце, а по-
следнее надежно соединено с нижележащими конструк-
циями.
Кольцевые настилы воспринимают усилия, действую-
щие в кольцевом направлении оболочки. В нижней части
купола, где могут возникать растягивающие кольцевые
усилия, кольцевой настил выполняют из двух слоев до-
сок. Нижний укладывают непосредственно на меридиан-
ные ребра, верхний—перекрывает стыки нижнего, сдви-
гаясь относительно их на половину длины доскн. Оба
слоя прибивают гвоздями. Доски не выкружаливают и
поэтому между ними образуются зазоры. Вместо досок
можно применять склеенные по длине плети брусков. В
этом случае настил может быть одинарным, стыки пле-
тей располагаются вразбежку и соединяются гвоздями
через меридианное ребро или смежные бруски. Толщину
досок кольцевого настила принимают 19—25 мм. В верх-
ней части купола, где действуют сжимающие кольцевые
усилия, настил выполняют из одного слоя досок (брус-
ков) толщиной, равной двойному нижнему кольцевому
настилу.
Косой настил воспринимает сдвигающие усилия, ко-
торые возникают при несимметричной нагрузке на купол.
Он состоит из одного слоя досок толщиной 16—25 мм,
укладываемого сверху кольцевого настила от одного ме-
ридианного ребра к другому, под углом около 45°, обра-
зуя на поверхности купола елочку.
Купола-оболочки могут быть выполнены из крупно-
панельных клеефанерных элементов, что значительно
снижает трудоемкость возведения покрытия.
Деревянные тонкостенные купола-оболочки собирают
375
с помощью лесов. Особое внимание обращается на при-
торцовку стыков сжатого кольцевого настила.
Статический расчет куполов-оболочек производят по
безмоментной теории, согласно которой для сферической
оболочки при действии на нее осесимметричной нагрузки
основное уравнение напряженного состояния имеет вид
7’i4-7’2 = ?/?,	(IX. 16)
где Т1 — меридиональное усилие на единицу длины кольцевого се-
чения; Т2 — кольцевое усилие на единицу длины дуги меридиана;
? — равномерно распределенное нормальное к поверхности купола
давление, направленное к центру сферы; R — радиус сферического
купола (рис. 1Х.27,а).
Определение усилий от собственного веса. Постоян-
ная нагрузка от собственного веса g считается равно-
мерно распределенной по всей поверхности купола
(рис. IX.27, а). Для определения меридионального уси-
лия Т\ рассмотрим равновесие верхней части купола,
отсеченной горизонтальной плоскостью, проходящей на
расстоянии у от центра сферы (рис. IX.27,а). На отсе-
ченный сферический сегмент действует нагрузка от соб-
ственного веса вышележащей части купола
2n/?/g = 2л/?(R—R cos<р)g,
которая уравновешивается проекцией на вертикальную
ось меридиональных усилий Ti, действующих по перимет-
ру кольцевого сечения радиусом r=/?sin<p,
7\ 2w sin ф = 7\ 2л/? sin2 <р,
отсюда меридиональное усилие на единицу длины колы
ца равно
pR (1 — cos <ь)	/?
7\ =-	1---------XL =_ „---------2_ (IX. 17)
sin2 <р	6 1 4- cos ф
Для тонкостенного деревянного купола-оболочки при
числе меридианных ребер m и расстоянии между ними
по длине дуги рассматриваемого горизонтального сече-
ния а усилие в одном ребре в данном горизонтальном се-
чении определяется:
7’1Рео=Т1а.
Кольцевое усилие 1\ найдем из основного уравнения без-
моментной сферической оболочки (IX. 1), выражая дав-
376
5}
Ч)
Рис. IX.27. Нагрузки и усилия в куполе-оболочке
а —расчетная схема; б — эпюры меридиональных и кольцевых усилий от соб-
ственного веса купола; в—то же. от снеговой нагрузки; г, е — эпюры ветро-
вого давления иа купол в поперечном сечении и в плане; д, ж — симметрич-
ная и кососимметричная эпюры ветрового давления на купол
ление q через вертикальную нагрузку g, a 7\ через зна-
чение уравнения (IX. 17) Q=g’cos<p,
— 8 Г, '#--НТ2=— gcostp/?,
1 + cos <р
откуда кольцевое усилие на единицу длины меридиана
Т2=—Kg[cosq>——(IX. 18)
(	1 cos <р)	’
377
При угле <р=5Г49' кольцевое усилие меняет свой
знак, переходя от сжимающего к растягивающему.
Усилия Ti и Т2, определенные по формулам (IX.17) и
'(IX. 18) справедливы для сплошного замкнутого купола.
Если в куполе имеется фонарное отверстие и масса фо-
наря более чем в 1,5 раза отличается от массы вырезан-
ной части купола, то необходимо учесть нагрузку Рк
(рис. IX.27, а), линейно распределенную по краю сечения
фонарного выреза
7\ =— Ps (sincpi/sin2 ф);
T2 =-₽K (sin <p1/sin2 ф).
Растягивающие усилия в опорном кольце от собст-
венного веса купола можно определить по формуле
А'и = (?<р„/2л tgcp0,
где Q ф.— масса купола.
Q<p0 = 2л/?2 g (1 — cos <p0).
Для случая кольцевой нагрузки по фонарному вырезу
Л'к = Тк R sin ctgq>0.
Определение усилий от снеговой нагрузки. Интенсив-
ность снеговой нагрузки по поверхности купола обычно
принимают по закону косинуса P — P0cosq>, где Ро—
равномерно распределенная нагрузка по проекции по-
верхности на горизонтальную плоскость.
Меридиональное усилие на единицу длины кольца в
любом сечении имеет постоянное значение
т пг2ро __ р»р
1 2лг sin ср 2
Усилие на одно меридианное ребро составит
Лреб— 2
Кольцевое усилие на единицу длины меридиана опре-
делится с учетом нормальной составляющей нагрузки в
уровне кольцевого сечения q — Рй cos2<p из уравнения
(IX.16)
т2=— <?R+ Р0-у ------Y Р0«к2ф.
Кольцевое усилие меняет знак при <р = 45°.
Усилие растяжения в опорном кольце
JVK = (Po^2/4)sin2<f0.
378
При действии на купол несимметричной нагрузки в
оболочке кроме меридиональных и кольцевых усилий
возникают сдвигающие усилия S. Расчет сферического
купола на одностороннюю снеговую нагрузку, исходя из
нормальной к поверхности купола нагрузки
Р = 0,-4Ро (1 sin<р sin -ф),
где PQ — нагрузка на единицу площади горизонтальной поверхности;
ф — угол широты в плане нижнего круга сферического купола, от-
считываемый от диаметра, перпендикулярного направлению ветра,
при котором получается одностороннее загружение (рис. IX.27, с).
7\ — 0,4Po^f^r + ~C0S —(2 4- cos ф) (1 — cos <р)2 sin
[2	3 sin3 q>	J
Та = 0,4Р0+ [sin ср — - C0S (2 4-cos ф) (1 — cos <p)2l sin ф)
12	[ 3sm3 ф	J J;
O,4PoR (2 + cos<p)(l—cos <p)®
S =---7------------—---------cos ф.
3	sin3 q>
Определение усилий от ветровой нагрузки произво-
дят приближенно заменой действительной эпюры ветро-
вого давления (рис. IX.27, г) суммой двух эпюр — сим-
метричной (рис. IX.27, д) g-“M = g''cos 2<р, где ^ — рас-
четная нагрузка от давления ветра на вертикальную
плоскость на уровне основания купола, и кососиммет-
ричной (рИС. IX.27, Ж) §Т=£вЗП1ф81Пф.
Усилия от симметричной эпюры:
гсим __ о $ 1 + COS <р + COS2 ф _
1 в 3 l -f- cos ф
1 4- COS <р 4- COS2 <р 1
3 (1 4- cos <р)	] ’
^им=-^/?[соа2ф
Усилия от кососимметричной эпюры ветрового давле-
ния:
T _g0n C0StP ( 2
^B\in3<p [ 3
fl - Г	cos	Ф
=	51Пф-^-
2	[	sin3	ф
— cos ф + “ cos3 cpj sin ф,
/ 2	1	, \]
I —cos Ф 4- cos3<p || sin <p.
Кососимметричная нагрузка дает сдвигающие усилия,
которые можно определить из табл. IX.3.
Купольные покрытия обладают хорошей обтекае-
мостью. Поэтому при f/l^A/4 достаточно учесть только
симметричный отсос. Для купола с	следует при-
379
Таблица IX.3. Сдвигающие усилия в сферическом куполе при
кососимметричной ветровой нагрузке
Ч>. град	Сдвигающие усилия S
10	O.Sgg# (0,0356 cos ф—0,0048 cos Зф)
30	0,5gg R (0,1165 cos ф—0,0571 cos Зф)
50	0,5gB R (0,2134 cos ф—0,1897 cos Зф)
70	0,5gg J? (0,3506 cos ф—0,4906 cos Зф)
90	0,5ggl? (0,5657 cos ф—1,3254cosЗф)
иимать во внимание и кососимметричную ветровую на-
грузку.
В деревянных тонкостенных куполах-оболочках гвоз-
ди, соединяющие настилы купола с меридианными реб-
рами, рассчитывают на разность усилий Л по их длине.
Двойной кольцевой растянутый настил проверяют на
прочность по площади /?Нт=0>5/:'бр- Гвозди в растянутом
кольцевом настиле рассчитывают из условия перекры-
тия его стыков и размещают в местах пересечения досок
настила с меридианными ребрами. Доски косого насти-
ла проверяют на усилия S, на эту же силу рассчитывают
гвозди, соединяющие косой настил с меридианными реб-
рами. Верхнее кольцо купола проверяют на сжатие е
учетом опасности потери устойчивости и на смятие в
стыках.
Усилие сжатия в кольце
Л’к = Т1 гк cos %.
Проверка кольца на устойчивость
°кр —
Л'кр
Гк
ЗД’к Jr
Re

где FK, Ее, Jk, Гк—площадь поперечного сечения, модуль упругости
материала, момент инерции и радиус кривизны кольца относительно
вертикальной осн.
380
Критическое напряжение потери устойчивости сфери-
ческой оболочки проверяют по формуле
Е6
Окр —------------,
где 6 — толщина оболочки; Е, ц — модуль упругости и коэффициент
Пуассона материала (древесины, пластмасс, фанеры); 2сгс — сум-
марное сжимающее напряжение от всех видов загружения; /? — ра-
диус кривизны сферической оболочки.
§ 3.3.	Ребристые купола
Ребристые купола — одна из первых конструктивных
схем купольных покрытий, состоящая из отдельных, по-
ставленных радиально плоскостных несущих криволи-
нейных или прямолинейных ребер, опирающихся в верх-
нее и нижнее опорные кольца или фундаменты (рие.
IX.28). Ограждающая часть покрытия, уложенная по
верхним граням ребер, образует поверхность купола. По-
крытие состоит из дощатых щитов или настила по коль-
цевым прогонам, клеефанерных или стеклопластиковых
панелей.
Несущие меридианные деревянные ребра постоянно-
го или переменного сечения могут быть выполнены в виде
полуарок (поверхности положительной гауссовой кри-
визны) или прямолинейных элементов (конические купо-
ла) из клееной древесины, фанеры или досок со сплош-
ной или сквозной стенкой на гвоздях, а иногда из ферм.
Несущие ребра увеличивают жесткость купола, позволя-
ют воспринимать сосредоточенные нагрузки от оборудо-
вания, способствуют приданию оболочки проектной фор-
мы при возведении и облегчают монтаж покрытия. Вы-
соту поперечного сечения ребер принимают в пределах
1/50—1/75 диаметра купола. Ребра устанавливают по
нижнему опорному кольцу с шагом 4,5—6 м. Для обес-
печения устойчивости ребер из плоскости и повышения
общей жесткости покрытия между двумя соседними реб-
рами купола устанавливают связи. Количество пар ре-
бер, соединенных связями, принимают не менее трех.
Чаще всего ребра соединяют попарно по всему покры-
тию.
Дощатый настил укладывают по прогонам в два
слоя — продольный и косой.
Верхнее сжатое кольцо (круглое или многоугольное)
в отличие от кольца тонкостенных куполов-оболочек про-
381
1-1
рез конического ребристого купола; / — ребро;
2 — прогоны или панели; 8 — скатные связи; 4 —кровля; 5 —верхнее металли-
ческое опорное кольцо; 6 — металлическая планка; 7 — зубчатая шпонка; 8 —
ребро жесткости; 9 — пластичный шарнир; 10 — клин из клееной древесины;
11 — полимербетон; 12 — столик опорного кольца
382
ектируют более жестким, учитывая его работу на изгиб
и кручение, так как два ребра, расположенные в одной
диаметральной плоскости, работают как арочная конст-
рукция, прерванная в коньковом шарнире кольцом. При
большом диаметре верхнее кольцо для повышения его
жесткости и устойчивости раскрепляют внутренними рас-
порками. Нижнее опорное кольцо как в тонкостенных ку-
полах может быть круглого или многоугольного очерта-
ния из железобетона, металла или древесины. Соедине-
ние ребер с верхним и нижним кольцами осуществляется
шарнирно (рис. IX.28).
Пример ребристого купола — покрытие крытого рын-
ка в Волоколамске (рис. IX.29). Основными элементами
ребристого купола диаметром 30 м являются 12 клееных
деревянных меридианных ребер (полуарок). На отметке
около 7 м сделано кольцо-затяжка из напрягаемой ар-
матуры класса AI сечением 2020 мм. Нижние концы по-
луарок через пластинчатые шарниры опираются на
железобетонные фундаменты (см. рис. IX.28,г), а верх-
ние— в металлическое опорное кольцо из трубы диамет-
ром 1020 мм (см.рис. IX.28, в); между основными ребра-
ми устроены 12 витражных полуарок. Панели покрытия
деревянные трехслойяые с обшивкой из досок толщиной
19 и 25 мм. Заполнение панелей — мииераловатные по-
лужесткие плиты толщиной 80 мм. Панели опираются на
клееные прогоны шагом 1,5 м. Кровля из оцинкованной
стали. Высота купола 14,5 м. Вверху устроен фонарь.
По характеру работы к ребристым куполам относят-
ся складчатые купола нз древесины, фанеры, пластмасс
и волнистые из стеклопластика. На рнс. IX.30 показано
складчатое купольное покрытие здания павильона дет-
ских игр в г. Блекпуле (США) диаметром около 20 м,
высотой в центре зала 7 м. Каждое из 16 ребер собрано
из четырех треугольных решетчатых элементов. Кровля
купола выполнена из алюминиевых листов, распор вос-
принимается металлическим кольцом, опирающимся на
стальные стойки.
Волнистые стеклопластиковые купола из лоткообраз-
ных криволинейных элементов (волн) меридианной раз-
резки выполняют диаметром до 30 м. Масса покрытия на
1 м2 проекции составляет 10—20 кг. Толщина волны ко-
леблется от 4 мм в центре до 8 мм по краям. Соединение
болтовое. На рис. IX.31 приведен пример покрытия рын-
ка в пригороде Парижа Сент-Уан диаметром 18 м, со
383
Рис. IX.29. Крытый рынок на 100 торговых мест в Волоколамске
Рис. 11.30. Складчатое купольное покрытие павильона детских игр в
Блекпуле (США)
стрелой подъема 3,3 и. Каждый из 20 волнистых элемен-
тов имеет ширину в основании 2,8, высоту 1,1 м, толщи-
ну 7 мм. Купол установлен в верхней части здания раз-
мером 36X18 м.
Расчет ребристых куполов на вертикальную симмет-
ричную относительно оси купола нагрузку может быть
384
Рис. IX.3I. Волнистый стеклопластиковый купол диаметром !8 м над
зданием рынка в Сент-Уан (Франция)
ПТГгтггтт^^^
Рис. 1Х.32. Расчетные схемы арок ребристых (а) и ребристо-кольце-
вых (б) куполов
выполнен расчленением покрытия на отдельные плоские
арки, каждая из которых воспринимает нагрузку с при-
ходящейся на нее грузовой площади треугольного очер-
тания.
При расчете купола на горизонтальную ветровую или
несимметричную вертикальную нагрузки конструкцию
также расчленяют на диаметрально расположенные ар-
ки. Арка, получающая от нагрузки наибольшее горизон-
тальное смещение, испытывает упругий отпор остальных
арок, расположенных под углом к ней. Для простоты
считают, что горизонтальные сечения купола не дефор-
мируются, а только смещаются в горизонтальном на-
правлении одно относительно другого. Тогда упругий
отпор на рассматриваемую арку можно считать прило-
женным в ключе арки (рис. IX.32, а) и усилия опреде-
ляются из условия совместности деформаций всех арок
в ключевом шарнире, используя при этом уравнение ме-
тода сил. Такой расчет можно выполнить по методике,
25—423	385
изложенной в курсе «Металлические конструкции» под
общей редакцией проф., д-ра техн, наук Е. И. Беленя.
Для приближенного расчета в запас прочности мож-
но рассчитывать арки на все виды загружения как обыч-
ные плоские системы.
При подборе сечения арок в зависимости от жесткос-
ти и надежности их соединения с кольцевыми прогонами
последние могут обеспечивать общую устойчивость ме-
ридианных ребер из их плоскости, уменьшая расчетную
длину ребер при проверке устойчивости плоской формы
деформирования. Расчет верхнего и нижнего колец вы-
полняют аналогично куполам предыдущего типа.
§ 3.4.	Ребристо-кольцевые купола
В ребристо-кольцевых схемах купольных покрытий в
общую работу каркаса купола включены непрерывные
кольцевые прогоны, которые пересекают меридианные
ребра и работают не только на местный изгиб, но и вос-
принимают растягивающие кольцевые усилия, являясь
ярусными затяжками. Сечения такого купола в плоскос-
ти кольцевых прогонов не имеют свободных горизон-
тальных перемещений. Высота поперечного сечения ре-
бер благодаря участию в общей работе купола кольце-
вых прогонов уменьшается до 1/100—1/150 диаметра
купола. Ребра с кольцевыми прогонами соединяются, как
правило, шарнирно. Кольцевые прогоны и ребра чаще
всего изготовляют из клееной древесины, но могут быть
и клеефанерными. При диаметре купола 90—100 м вы-
сота поперечного сечения ребер составляет 30—50 см.
Верхнее и нижнее кольца, а также скатные (по верх-
нему поясу ребер) и поперечные (вертикальные) связи
между ребрами, устраивают как и в ребристых куполах.
Внешний вид ребристо-кольцевого купола аналогичен
ребристому куполу.
При осесимметричной нагрузке расчет купола можно
вести, расчленяя его на плоские арки е условными за-
тяжками-кольцами (рис. IX.32, б), каждая из которых
полностью воспринимает приходящуюся на ее долю на-
грузку, так как силы взаимодействия между арками в
ключе равны нулю. Площадь сечения условных затяжек
определяют по формуле
„	2 л/7к Ек
386
Рис. 1Х.ЗЗ. Схемы сетчатых куполов
а — ребристо-кольцевая со связями; б — звездчатая, в — схема Чивитта; г —
схема «ромб»
где п — количество ребер в куполе; FK, Е„ — площадь и модуль
упругости кольца; Fs, Ез— площадь и модуль упругости условной
затяжки.
Неизвестные усилия в затяжках проще всего вычис-
лить методом сил, решая систему с количеством неиз-
вестных, равным числу условных затяжек. При несим-
метричных нагрузках купол рассчитывают так же, как и
ребристый.
Следующей конструктивной схемой купола, которой
предусмотрено увеличение связанности системы, являет-
ся ребристо-кольцевой купол с решетчатыми связями
(рис. IX.33,а), устанавливаемыми в каждой четырех-
угольной ячейке ребристо-кольцевого купола. Диагональ-
ные связи участвуют в общей работе купола, что приво-
дит к уменьшению усилий в ребрах и кольцах. Именно
по такой конструктивной схеме чаще всего проектируют
25*	387
Рис. IX.34. Ребристо-кольцевой купол с решетчатыми связями диа-
метром 91,5 м
купола большого диаметра (около 100 м) — например, ку-
пол диаметром 92,2 м над крытым стадионом в г. Бозме-
не (США), купола над спортивными сооружениями диа-
метром 63 м вг. Ньюкасле и 67 м в г. Перте (Велико-
британия) и т. д. Общий вид купола такой системы пред-
ставлен на рис. IX.34.
Анализ усилий в ребристо-кольцевом куполе с шар-
нирным присоединением колец к меридианным ребрами'
с жестким соединением (рамный купол), а также в реб-
ристо-кольцевом куполе со связями по всей поверхности
показал, что при осесимметричных нагрузках усилия во
всех перечисленных куполах практически одинаковы.
Однако при неосесимметричных нагрузках значение уси-
лий в ребристо-кольцевом куполе со связями значитель-
но меньше, чем в ребристо-кольцевых. В рамном ку-
поле изгибающие моменты в ребрах примерно на 15 %
меньше, чем в ребристо-кольцевом с шарнирным присое-
динением колец к ребрам.
388
§ 3.5.	Сетчатые купола
Сетчатые купола — это многогранники, вписанные ча-
ще всего в сферическую поверхность вращения. Сетка
обычно образуется из треугольников, трапеций, ромбов,
пятиугольников, шестиугольников и других фигур.
Стержни решетки в узлах сетчатых куполов соединяются
шарнирно. Сетчатый купол является распорной систе-
мой, который воспринимается нижним опорным кольцом.
В последнее время при проектировании деревянных ку-
полов большого диаметра (до 257 м) сетчатые схемы по-
лучили широкое распространение. Они отличаются лег-
костью, четкостью и декоративностью рисунка конст-
руктивных элементов.
Наиболее часто применяют купола с треугольной
ячейкой и ее разновидностью. Предопределяют этот
класс куполов ребристо-кольцевые купола с решетчаты-
ми связями. Различают два метода построения сетчатых
поверхностей. Для сравнительно пологих куполов ха-
рактерен первый метод, основанный на построении плос-
кой сети для одного из одинаковых пространственных
секторов поверхности с последующим проектированием
этой сети на криволинейную поверхность купола. К та-
ким схемам сетчатых куполов относятся: 1) ребристо-
кольцевая со связями (купол Шведлера) (рис.
1Х.ЗЗ;н); 2) звездчатая схема (купол Феппля) (рис.
IX.33, б); 3) схема Чивитта (рис. IX.33, а); 4) схема
ромба (рис. IX.33,а).
Второй метод построения сетчатых поверхностей
наиболее выгоден для подъемистых сферических куполов
и основан на последовательном членении вписанных в
сферу правильных многогранников — додекаэдра (две-
надцатигранник) и косаэдра (двадцатигранник). Эле-
ментарные треугольники после членения сферы могут
быть объединены в ромбические, пятиугольные, шести-
угольные панели.
Этот метод построения сетчатых поверхностей широко
используют в пластмассовых, клеефанерных и деревян-
ных куполах, собираемых из плоских или криволинейных
панелей.
Пластмассовые купола с такой разрезкой из плоских
стеклопластнковых панелей диаметром 6—8 м применя-
ют для жилых домиков, до пятидесятиметровых усечен-
ных сферических оболочек — для безметального укрытия
389
Рис. IX.35. Многогранный сетчатый купол
а —фасад н план; б—определение усилий в стержнях сетчатого купола*
в — расчет на местную устойчивость сетчатого купола
антенн радиотелескопов. Пример многогранного купола
из клеефанерных или стеклопластиковых панелей, обра-
зующих пяти- и шестигранные пирамиды,— купол, пока-
занный на рис. IX.35, а.
Клееный деревянный сетчатый купол покрытия ста-
диона в г. Флагстафф (США) имеет диаметр 153 м и
стрелу подъема 29,2 м. Сетка купола в форме треуголь-
ных ячеек со сторонами от 18,9 до 10,7. м изготовлена из
криволинейных деревянных элементов, соединенных меж-
ду собой стальными болтами и фасонками. Купол под-
держивается железобетонным кольцом, опирающимся
на 36 контрфорсов. Кровля из стекловолокна на битум-
ной мастике выполнена по деревянному настилу из
шпунтованных досок толщиной 25 мм, уложенных по де-
ревянным прогонам с шагом 2,4 м. Снизу к доскам под-
шит утеплитель нз стекловолокнистых плит толщиной
76 мм.
Сетчатые купола рассчитывают по безмоментной тео-
рии как сплошные осесимметричные оболочки (см.
§ 3.2). Усилия в стержнях купола определяют умноже-
нием меридиональных Л и кольцевых Т2 усилий на со-
390
ответствующие расстояния между стержнями в рассмат-
риваемых сечениях купола, и проектировании этих уси-
лий на направления стержней (рис. IX.35,б). При ячей-
ке в виде равностороннего треугольника усилия в
стержнях:
Ni = (//2VT) (37\-Т2):
N2 = (//Кз) (г2 —V3S );
Л'з =(//Кз] (Tz-Vs).
Кроме осевых усилий М, /Vs, Л'з в стержнях могут
возникать изгибающие моменты от местной нагрузки,
которые необходимо учитывать при расчете стержней на
внецентренное сжатие.
Местная потеря устойчивости сетчатого купола со-
стоит в явлении продавливания узла к центру сферы
(рис. IX.35,в). Для расчета на местную устойчивость
необходимо проверить на продольный изгиб стержень
узла при расчетной длине, равной
zp -- (w-cV" i УТ/л») z,
где гc—радиус инерции сечения стержня; I—длина стержня; h —
величина превышения вершины узла пирамиды над примыкающими
к нему соседними узлами.
Чтобы избежать общей потери устойчивости сетча-
той оболочки необходимо, чтобы равномерное радиаль-
ное давление на сферический купол не превышало кри-
тического
где £, F, гс, Z—модуль упругости, площадь, радиус инерции и дли-
на стержня; г — радиус сферы.
§ 3.6. Кружально-сетчатые купола из сомкнутых сводов
Конструкции кружально-сетчатых сомкнутых сводов.
Купол из сомкнутых сводов образует в плайе правиль-
ный многоугольник и состоит из одинаковых секторов
(рис. IX.36 и IX. 37), являющихся частью цилиндричес-
кого свода. Смежные секторы сомкнутого свода соеди-
няются между собой специальными ребрами, называе-
мыми гуртами. Шаг сетки с, угол ф между косяками и
угол а между нижними ребрами косяков и образующей
391
Рис. 1Х.36. Сомкнутый сетчатый свод над станцией обслуживания
автомобилей в Москве
свода принимают такими же, как в цилиндрических кру-
жально-сетчатых сводах.
Косяки, примыкающие к гуртам, соединены с ними
«по месту». Гурт имеет эллиптическое очертание, кото-
рое при fsCiLrib может быть практически заменено ок-
ружностью, построенной по трем точкам — одна посере-
дине н две по концам гурта. Для покрытий, особенно где
косяки сетки клееные, целесообразно гурты выполнять
также клееными — либо из стандартных косяков, как
кружальные арки, либо из пакета гнутых досок, как
клееные арки.
Нижнее распорное кольцо, имеющее очертание пра-
вильного многоугольника, может быть из стали или же-
лезобетона либо металлодеревянным из горизонтальных
шпренгельных ферм, где изгибающие моменты воспри-
нимаются деревянным поясом, а замкнутая многоуголь-
ная Схема металлических шпренгелей воспринимает
392
Рис. 1X37. Схематический план и разрез сетчатого сомкнутого сво-
да со стандартными косяками
растягивающие усилия от распора. Верхнее сжатое коль-
цо решают обычно по принципу многослойной кружаль-
ной арки.
Представляет интерес разновидность сомкнутого сет-
чатого свода, разработанного в США для пролета 257м
(рис. IX.38). Проект этого свода предусматривает ис-
пользование его для покрытия стадионов в городах
Портленде, Филадельфии, Детройте и Новом Орлеане.
Стрела подъема этого покрытия 76 м. Гурты клееные,
393
С)
Рис. IX.38. Проект перекрытия стадиона диаметром 257 м, разрабо-
танного для четырех городов США
а —схема купола; б —- сечение гурта
переменного коробчатого сечения. Максимальная высо-
та сечения 334 см. Верхний пояс представляет собой па-
кет шириной 91 см, а нижний пояс состоит из двух па-
кетов шириной по 36 см. Высота поясов одинаковая и
равна 61 см. Устойчивость стенок гурта, выполненных из
фанеры толщиной 76 мм, обеспечивается изнутри ребра-
ми жесткости. Нижнее распорное кольцо полое клееное.
Внутри кольца проходят предварительно напряженные
стальные тросы. Ромбическая сетка между гуртами вы-
полнена из клееных косяков. По сетке уложены клеефа-
нерные панели, которые имеют размеры и формы, соот-
ветствующие ромбовидной ячейке. Кровля — из листов
алюминиевого сплава. Это купольное покрытие было
принято для строительства, как самое экономичное по
сравнению с вариантами из других строительных мате-
риалов.
Расчет кружально-сетчатых куполов из сомкнутых
сводов. Отдельные секторы кружально-сетчатых ку-
полов из сомкнутых сводов работают как своды, опер-
тые по трем сторонам. Чем больше секторов в сомкнутом
своде, тем ближе его работа к работе куполов враще-
ния. Приближенный расчет сомкнутых сводов обычно
производят по безмоментной теории расчета куполов
394
вращения. Преобразуя формулу (IX. 1) с учетом поверх-
ности граненого куцола, получим меридиональное уси-
лие 1\ от собственного веса купола на 1 м горизонталь-'
ного сечения
^B=(\/2Sin<p)g,	(IX. 19)
где 5(р —длина дуги, стягивающая угол <р. (рис. IX.39).
Меридиональные усилия от снеговой нагрузки и коль-
цевые усилия от собственного веса и снега определяют
по соответствующим формулам для сферических купо-
лов-оболочек. Меридиональные усилия сжатия и
кольцевые усилия сжатия воспринимаются косяками
сетки, а кольцевые усилия растяжения — кольцевым на-
стилом. Усилие Nt (рис. IX.40), приходящееся на один
косяк, находят по формуле
'	" сТ\	SrJ>
2cos(;^+ 2sin(;/2) > ox.20)
где Tt = T j,B +T CjH —суммарное меридиональное усилие на 1 м об-
разующей свода в сечении с-углом ц>: Т^Т'ъ +Т —суммарное
кольцевое усилие на 1 м дуги поперечного сечения свода-при угле <р;
с — шаг косяков сетки вдоль образующей цилиндра; 5^ —шаг ко-
сяков сетки вдоль дуги поперечного сечения цилиндра.
Если в рассматриваемом узле Т2 является усилием
растяжения, то последний член в формуле для М отпа-
дает; само же усилие Т2 должно быть воспринято коль-
цевым настилом.
Сечение косяков обычно подбирают из условия смя-
тия торцами набегающих косяков боковых граней сквоз-
ного косяка по формуле
У1/Ент < Rcwa'
где far — площадь нетто нормального сечения косяка в торце для
метального варианта; для варианта с узловым соединением на ши-
пах из этой площади вычитают площадь нормального сечения ши-
па; высота косяка посередине его длины hK нс должна быть меньше
1/150Ас.
Кроме того, вдоль образующей свода в секторе про-
веряют отдельные полосы на продольный изгиб под дей-
ствием сил сжатия Т2. Рассчитываемую полосу свода
принимают равной по ширине (см. рис. IX.39), а по
длине — расстоянию ап между осями смежных гуртов
на уровне, соответствующем положению продольной оси
расчетной полосы.
395
Рис. IX.39. Расчетная схема од-
ного сектора сетчатого сомк-
нутого свода
Рис. 1Х.40. Расчетная схема
разложения сил в типовом уз-
ле сетчатого купола
Длину ап определяют по формуле
n,,=2/?c siruptgaj,
где if — центральный угол, соответствующий положению осевой ли-
нии ап', Qi — половина центрального угла сектора в плане.
Положение расчетной полосы устанавливают подбо-
ром. Напряжение в косяках с учетом продольного изги-
ба проверяют по формуле
Г,
----------
2Fe <рпр sin —
где фпр—коэффициент продольного изгиба.
Приведенная гибкость расчетной полосы ап
Л = З,5ап/Лк.
396
Сечение растянутого кольцевого настила подбирают
аналогично подбору сечения куполов-оболочек. Кольце-
вые растягивающие усилия между отдельными сектора-
ми передаются с помощью гуртов. Прикрепление кольце-
вого настила к гуртам проверяют на соответствующее
усилие в кольцевом настиле. Соединение косяков с на-
стенным брусом и гуртом проверяют на смятие от уси-
лий JVi в косяках. В сжатой зоне кольцевых усилий при
симметричной нагрузке кольцевой настил воспринимает
только местную нагрузку в пролете между косяками.
При несимметричной нагрузке неизменяемость сетки
обеспечивается кольцевым настилом, который восприни-
мает при этом продольный распор в каждом секторе
свода, определяемый на единицу длины дуги поперечно-
го сечения свода по формуле
с	ф	ф
Nn = —	«TVgS-i- .	(IX.21)
Прикрепление кольцевого настила к гуртам проверя-
ют также на усилие Nn по аналогии с кружально-сетча-
тыми сводами. В растянутой зоне прикрепление кольце-
вого настила к гуртам проверяют на суммарное усилие
Nn и Т2.
Нижнее опорное кольцо (многоугольное в плайе)
рассчитывают на растяжение и изгиб в горизонтальном
направлении от распора свода при наличии сплошной
вертикальной опоры и на косой изгиб при опирании коль-
ца в отдельных точках (совпадающих обычно с поло-
жением гуртов). Растягивающее усилие в многоугольном
кольце (см. рис. IX.39).
Np = 0,5T’1cos(poBctgai.	(IX.22)
Верхнее сжатое кольцо при многоугольном плане
рассчитывают на сжатие усилием, определяемым по
формуле
JVc—O.STjCostp^ctgaj,	(IX.23)
где at — сторона верхнего многоугольника кольца.
При круговом очертании верхнее кольцо рассчитыва-
ют так же, как в куполах-оболочках.
Узловые болты в конструкции сетчатого купола с уз-
лами на болтах рассчитывают аналогично кружально-
сетчатым сводам на усилие
2V6 = ^1ctg4.	(IX.24)
397
Если необходимо, чтобы сомкнутый свод воспринимал
в условиях эксплуатации сосредоточенные нагрузки, их
непосредственно передают на гурты, которые при этом
рассчитывают как плоские трехшарнирные аркн. Также
рассчитывают гурты, если при монтаже к ним подвеши-
вают подмости или другие монтажные приспособления.
Возведение кружально-сетчатых сомкнутых сводов.
При сборке сомкнутых сводов в качестве монтажных
элементов часто используют усиленные гурты. Сборку
свода ведут в такой последовательности. Сначала уста-
навливают и закрепляют нижнее опорное кольцо и
центральную башню, на которую укладывают верхнее
кольцо. После этого ставят усиленные гурты свода, ко-
торые рекомендуется поднимать и устанавливать спа-
ренными для придания им пространственной жесткости.
Гурты раскрепляют монтажными дощатыми раскосами,
затем к ним подвешивают небольшие подмости в преде-
лах одного сектора или даже части его.
Свод собирают секторами. Целесообразно собирать
одновременно два противоположных сектора. Переходя к
сборке следующих секторов, предварительно переносят
и закрепляют подвесные подмости. В остальном сборка
аналогична сборке кружально-сетчатых сводов. Может
быть п другой способ возведения сомкнутых сетчатых
сводов. Сначала собирают внизу все основные элементы
(гурты, косяки, сетки и опорные брусья) отдельных сек-
торов, а затем их поднимают и устанавливают на место.
При этом примыкающие друг к другу секторы образуют
спаренные гурты, что должно быть учтено при их расче-
те и конструировании.
ГЛАВА 4. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ, ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ
И ГИПЕРБОЛИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ
§ 4.1. Своды-оболочки, крестовые своды,
оболочки двоякой положительной кривизны
Своды-оболочки нулевой гауссовой кривизны пред-
ставляют собой безраспорные покрытия цилиндрической
формы, опертые на торцовые стены или диафрагмы.
Оболочка должна обладать свободой перемещения про-
дольных краев (бортовых элементов). Для деревянного
свода-оболочки характерна однорядная схема с про-
398
Рис. 1Х.41. Своды-оболочки
а — однорядная ребристая из древесины или с применением фанеры; ы —
пластмассовые многорядные
Рис. IX.42. Цилиндрическая замкнутая оболочка транспортной гале-
реи
дольным расположением оси (рис. 1Х.41,а), для пласт-
массовых оболочек и клеефанерных чаще применяют
многорядные решения (рис. IX.41, б).
Своды-оболочки из дощатых элементов на гвоздях яв-
ляются конструкциями построечного изготовления. Они
обладают повышенной деформативпостью и в настоящее
время не применяются, хотя в прошлом известны приме-
ры, когда такими оболочками перекрывали стометровые
399
пролеты, например в г. Хин/кн Моск. обл. Индустриаль-
ные своды-оболочки изготовляют из криволинейных дере-
вянных ребер, соединяемых с клеефаперными криволи-
нейными панелями.
Жесткость свода оболочки в продольном направле-
нии определяется моментом инерции поперечного сече-
ния всего свода оболочки, а в поперечном направлении—
жесткостью ребер, препятствующих горизонтальному
смещению краев и обеспечивающих неизменяемость
контура поперечного сечения.
В зависимости от соотношения L/1 цилиндрические
оболочки условно разделяют на два вида—длинные при
Lll>1 и короткие при Ljl^2.
В Москве для стадиона «Локомотив» разработан
проект перекрытия здания катка размером 42X76 м ко-
роткими цилиндрическими оболочками 42X12 м. Обо-
лочки состоят из сборных панелей, диафрагм в виде без-
раскосных ферм или арок с затяжкой, бортовых элемен-
тов в виде балок прямоугольного сечения и стержней ко-
сой арматуры, установленных в углах оболочки.
Пластмассовые и клеефанерные цилиндрические обо-
лочки могут быть замкнутого и незамкнутого профиля.
Первые применяют в качестве закрытых переходов,
транспортерных галерей, временных жилых помещений.
На рис. IX.42 представлена секция замкнутой цилиндри-
ческой оболочки закрытой транспортерной галереи, раз-
работанной в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко.
Пластмассовые цилиндрические своды-оболочки из
полиэфирного стеклопластика толщиной 4—6 мм обычно
применяют в миоговолновом варианте, перекрывая про-
лет до 12 м. Своды-оболочки структурного типа из стек-
лопластиковых пирамидальных элементов на клею с тол-
щиной стенки 3—4 мм способны перекрывать пролеты
26 м и более.
Как показали многочисленные исследования, длин-
ные цилиндрические оболочки можно рассчитывать толь-
ко на продольные усилия, определенные как в балочных
элементах, а поперечные усилия учитывать в диафраг-
мах. В поперечном направлении гак же, как в обычной
сводчатой конструкции, возникают сжимающие напря-
жения.
В многоволновых оболочках распор, возникающий по
длине промежуточных бортовых элементов, взаимно по-
гашается. У крайней оболочки и в одноволновых обо-
400
Рис. IX.43. Образование крестового свода
Рис. IX.44. Стеклопластиковые трехслойные крестовые своды проле-
том № м станции технического обслуживания автомобилей
лочках для этой пели приходится устраивать горизон-
тальную балку, которую, как правило, включают в кон-
струкцию бортового края оболочки. Короткие оболочки
в исправлении длины рассчитывают как балку криволи-
нейного сечения. В направлении пролета усилие в обо-
лочке на 1 п. м длины бортового элемента определяют
приближенно в предположении работы свода как двух-
шариирной арки.
При рассечении цилиндрической поверхности диаго-
нальными плоскостями (рис. IX.43, а) образуются две
26—423	401
пары сводиков. Сводики типа 1 называются распалубка-
ми, типа 2— лотками. Свод-оболочку, составленную из
четырех и более лотков, называют сомкнутым сводом,
которая является распорной конструкцией и рассматри-
вается в разделе куполов из сомкнутых сводов.
Свод-оболочку, составленную из распалубок, называ-
ют крестовым сводом (рис. IX.43, б). Образующие рас-
палубок могут быть горизонтальными или наклонными.
В первом случае крестовые своды похожи на пологую
оболочку, во втором—на волнистый купол. В месте пе-
ресечения распалубок устраивают ребра — гурты, а по
торцам—диафрагмы жесткости. Ребра-гурты работают
на внецентренное сжатие. Торцовые диафрагмы обеспе-
чивают устойчивость оболочек и выполняются в виде
арок с затяжкой, сегментных ферм или криволинейных
балок. Крестовые своды сооружают на квадратном, пря-
моугольном или многоугольном планах. Пролеты дере-
вянных или клеефанерных крестовых сводов достигают
30 м, из стеклопластиков—12—15 м (рис. IX.44).
При расчете распалубки рассматривают как усечен-
ные цилиндрические оболочки, ребра-гурты — как трех-
шарнирные арки. Нагрузкой на диафрагмы является
опорное давление оболочки, передаваемое в виде сдви-
гающих сил, касательных к срединной поверхности обо-
лочки. Распор воспринимается затяжкой торцовых ди-
афрагм. По расходу материала сомкнутые своды усту-
пают пологим оболочкам и куполам.
Оболочки двоякой положительной гауссовой кривиз-
ны на выпуклом контуре с относительно небольшим
подъемом (не более 1/5 короткой стороны плана) назы-
ваются пологими. Форма поверхности оболочки может
быть образована вращением или переносом. При парал-
лельном скольжении параболы по параболе получается
оболочка с поверхностью эллиптического параболоида,
дуги окружности по окружности — оболочка с круговой
поверхностью переноса. Рассекая поверхность тора, об-
разованную вращением окружности вокруг оси, лежащей
в ее плоскости, получим тороидальную оболочку враще-
ния.
Для многослойных дощатых оболочек чаще применя-
ют поверхность переноса, так как при ней снижается
трудоемкость изготовления оболочки.
Для сборных оболочек предпочтительна тороидаль-
ная поверхность, которая при членении радиальными се-
402
кущими отсекает внутри поверхности оболочки равнове-
ликие полосы, что способствует сокращению типоразме-
ров сборных элементов при их максимальном
увеличении.
Пологие оболочки могут быть квадратными и прямо-
угольными. Опорами пологих оболочек являются контур-
ные диафрагмы в виде арок, сегментных ферм, балок или
криволинейных элементов. Пролет пологих деревянных
оболочек достигает 30 м. Примером ребристой оболочки
из клееных деревянных элементов является покрытие
цеха щитового паркета на Волоколамском эксперимен-
тальном заводе строительных конструкций. Оно состоит
из трех пологих оболочек двоякой кривизны 20X20 м.
При проектировании оболочки старались использовать в
качестве сборных элементов продукцию массового за-
водского изготовления — прямолинейные и криволиней-
ные,брусья, добиться, чтобы сборные конструкции из
клееной древесины были размером на пролет, не требуя
подмостей при монтаже; избежать использования ме-
таллических деталей с выходом на поверхность конст-
рукции.
Оболочка имеет клееные ребра трех типов: контурные
130X570 мм, арочные 130X500 мм с монтажными за-
тяжками, ребра-вставки между арками 130x500 мм, ко-
торые соединяются с арками врезкой шипа в гнезда на
глубину 150 мм от верхней грани. Стрела подъема арок
1400 мм (1/14,5). Расход древесины на 1 м2 плана
0,08 м3, стали 1,92 кг, в том числе гвоздей 0,97 кг. По
сравнению с плоскими металлодеревянными фермами
расход древесины снижен на 0,033 м3/м2, стали — на
0,6 кг/м2, уменьшена масса конструкции на 17,1 кг/м2.
В Ленинградском инженерно-строительном институте
разработаны сборные клеефанерные пологие оболочки
положительной кривизны с размером в плане до 42Х
Х42 м. Конструкция оболочки представляет собой мно-
гогранник из плоских ребристых панелей открытого или
коробчатого сечения, вписанный в часть сферической по-
верхности и ограниченный квадратным или прямоуголь-
ным планом. Панели соединены на основе заливочных
клеевых композиций, в пересечении швов усилены стерж-
невой арматурой. Опорный контур может быть в виде
балок, ферм или криволинейных брусьев.
Пластмассовые эллиптические оболочки из поли-
эфирного стеклопластика однослойной конструкции име-
26:
403
Рис. IX.45. Трехслойная замкнутая эллиптическая оболочка диамет-
ром 8 м коттеджа горнолыжников в Долбав
ют небольшие пролеты — при толщине оболочки 2—
2,5 мм пролет до 6 м. Замкнутые эллиптические пласт-
массовые оболочки изготовляют, как правило, трехслой-
ными и применяют в качестве служебных или жилых
помещений. Например, в Финляндии разработана трех-
слойная замкнутая эллиптическая оболочка, используе-
мая в качестве жилых домиков. На рис. IX.45 показан
коттедж горнолыжников в Домбае. Оболочку диаметром
8 м собирают на болтах из 16 сегментов меридионально-
кольцевой разрезки шириной до 314 мм. Обшивка из
полиэфирного стеклопластика толщиной 2,5 мм. Средний
слой из пенополиуретана толщиной 40 мм.
В общем случае в оболочке двоякой положительной
кривизны действуют нормальные усилия /Vj и W2, попе-
речные силы Qj и Q2, сдвигающие усилия Si и S2, изги-
бающие М] и и крутящие Мм и Л12) моменты. В за-
висимости от конструктивных факторов — степени поло-
гости, вида нагрузки, условия опирания и конструктивных
особенностей расчет оболочек можно проводить по
безмоментной или моментной теориям с применением
ЭВМ.
404
§ 4.2. Гиперболические оболочки
Среди деревянных оболочек с поверхностью двоякой
кривизны гиперболические оболочки получили наиболь-
шее распространение. Это в значительной степени объ-
ясняется возможностью таких оболочек образовывать
свою криволинейную поверхность посредством прямоли-
нейных образующих. Из ряда геометрических форм с
прямолинейными образующими в строительстве чаще
всего применяют два типа поверхности — гиперболиче-
ский параболоид (гипар) и параболоид вращения. Эти
поверхности называются неразвертывающимися или ко-
сыми линейчатыми поверхностями. Благодаря этому
свойству оболочки могут быть выполнены из прямолиней-
ных элементов-досок, брусков, фанерных полос и т. п.
Наиболее часто в покрытии применяют оболочки в фор-
уме гиперболического параболоида с прямолинейными
бортовыми элементами. Покрытия могут состоять из од-
ного гипара, двух, трех и более, образуя многосекцион-
ные оболочки. Этими конструкциями перекрывают зда-
ния с квадратным, прямоугольным, многоугольным и кри-
волинейными планами.
Поверхность гипара образуется различными способа-
ми. Наиболее простыми и наглядными являются способы
трансформации плоского четырехугольника в простран-
ственный смещением по вертикали одного или двух ди-
агонально расположенных углов, или скручиванием про-
тиволежащих прямолинейных элементов контура отно-
сительно один другого (рис. IX.46, а).
Достоинствами пологих гипаров, в особенности с
прямолинейными краями, является простота образова-
ния линейчатой поверхности, повышенная устойчивость
в связи с наличием поверхности отрицательной гауссо-
вой кривизны. В Англии, где деревянные гипары получи-
ли широкое распространение, масса гиперболических
оболочек в 1,5 раза меньше массы эллиптических оболо-
чек при одной и той же несущей способности. Гипары
имеют меньшую строительную высоту и простую форму
Контурных диафрагм, хорошие акустические свойства,
возможность создания разнообразных архитектурных
форм.
Недостаток гиперболических оболочек — некоторая
зыбкость и достаточно высокие для древесины касатель-
ные напряжения.
405
Рис. IX.46. Гиперболическая оболочка
а — схема образования гинара; б — усилия в оболочке; в — одиночная и Сдво*
енная гиперболические оболочки; г — четырехсекционная гиперболическая
оболочка
Деревянные гиперболические оболочки состоят из
пролетного строения и бортовых элементов (рис.
IX.46,г). Сечение оболочки при пролетах до 8—10 мео-
406
стоит из двух слоев шпунтованных досок толщиной 20^
25 мм, уложенных параллельно диагоналям. При проле-
те 10—12 м сечение оболочки выполняют из трех-четы-
рех слоев досок или брусков. Слои располагаются под
углом 45° относительно один другого в различных соче-
таниях, комбинируя направления вдоль прямолинейных
образующих и параллельно сжатой или растянутой ди-
агонали. Толщину слоя досок или брусков определяют
расчетом и конструктивной схемой укладки, учитывая,
что слон, положенные параллельно образующим, необхо-
димо скручивать относительно продольной оси.
Доски соединяются на гвоздях, склеиванием или ком-
бинированно (на гвоздях и склеиванием только в зоне
бортовых элементов). При соединении досок оболочки на
гвоздях сначала прихватывают одиночными гвоздями
второй слой к первому. После укладки третьего слоя
производят сплошную забивку гвоздей по всей поверхно-
сти с шагом 100—150 мм. Длину гвоздя принимают с
таким расчетом, чтобы их концы не доходили до нижней
грани сечения пакета на 3—4 мм.
Фанерные оболочки могут состоять из фанерных по-
лос, укладываемых в два или три слоя по направлению,
параллельному прямолинейным образующим или криво-
линейным диагоналям, а также из ребристых клеефанер-
ных панелей с одной или двумя обшивками.
Как деревянные, так и клеефанерные оболочки могут
быть построечного изготовления и сборными, монти-
руемыми из отдельных частей. Клеефанериые панели
в этом случае изготовляют на весь пролет оболочки,
с закручиванием концевых сечений относительно про-
дольной оси.
Бортовые элементы гиперболических оболочек изго-
товляют из клееной древесины и имеют ширину 50—
200 мм при высоте 150—300 мм. Они могут быть криво-
линейного очертания или закрученные относительно про-
дольной оси; оболочка примыкает к бортовому элементу
сверху или снизу и соединяется с ним гвоздями со склей-
кой. Бортовые элементы могут состоять из двух частей
(рис. IX.46). Как правило, гипары являются распорными
конструкциями. Распор воспринимается затяжкой или
отпором грунта фундамента. Масса деревянных оболо-
чек составляет 20—30 кг/м2. Наибольший пролет возве-
денных одинарных оболочек 23,2X23,2 м — два слоя до-
сок толщиной 32 мм (ФРГ. Лавигсбург. Зал обществен-
407
ных собраний). Вариант конструкции деревянной
оболочки показан на рис. IX.46, а.
Среди форм пластмассовых пространственных покры-
тий гиперболические оболочки составляют около 10%.
Однако, если не считать тонкостенные мембраны, работа-
ющие только на растяжения, то примеров жестких ги-
перболических оболочек остается не так много. К ним
относятся однослойные стеклопластиковые оболочки в
форме гипаров толщиной 3—5 мм со стороной до 12 м,
изготовленные способом контактного формования и во-
ронкообразные гиперболические оболочки одно- и трех-
слойные. Например, построенное здание аэропорта раз-
мером в плане 233X116 м перекрыто трехслойными во-
ронкообразными гиперболическими оболочками, уста-
новленными с шагом стоек 19,4 м. Высота подъема обо-
лочек 4,5 м, обшивка из полиэфирного стеклопластика
толщиной 3,5 мм, средний слой из пенофенопласта тол-
щиной 50 мм.
Приближенный расчет гипаров можно выполнить по
безмоментной теории. В этом случае в оболочке опреде-
ляют нормальные и касательные усилия (напряжения).
В пологой гиперболической оболочке на квадратном
плане (рис. IX.46, б) при действии равномерно распреде-
ленной по горизонтальной проекции нагрузки g возника-
ют только сдвигающие усилия S постоянной интенсив-
ности. Главные растягивающие (параллельно вогнутой
диагонали) и главные сжимающие (параллельно выпук-
лой диагонали) усилия по интенсивности равны сдвига-
ющим усилиям и направлены к ним под углом 45°.
s= Л\ =—= g/2/8/.
Сдвигающее усилие в бортовом элементе
Nq = S//cosa,
где а — угол наклона бортового элемента к горизонтальной пло-
скости.
Распор в однолепестковом гипаре
Н = 2SI cos 45°.
Для гладких однослойных стеклопластиковых оболо-
чек, как показывает опыт проектирования, решающим
критерием в определении толщины оболочки является не
прочность, а устойчивость. Во избежание выпучивания
пластмассовой оболочки сжимающие напряжения в ней
не должны превышать 1/3 критических, вычисляемых для
408
гиперболических прямоугольных в плане оболочек по
формуле
,------- Е >
аЬ И 3(1 — |Л2)
где Е — модуль упругости; ц — коэффициент Пуассона; б — толщи-
на оболочки; А — подъем оболочки; а, b — размеры сторон оболочки
в плане.
В производственных зданиях, с большими размерами
в плане, с естественным освещением со стороны кровли
применяют покрытия шедового типа, состоящие из дере-
вянных или клеефанериых коноидальных оболочек. Фор-
ма поперечного сечения таких оболочек может быть
параболической, эллиптической, круговой. В другом на-
правлении оболочка состоит из прямолинейных образую-
щих. Часто верхняя часть оболочки опирается на арку,
а нижняя — на ее затяжку.
В последнее время в практике строительства начали
применять оболочки произвольной формы, выполненные
из различных материалов. Примером такой оболочки в
дереве является покрытие павильона садоводства в
г. Мюнхене (ФРГ). Несущими конструкциями покрытия
являются деревянные бруски сечением 5X5 см, длиной
до 30 м, образующие ячейки размером 50X50 см. Брус-
ки соединяются стальными болтами диаметром 8 мм,
пропущенными в овальные отверстия через пружинные и
уплотнительные шайбы. Оболочка имеет сложную по-
верхность с участками положительней и отрицательной
кривизны. Максимальный пролет оболочки-60 м, высота
20 м. В наиболее напряженных участках оболочки разме-
щены стальные связи из сдвоенных канатов диаметром
6 мм. Кровля выполнена из светопрозрачиой ткани с дву-
сторонним поливинилхлоридным покрытием. Поверх-
ность оболочки выбрана экспериментально с таким рас-
четом, чтобы все элементы работали на сжатие. Решет-
ка собрана на платформе высотой 4 м. Во время сборки
элементы в узлах имели возможность сдвигаться и по-
ворачиваться вокруг болтов. По мере готовности секции
оболочки поднимались в проектное положение и болты
плотно затягивались. Массу оболочки принимали
20 кг/м2.
409
ГЛАВА 5. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ
КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИИ
§ 5.1.	Общие сведения
Пневматические строительные конструкции покрытий
по характеру работы очень близки к пространственным
висячим и тентовым мембранам. Оболочки этих конст-
рукций, изготовленные из тканых материалов, способны
стабилизировать свою форму только при наличии пред-
варительного напряжения. В отличие от тентовых мем-
бран, где предварительное напряжение создается меха-
ническим путем, пневматические конструкции реализуют
предварительное напряжение вследствие разности давле-
ния (избыточного или вакуума) в подоболочечном и ок-
ружающем конструкцию пространстве.
Возникнув в конце сороковых годов нашего столетия
благодаря успехам химии полимеров, пневматические
конструкции сразу вступили в полосу своего бурного раз-
вития, подготовленную высоким уровнем техники и тех-
нической культуры производства.
Среди преимуществ пневматических конструкций сле-
дует отметить малый собственный вес, высокую мобиль-
ность, быстроту и простоту возведения, возможность пе-
рекрытия больших пролетов, высокую степень заводской
готовности и др.
Пневматические строительные конструкции в зависи-
мости от характера работы обычно разделяются на две
самостоятельные группы — пневмокаркасные (надувные)
и воздухоопорные (рис. IX.47). Пневмокаркасные кон-
струкции — это надувные стержни или панели, несущая
способность которых (сопротивление сжатию, изгибу,
кручению) обеспечивается повышенным давлением воз-
духа в замкнутом объеме элемента. Большое внутреннее
давление воздуха (до 150 кПа) требует высокой степени
герметичности и прочности материала. Это же условие
ограничивает пролет конструкций, который с учетом эко-
номической целесообразности для рядовых сооружений
не превышает 15—16 м. Стоимость пневмокаркасных
конструкций в 3—5 раза выше, чем воздухоопорных.
Эти недостатки сдерживают их применение и серийный
выпуск конструкций до сих пор в мире не налажен.
Основным достоинством пневмокаркасных конструк-
ций является отсутствие избыточного давления воздуха
410
Рис. IX.47. Пневматические строительные конструкции
а—воздухонесомые (пневмокаркасные); б—воздухоопорные; в — воздухе-
опорные, усиленные канатами или сетками
в эксплуатируемом пространстве и, как следствие этого,
потребности в процессе шлюзования. Пример неординар-
ных пневмокаркасных конструкций — павильон Фудзи
(рис. 1Х.48) и покрытие пневматического плавучего те-
атра (рис. IX.49) на ЭКСПО-70 в г. Осаке.
Павильон Фудзи состоит из 16 пневмоарок диаметром
4 и длиной 78 м, расположенных по окружности диамет-
ром 50 м. В обоих торцах оставлены проемы шириной
10 м. Тканевая основа материала с разрывной проч-
ностью 400 кН/м и массой 3,5 кг/м2 состоит из поливи-
нилспиртового волокна. Наружная сторона ткани покры-
та хайпалоном, внутренняя — поливинилхлоридом. Обыч-
ное давление в арках 10 кПа. Оно может быть повышено
до 25 кПа при штормовых ветрах. Обычно диаметр пнев-
мокаркасных элементов не превышает 1 м. Увеличение
диаметра арок в павильоне Фудзи позволило снизить
внутреннее давление в них и величину растягивающих
усилий.
Оболочка покрытия театра (см. рис. IX.49) поддер-
живается пневматическими трубчатыми элементами ди-
аметром 3 м, образующими три арки пролетом 23 м.
Внутренняя оболочка потолка была выполнена в виде
мембраны с канатами. Обе оболочки — кровельная и
потолочная герметично прикреплялись по периферии
411
Рис. IX.48. Павильон. Фудзи з г. Осаке
Рис. IX.49. Пневматический плавучий театр в г. Осаке
аудитории к основанию и пространство между оболочка-
ми находилось под отрицательным давлением (ваку-
умом) 0,1 кПа. При штормах для предотвращения флат-
тера оболочки давление повышалось до 0,2 кПа. В этом
сооружении сочетаются конструкции двух типов — пнев-
мокаркасные и воздухоопорные.
Воздухоопорные конструкции представляют собой
оболочки, стабилизированные в проектном положении
незначительной разницей давления в разделяемых обо-
лочкой пространствах. Это конструкции, которые опира-
ются на воздух. Для противодействия внешним нагруз-
кам давление воздуха под оболочкой по сравнению с ат-
мосферным повышается в пределах 10—40 кПа. Такое
незначительное избыточное давление не осложняет тре-
412
Рис. IX.50. Анкерные устройства пневмати-
ческих конструкций с креплением
а — канатом; б — рукавов, заполненных водой, и
земляных анкеров
бований к герметичности и к самочувствию находящихся
под оболочкой людей. Некоторые схемы воздухоопорных
конструкций приведены на рис. IX.47, б, в.
Воздухоопорные сооружения получили в строительстве
большое распространение. Покрытия этого типа отлича-
ются простотой конструкции, безопасностью и надеж-
ностью в эксплуатации, низкой стоимостью, способностью
перекрывать большие пролеты. Около 50—70 % возве-
денных в настоящее время воздухоопорных покрытий ис-
пользуются как складские помещения; 20—40 %—как
покрытия для спортивных сооружений. Часть конструк-
ций используют как выставочные павильоны, покрытия
строительно-монтажных площадок, различного рода .ук-
рытия.
Наибольшее распространение получили оболочки в
форме цилиндрических сводов и сферических куполов.
Поскольку оболочка «лежит» на воздушной подушке,
пролеты воздухоопорных конструкций теоретически не
имеют ограничений. Практически пролет оболочек без
усиления канатами или тросовыми сетками достигает
50—70 м. Пролеты оболочек, усиленные тросами, дости-
гают 168 м, что не является предельным. Например, про-
ект покрытия города на 20 тыс. жителей, разработанный
под руководством Ф.Отто (ФРГ) в форме купола, имеет
диаметр 2 км, высоту 240 м, диаметр несущих канатов
из полиэфирного волокна 270 мм. Гарантированный срок
службы покрытия 100 лет. Давление под оболочкой всего
250 Па. Схемы покрытий из воздухоопорных оболочек
приведены на рис. IX.47, б, в.
413
В нашей стране приняты следующие размеры возду-
хоопорных оболочек: сферические купола диаметром 12,
24, 36, 42, 60 м; цилиндрические оболочки пролетом 12,
18, 24, 30, 36, 42, 48, 60 м; длина цилиндрических оболо-
чек в зависимости от пролета изменяется от 24 до 90 м,
высота от 6 до 20 м.
Любая классификация таких конструкций условна.
Поэтому двухслойные покрытия, называемые пневмолин-
зами (на круглом, овальном или многоугольном плане)
и пневмоподушками (на прямоугольном плане), занима-
ют промежуточное положение между первой и второй
группами. По принципу статической работы их следует
относить к воздухоопорным конструкциям, хотя по от-
сутствию избыточного давления в эксплуатируемом про-
странстве они близки к воздухонесомым.
Другие виды конструкций, такие, как пневмооболоч-
ка на жестком каркасе или пневмооболочка, поддержи-
ваемая вантами и т. п., принципиально по характеру ра-
боты не отличаются от рассмотренных и благодаря до-
полнительным устройствам являются модификацией
внутри группы.
Основными частями воздухоопорной пневматической
конструкции являются собственно оболочка, шлюз, кон-
турные элементы с анкерными устройствами, воздуходув-
ные и отопительные установки. Основу несущей конст-
рукции шлюза обычно составляет жесткий каркас из
металла, дерева, пластмассы, по которому закрепляют гер-
метизирующую оболочку покрытия. Размеры шлюза за-
висят от назначения сооружения и колеблются от 1Х2Х
Х2 м для запасных входов до размеров, обеспечиваю-
щих шлюзование реактивных самолетов.
Очень ответственной частью оболочки является ан-
керное устройство. Из большого числа вариантов анкер-
ных устройств заслуживает внимания конструкция креп-
ления оболочки к фундаменту или к отдельным сваям с
помощью двух труб — верхней и нижней. Нижнюю трубу
крепят к фундаменту, а верхнюю — к полотнищу оболоч-
ки. Затем трубы соединяются скобами. Эффективно ан-
керное крепление оболочки с применением каната (рис.
IX.50, а). В сельском строительстве получили распрост-
ранение схемы креплений с применением вантовых ан-
керов, земляных анкеров, рукавов,, заполненных водой
(рис. IX.50, б).
Первоначальная стоимость пневматических сооруже-
414
ний ниже стоимости сооружения из традиционных мате-
риалов, однако эксплуатационные расходы на содержа-
ние пневматических конструкций выше. Поэтому, оцени-
вая экономическую эффективность пневматических
конструкций, необходимо принимать во внимание, что со
временем наступает момент, когда суммарные расходы
на приобретение и эксплуатацию пневматических конст-
рукций будут превышать таковые для конструкций из
других материалов. По данным ЧССР воздухоопорная
оболочка размером 21X57 м после 15 лет эксплуатации
по суммарным расходам уравнивается со зданием раз-
мером 21X60 м из стальных рам и гофрированной стали,
§ 5.2.	Материалы для пневматических конструкций
Наибольшее распространение для пневматических
конструкций получили тканевые материалы, обрезинен-
ные или покрытые полимерами. Реже применяют высо-
копрочные синтетические пленки одинарные или двойные
с внутренним армирующим слоем из синтетических во-
локон.
Тканевые материалы изготовляют из естественных,
искусственных или синтетических волокон. К естествен-
ным относятся: лен, хлопок, пенька; к искусственным —
вискоза, стекловолокно. Синтетические волокна, полу-
чившие наибольшее распространение, делятся на группы:
полиамидные (капрон, найлон, дедерои, перлон, силон,
стилон и др.), полиэфирные (лавсан, дакрон, гризутен,
диолен, тревира, теторон, терилен и др.); полиакрилнит-
рильные (нитрон, орлон, дралон и др.); реже поливинил-
спиртовые (винол, винилон и др.).
Прочность волокна характеризуется его длиной, в км,
при которой происходит разрыв от собственного веса
(разрывная длина L, км). Номер волокна показывает
количество метров в одном грамме (N, м/г).
Тканевая основа может иметь полотняное (одна
нить) или рогожное (две или три нити) переплетение.
Основными характеристиками тканей являются проч-
ность на разрыв, прочность на раздирание (сопротивле-
ние ткани распространению локальных повреждений),
относительное удлинение.
Для обеспечения воздухо- и водонепроницаемости
тканевую силовую основу покрывают с одной или двух
сторон синтетическими каучуками или пластмассами.
415
416
Таблица IX.4. Технические характеристики основных отечественных тканей
Марка	Техниче- ские УСЛОВИЯ	Тканевая основа	Структура		Покрытие	Толщина, ым	Масса 1 м2, г	1 Прочность 1 на разрыв, см	Относитель- ное удлине- ние, %	Прочность на 1 । раздирание, Н|
51-019	ТУ 38-5- 3-86-69	Капроновая ткань,	арт. 56026	Двухслойная параллельно лированная	дуб-	Синтетический каучук СКВ + + полиизобути- лен	0,69	600— 700	4600 3100	23 1 26	610 670
У-92	То же	То же	То же		Синтетический каучук СКЭПТ + 4- полиизобути- лен	0,7	700	4400 3100	23 26	640 680
У-93			Однослойная		То же	0,47	430	2350 2140	28 31	340 310
23-М	МРТУ 38-5-60- 42-65	Капроновая ткань,	арт. 56026	Двухслойная па- раллельно дубли- рованная		Наирит	0,71	500— 600			
Примечание. Над чертой даны значения по основе, под чертой — по утку.
Первые несколько дороже и применяются реже, Основ-
ными полимерными покрытиями являются хлорсульфиро-
ванный полиэтилен (ХСПЭ), пластифицированный поли-
винилхлорид (ПВХ), Последний светопроницаем, окра-
шивается в любой цвет, морозостоек до —30...—40 °C.
Основные требования, предъявляемые к материалу
оболочек, без которых невозможны пневматические кон-
струкции, являются прочность и воздухонепроницае-
мость. К этим двум требованиям добавляют еще долго-
вечность, светопроницаемость, эластичность и легкость,
стойкость против химической и биологической агрессии,
действия низких и высоких температур, технологичность
изготовления и возведения конструкции.
Для массовых серийных оболочек пролетом до 60 м
прочность материалов пневматических конструкций ко-
леблется в пределах 20—200 кН/м. Обычный срок служ-
бы оболочек из них составляет 5—10 лет.
Для оболочек уникальных сооружений, предназна-
ченных для длительной эксплуатации, применяют ткани
из волокон неорганических материалов (стеклянных,
Таблица IX.5. Коэффициенты однородности, длительной
прочности и расчетные сопротивления основных отечественных
тканей
Марка ткани	Коэффициент од- нородности ткани кодн' "₽« степе- ни обеспеченности надежности		Коэффициент дли- тельной прочности ткани	при сроке службы пневмооболочки		Расчетное сопротивление ткани. Н/м, при сроке службы пневмооболочки			
					5 лет		10 лет	
					при степени обеспечения надежности			
	0,955	0,997	5 лет	10 лет				
					0,955	0,997	0.955	0,997
51-019 У-93 У-92 23-М	0,85 0,65 0,80 0,65 0,80 оТбб	0,674 0,44 0,75 0,75 0,70 0,45 0,70 0,45	0,40 ОДО 0,30 0,40 0,30 0,37 0,30 0,37	0,30 0,35 0,28 0,37 0,28 0,35 0,28 0,35	12700 9900 21600 11500 23000 12600	11200 6800 18900 7900 21500 17200	11900 9100 20100 10900 21500 17200	10500 6800 17600 7500 18800 11900
Примечание. Над чертой даны значения по основе, под чер-
той — по утку.
27—423
417
стальных, угольных), прочных и стойких к ультрафиоле-
товому излучению. Поскольку долговечность материала
оболочки зависит и от срока службы полимерного по-
крытия, эту задачу решили с помощью применения фто-
росодержащего полимера тефлона (политетрафторэти-
лен). Такие покрытия могут служить 20—30 лет, они
светопроницаемы, отталкивают грязь, но пока примерно
в 5 раз дороже серийного материала.
В табл. IX.4 приведены технические характеристики
основных отечественных тканей, применяемых для воз-
духоопорных оболочек пролетом до 30 м, а в табл.
IX.5—коэффициенты однородности, длительной прочно-
сти и расчетные сопротивления.
§ 5.3.	Принципы расчета пневматических конструкций
Проектирование строительных пневматических, кон-
струкций включает решение следующих задач: 1) на-
хождение оптимальной формы оболочки; 2) установле-
ние характера и величины силового воздействия; 3) вы-
яснение физико-механических свойств материалов обо-
лочек и обоснование расчетных сопротивлений; 4 ) выяв-
ление перемещений оболочки под действием нагрузок;
5) определение напряжеино-деформированного состоя-
ния оболочки.
Эти задачи, общие для всех конструкций, примени-
тельно к пневматическим оболочкам требуют специаль-
ного подхода.
Формальным признаком оптимальной формы оболоч-
ки может служить состояние равйонапряженности во всех
направлениях по ее поверхности. К таким поверхностям
можно отнести мыльную пленку. Однако найденные та-
ким образом формы будут оптимальными только для
воздействия внутреннего давления. При действии любой
другой нагрузки это условие будет сразу нарушено и
может привести к появлению на поверхности оболочки
морщин и складок либо повышению расчетных усилий до
уровня расчетных сопротивлений материала. Поэтому
учет реальных условий работы оболочки требует анали-
за ее напряженно-деформированного состояния и коррек-
ции формы поверхности образованной мыльной пленки.
Основными нагрузками на пневматическую конструк-
цию является избыточное давление, ветровые и снеговые
воздействия. Влияние собственного веса оболочки, вви-
418
ду его малости по сравнению с другими нагрузками,
обычно не учитывают. Однако в некоторых случаях при
небольшом давлении под оболочечным пространством
собственный вес может значительно влиять иа очертание
контура оболочки. Так, при отношении избыточного дав-
ления Р к собственному весу оболочки g, равному
P/g—4...5, форма поперечного сечения оболочки отлича-
ется от круговой заметно, а при P/g = 2...3— значитель-
но. Распределение избыточного внутреннего давления на
оболочку показано иа рис. IX.51, а.
Для расчета пневматической конструкции на ветро-
вое воздействие необходимо выявить картину обтекания
оболочки потоком воздуха, выраженную в эпюре рас-
пределения ветрового давления по ее поверхности. Пока
еще это не удалось сделать с достаточной точностью.
Распределение ветрового давления на оболочку ме-
няется не только с изменением геометрии, но и скорости
воздушного потока. Ветровое давление, и в частности от-
сос, из-за исключительной легкости покрытия является
силовым воздействием на него. Поэтому для наиболее
ответственных сооружений приходится в каждом отдель-
ном случае^прибегать к аэродинамическому моделиро-
ванию. В результате таких испытаний были установле-
ны для некоторых оболочек критические соотношения ф
значений скоростного напора воздушного потока g и из-
быточного давления Р, при котором на поверхности воз-
духоопорной оболочки появляются «ветровые ложки» и
она входит в неблагоприятный режим колебаний («баф-
тинг») ty = P/g- Для оболочек в форме три четверти
сферы ф^ 1,1; для полусферы ф^0,8; для полуцилинд-
ра со сферическими торцами ф^0,7. Вариант ветровой
нагрузки на пневматическое сооружение показан на рис.
IX.51,6.
Снеговая нагрузка вследствие подвижности и коле-
бания поверхности оболочки ие достигает интенсивно-
сти, характерной для жестких покрытий. На этом осно-
вании принято считать расчетную интенсивность снего-
вой нагрузки, равную суточному максимуму выпадения
снега в данном районе (по статистическим данным за
последние 10 лет). Так, например, в зоне умеренных
широт европейской части СССР она составляет Р =
= 220 Па. Считается возможным принять распределение
снеговой нагрузки на оболочке по закону /’(<₽)=/’cos<р
или даже P(q>) =Pcos 2<р (рис. IX.51, в), где тр —угол
27*
419
Рис. IX.51. Расчет пневматических конструкций
а—распределение внутреннего давления; б—распределение ветрового давле*
ния; а — распределение снеговой нагрузки; г —усилия в пневматической обо
дочке
420
наклона касательной к оболочке. При ф^45° снег не за-
держивается на оболочке, если последняя сохраняет
свою форму.
Согласно методике расчета по предельным состояниям,
расчетное сопротивление материала оболочки раз-
рыву определяют произведением нормативного сопротив-
ления 7?н на коэффициенты однородности /?одн и коэф-
фициенты условия работы конструкций КуСл- За норма-
тивное сопротивление 7?н принимают среднюю кратко-
временную прочность образцов материала покрытия по
результатам статистической обработки заводских или ла-
бораторных испытаний.
Коэффициент однородности находят по формуле
Кодн= (1—3)v, где v — коэффициент вариации (см. табл.
IX.5). Сопротивление ткани разрыву зависит от времени
действия усилия и учитывается коэффициентом длитель-
ной прочности Кдл (см. табл. IX.5).
Таким образом, расчетное сопротивление ткани без
учета старения материала в условиях эксплуатаций оп-
ределяют по формуле
R — ^одн А д,. •
Степень старения свойств материала оболочки можно
учесть коэффициентом старения
К„ = 1 — У/2Г,
где V — порядковый номер года эксплуатации оболочки; Г — гаран-
тируемый заводом-изготовителем материала срок службы в годах.
Прочность швов соединения полотнищ по отношению
к прочности основного материала в разных странах при-
нимают от 70 до 100 %.
Последние две задачи расчета пневматических кон-
струкций особенно тесно взаимосвязаны и их целесооб-
разно рассматривать совместно.
Пневматические оболочки являются кинематически
подвижными и геометрически изменяемыми системами.
Перемещение оболочки может быть следствием двух
причин: 1) упругого или пластического удлинения мате-
риала (деформации) и 2) изменения геометрии оболоч-
ки при приложении нагрузок — кинематического переме-
щения, которое в значительной степени обусловливает
интенсивность и характер ветровой и снеговой нагрузок.
421
Изменение геометрии оболочки под действием нагру-
зок (переход в новое равновесное состояние) соизмери
мо с размерами самой оболочки, требует учета геомет-
рической нелинейности, что существенно усложняет за-
дачу расчета.
Прямое использование уравнений классической без-
моментной теории оболочек (названной элементарной)
оказалось возможным только для решения немногих ча-
стных задач — оболочек вращения с осесимметричной
нагрузкой и длинных цилиндрических оболочек, загру-
женных вдоль образующих.
Теория, учитывающая нелинейные зависимости меж-
ду усилиями и деформациями, с одной стороны (физи-
ческая нелинейность) и деформациями и перемещения-
ми, с другой стороны (геометрическая нелинейность),
названная математической, приводит к сложной систе-
ме дифференциальных уравнений в частных производ-
ных, интегрирование которых дазке численными метода-
ми с применением ЭВМ вызывает большие затруднения
и в настоящее время не имеет выхода к решению прак-
тических задач.
Создавшееся положение привело к возникновению
технической теории, занимающей промежуточное по-
ложение между математической и элементарной. В тех-
нической теории используют некоторые обоснован-
ные допущения, позволяющие решать практические ин-
женерные задачи, часто с оценкой погрешности отно-
сительно общей (математической) теории мягких обо-
лочек.
По технической теории деформируемое состояние
оболочки раскладывается на два — основное и дополни-
тельное. Определяются малые перемещения при допол-
нительном состоянии, которые накладываются на дефор-
мируемую оболочку при основном состоянии. Геометрия
основного состояния предполагается известной, а усилия
находятся по элементарной теории.
Для вычисления перемещений оболочки в последнее
время успешно применяют метод конечного элемента
(МКЭ). После приложения к оболочке нагрузок вся си-
стема конечных элементов, соответствующая исходной
(раскройной) форме оболочки, для достижения нового
равновесного состояния совершает необходимые пере-
мещения, определяемые последовательными приближе-
ниями с помощью ЭВМ.
422
Для нахождения максимальных значений растягива-
ющих усилий в воздухоопорных оболочках при действии
невыгоднейшей комбинации расчетных нагрузок для ря-
довых оболочек сферической или цилиндрической фор-
мы небольших пролетов (до 50 м) можно использовать
простые формулы:
Тм = 0,5PR + ₽<?/?;
TK=aPR + PqR,
где Т„, Тк — меридиональные и кольцевые усилия (рис. IX.51, г);
Р — избыточное давление воздуха под оболочкой; <? — скоростной
напор ветра; а, |3 — коэффициенты, значения которых установлены
методами элементарно или какой-либо другой уточненной теории.
Значения а и |3 приведены в табл. IX.6.
По усилиям на контуре оболочки, найденным по ана-
логичным формулам, рассчитывают анкерные устройст-
ва оболочек, которые должны проектироваться с особой
тщательностью, так как при неудачных решениях их
Таблица IX.6. Значения коэффициентов а и р в формулах
меридиональных Гм н кольцевых Т\ усилий пневматических
оболочек
Примечание. Диапазоны изменения значений коэффициен-
тов р даны по нормам Великобпнтании, Канады, Италии, Японии,
ФРГ.
423
стоимость может быть выше стоимости самой оболочки.
Коэффициент запаса для расчета прочности и устойчи-
вости анкерных устройств опорного контура в разных
странах колеблется в пределах 1,2—3 в зависимости от
площади перекрываемого помещения.
Хотя расчет оболочки позволяет определить наиболь-
шие усилия и этим обозначить места наиболее вероят-
ных разрушений оболочки, тем не менее изучение причин
аварий воздухоопорных сооружений показывает, что фор-
мой их разрушения является не разрыв, а раздирание,
т.е. по причинам, не учитываемым расчетом, но требу-
ющим детального изучения напряжений, приводящих к
раздиранию. Положение выравнивается пока благодаря
введению высоких коэффициентов запаса от 2,5 до 5.
РАЗДЕЛ X. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
Создание современных деревянных конструкций ори-
ентировано в основном на индустриальные конструкции
заводского изготовления, преимущественно это клееные
деревянные конструкции. Склеивание древесины дает не-
ограниченные возможности для получения легких, боль-
шепролетных, разнообразных конструкций эффективных
сечений и форм. Заводской способ производства при
строгом соблюдении технологического процесса обеспе-
чивает высокое качество и долговечность конструкций,
а сборность элементов позволяет существенно сократить
сроки монтажа.
В настоящее время, когда благодаря успехам химии
создаются новые высокопрочные синтетические клеи и
в то же время уменьшается средний диаметр пиловоч-
ных бревен, проектирование и производство клееных де-
ревянных конструкций приобретает особенно важное зна-
чение.
За последнее десятилетне в нашей стране создана
промышленная база по производству клееных деревян-
ных конструкций (КДК), насчитывающая около 20 за-
водов КДК мощностью около 15 тыс. м3 в год каждый.
В настоящее время клееные деревянные конструкции на-
шли применение в таких областях строительства, как
большепролетные общественные здания, промышленные
здания с химически агрессивной средой, сельскохозяйст-
венные производственные здания, клееные мосты, здания
и сооружения по индивидуальным проектам и др. В то
же время в некоторых областях нашей страны и в слу-
чаях, когда требуются небольшие пролеты зданий, целе-
сообразно изготовление и применение деревянных кон-
струкций из цельных неклееных элементов.
Технологический процесс изготовления деревянных
конструкций как клееных, так и из цельной древесины
состоит из следующих основных операций: сушка древе-
сины до определенной влажности в зависимости от ус-
ловий эксплуатации; сортировка по природным порокам
и дефектам, полученным при сушке древесины; механи-
ческая обработка; нанесение защитных покрытий; сбор-
ка конструкций.
425
ГЛАВА 1. ЛЕСОПИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Основным направлением развития деревообрабатыва-
ющей промышленности является удовлетворение потреб-
ности народного хозяйства в лесоматериалах в резуль-
тате рационального использования заготовляемой древе-
сины без увеличения объема лесозаготовок.
Лесопромышленный потенциал страны — это сотни
лесозаготовительных предприятий, оснащенных совре-
менной техникой: агрегатными лесосечными машинами,
трелевочными тракторами, челюстными погрузчиками,
автолесовозами, полуавтоматическими линиями для раз-
делки древесины на нижних складах и другим оборудо-
ванием. В настоящее время идет процесс технологичес-
кого перевооружения лесозаготовок на основе внедрения
валочно-трелевочных, валочно-пакетирующих и сучко-
резных машин, безчокерных тракторов, автоматизиро-
ванных средств раскряжевки и сортировки древесины.
Использование в лесной промышленности современ-
ных машин и оборудования высвобождает с трудоемких
операций сотни рабочих и производство деловой древе-
сины доводится до 88,7 %.
Один из главных путей комплексного использования
древесного сырья — производство древесностружечных
(ДСП) и древесноволокнистых (ДВП) плит, позволяю-
щее повысить коэффициент использования древесины и
получить листовой материал, эффективно заменяющий
пиломатериалы. Большое значение при этом имеет внед-
рение оборудования по производству щепы из тонкомер-
ной низкокачественной древесины и отходов лесозагото-
вок, лесопиления и деревообработки. Эффективность ле-
сопильного производства повышается также за счет
агрегатной переработки бревен на пиломатериалы и тех-
нологическую щепу с использованием фрезерно-брусую-
щих и фрезерно пильных станков.
В настоящее время большое внимание в нашей стра-
не уделяется охране окружающей среды и, в первую оче-
редь, охране лесов, бережному их использованию, сохра-
нению и приумножению лесных богатств. Лесопиление
неотделимо от лесовосстановительных работ. Для работ
по лесовосстановлению и защитному лесоразведению соз-
дано немало новых машин, позволяющих механизиро-
вать работы в питомниках, полезащитном разведении,
при облесении горных и овражно-балочных склонов.
426
Для охраны лесов от пожаров используют авиацию,
обеспечивающую высадку парашютистов-пожарных не-
посредственно к месту возникновения пожаров, а также
универсальные пожарные агрегаты и полосопрокладыва-
тели, позволяющие устраивать заградительные противо-
пожарные минерализованные полосы. Защиту лесов от
вредных насекомых и болезней осуществляют авиацион-
ными и наземными методами с использованием масля-
ных и водных растворов, суспензий и эмульсий пести-
цидов.
§ 1.1. Круглые лесоматериалы
На лесопильные предприятия пиловочное сырье —
хлысты (стволы срубленного дерева, у которого отделе-
ны корни и сучья) поступает сплавным путем, железно-
дорожным или автомобильным транспортом. При попе-
речной разделке хлыстов получают круглые сортименты,
имеющие различное назначение.
Бревнами называют сортименты, предназначенные
для использования в круглом виде или в качестве сырья
для получения пиломатериалов. На пиловочные бревна
ГОСТами устанавливаются требования по качеству и раз-
мерам. В зависимости от качества древесины и дефек-
тов обработки лесоматериалы заготовляют 1-го—4-го
сортов, причем мелкие сортименты могут быть только
2-го или 3-го сорта.
Пиловочные бревна имеют следующие стандартные
размеры:
Группе	Толщина, см	Градация по толщине, см
Мелкие	6—13	1
Средние	14—24	2
Крупные	26 и более	2
Длина от 3 до 6,5 м с градацией через 0,5 м. Увеличе-
ние толщины бревна по длине называется сбегом. В сред-
нем сбег составляет 0,8 см на 1 м длины. Бревна длиной
более 6,5 м заготовляют по специальному заказу для
опор линий электропередач и связи.
Кряжами называют сортименты, используемые для
выработки специальных (авиационных, резонансных)
427
пиломатериалов, лущеного или строганого шпона, шпал.
Отрезки кряжей, соответствующие по длине рабочим
размерам деревообрабатывающего оборудования, назы-
вают чураками. Балансы—круглые сортименты для пе-
реработки на целлюлозу и древесную массу.
§ 1.2. Пиломатериалы
Пиломатериалы получают при продольной распилов-
ке бревен и кряжей. Качество пи.юпродукции зависит
от состояния технологической подготовки пиловочника
перед распиловкой. Она включает в себя сортировку и
подборку сырья по породам, размерам и качеству, окор-
ку сырья, оттаивание в зимнее время, обмывку и очист-
ку от загрязнения. Пиловочник во избежание загнива-
ния хранят либо в спецальных водных бассейнах глуби-
ной 1,5—2 м, либо на суше в штабелях с применением
дождевальных установок для увлажнения древесины.
Влажность древесины в этих условиях около 200 %, при
этом гниение прекращается. Затем для предохранения
от загнивания древесины пиловочник необходимо высу-
шить до влажности 20 %.
Окорка бревен является одной из эффективных опе-
раций по подготовке сырья к распиловке, при этом умень-
шается затупление пил, улучшается точность и чистота
поверхности пиломатериалов, повышается качество от-
ходов как вторичного сырья.
Массовую распиловку бревен осуществляют на лесо-
пильных рамах (рис. Х.1), основной частью которых яв-
ляется набор пил, называемый поставом, который уста-
навливают в соответствии с толщиной пиломатериалов.
Постав совершает возвратно-поступательное движение,
навстречу ему бодаются бревна, в результате получают
пилопродукцию, основные виды которой показаны на рис.
Х.2. По форме и размерам поперечного сечения пилома-
териалы делят на доски — если ширина вдвое больше
толщины (рис. Х.2, е, ж, з, и), бруски — если ширина
меньше двойной толщины, и брусья — если ширина и
толщина более 100 мм. По числу пропиленных сторон
брусья могут быть двухкантными (рис. Х.2, б), трехкант-
ными и четырехкантными. В пиломатериалах про-
дольную широкую сторону называют пластыо, узкую
кромкой, а линию пересечения пласти и кромки — реб-
ром.
428
V)
вредно
б — распн-
с брусов-
вал рамы;
3 — ш а тунг
Рис. Х.1. Схема лесопильной рамы и
способы распиловки бревен
а — схема лесопильной рамы;
ловка вразвал; в — распиловка
кой; 1 — главный или коренной
2 — кривошипный механизм;
для передачи от главного вала поступа-
тельно-возвратного движения постава с пи-
лами; 4 — рамные пилы; 5 — ползуны; б —
направляющие; 7 — вальцы для механиче-
ской подачи бревна
Рис. Х.2. Виды пилопродукции
а — пластина; б — двухкантиый брус; в — четырехбитный брус; г — горбыль;
д — рейка; е—необрезная доска; ж— обрезная доска С острым обзолом; 3 —
обрезная доска с тупым обзолом; и — чистообрезная доска
Необрезными называются доски, пропиленные только
с двух сторон (рис. Х.2, е, ж) — по пласти, обрезными
досками (рис. Х.2, з, и) — обработанные с четырех сто-
рон. Часть поверхности бревна, сохранившаяся на кром-
ке пиломатериалов, называется обзолом (рис. Х.2,з).
Различают два способа массовой групповой распи-
ловки бревен по количеству проходов пиловочника через
лесопильную раму — вразвал и с брусовкой. При распи-
ловке вразвал бревно проходит через лесопильную раму
один раз; получаются необрезные доски (см. рис. Х.1,б).
При распиловке с брусовкой бревно проходит через ра-
429
Рис. Х.З. Схема фрезернопильного агрегата
1 — нижняя головка узла первичного фрезерования; 2 —верхняя головка узла
первичного фрезерования; 3 — подающие вальцы; 4 — нижняя головка узла
вторичного фрезерования; 5 —верхняя головка узла вторичного фрезерования;
6— распиловочный узел; 7 — вертикальные вальцы
му 2 раза. За первую операцию получают горбыли и
двухкантный брус, а за вторую — обрезные доски и гор-
были.
На лесопильных предприятиях предпочтительна рас-
пиловка бревен с брусовкой, в результате которой полу-
чают чистообрезные пиломатериалы и, кроме того, по-
вышается количественный и качественный выход пило-
продукции.
При раскрое ценных пород древесины или толстомер-
ного пиловочника применяют индивидуальную распилов-
ку на круглопильных или ленточнопильных станках.
Преимущество этого способа состоит в доступности ос-
мотра обработанной поверхности непосредственно после
отпиливания каждой доски.
Перспективна агрегатная переработка бревен на пи-
ломатериалы и технологическую щепу с использованием
фрезернобрусующих и фрезернопильных станков. По-
следовательность переработки бревен агрегатным спосо-
бом показана на рис. Х.З. Фрезерование позволяет за
одну операцию получить брус, две пласти которого об-
работаны с уступами, за вторую и третью операции фор-
мируется ступенчатый брус, который затем на четвертой
операции распиливается на доски.
Технологический процесс лесопильного цеха состоит
430
Техшмбгинёская
ezzj
I !
16
Рис. Х.4. Схема лесопильного цеха
/ — лесопильная рама, выпиливающая брус; 2 — лесопильная рама, распиливающая брус на доски; 3 — двухпильный станок для
обрезки кромок необрезных досок; 4— браковочно-торцовочкаяустановка; 5 — сортировочная площадка, 6 — торцовочный станок
для вырезки деловой части горбылей; 7—ребровой станок для выпиливания мелких пиломатериалов из горбылей; 8— многопиль-
ный станок для обрезки мелких пиломатериалов; 9 — концеравнитель; 10 — торцовочный станок для вырезки деловой части реек;
// — реечный станок; 12 — концеравнитель; 13 — круглопнльный станок для продольного выпиливания коротких досок; 14 — торцо-
вочный станок; 15 — рубильная машина для переработки крупных отходов в щепу; 18 — пакетоформующая машина
Таблица X.l. Сортамент пиломатериалов хвойных пород
Толщина, мм
Ширина, мм
16
19
22
25
32
40
44
50
60
75
100
125
150
175
200
75 100 125 150 — — — — —
75 100 125 150 175 — — — —
75 100 125 150 175 200 225 — —
75 100 125 150 175 200 225 250 275
75 100 125 150 175 200 225 250 275
75 100 125 150 175 200 225 250 275
75 100 125 150 175 200 225 250 275
75 100 125 159 175 209 225 250 275
75 100 125 150 175 200 225 250 275
75 100 125 150 175 200 225 250 275
— 100 125 150 175 200 225 250 275
— — 125 150 175 200 225 250 —
— — 150 175 200 225 250 —
— — — — 175 200 225 250 —
— — — — — 200 225 250 —
из трех потоков: 1) основного лесопильного (рис. Х.4);
2) переработки отходов (горбылей, реек и отрезков до-
сок); 3) сортировки досок. Переработку отходов выде-
ляют в отдельный поток или выносят за пределы цеха.
Пиломатериалы имеют стандартные размеры, приве-
денные в табл.Х.1.
Длина пиломатериалов 1—6,5 м с градацией 0,25м.
Указанные в табл. Х.1 номинальные размеры пиломате-
риалов установлены для древесины с влажностью 20 %.
При выпиливании пиломатериалов из древесины с боль-
шей влажностью следует учитывать припуски на усуш-
ку, которые указываются в ГОСТе на пиломатериалы.
Для пиломатериалов хвойных пород ГОСТ 24454—80
установлены отклонения от номинальных размеров: по
длине ±50—25 мм; по толщине при размерах: до32мм±
±1; от 40 до 100 мм ±2; более 100 мм ±3.
Качество распиловки определяется точностью разме-
ров, формы, шероховатостью поверхности и зависит от
подготовки и правильности установки режущего инстру-
мента, технического состояния и наладки оборудования,
режимов пиления.
В зависимости от качества древесины и ее обработ-
ки на доски установлено пять сортов: отборный, 1, 2, 3
и 4-й, а на брусья — четыре сорта: 1, 2, 3 и 4-й. Для стро-
ительства используют пиломатериалы 1, 2 и 3-го сортов.
432
Качественный выход определяют сортностью пиломате-
риалов, полученных из данного сырья. Объемный выход
пиломатериалов находят из отношения:
О = А/Б-100%,
где О — объемный выход пиломатериалов, %; А — объем пиломате-
риалов, м3; Б — объем распиленных бревен, м’.
В среднем баланс древесины от объема распиленных
на лесопильных рамах бревен составляет: доски 55 %,
шахтовка или обапол (подгорбыльная часть бревна)
3%, технологическая щепа 20,5%, опилки 10%, отсев
щепы 5,5%, усушка и распыление 6%.
Из общего количества вырабатываемых в СССР пи-
ломатериалов 85 % составляет древесина хвойных пород
(сосна, ель и др.), 14 %—мягких лиственных пород
(в основном береза) и около 1 % —лиственных пород.
§ 1.3. Складирование пиломатериалов
Пиломатериалы хранят в штабелях под навесами или
на складах в закрытых помещениях. Штабель пилома-
териалов необходимо выкладывать правильной геомет-
рической формы — боковые и торцовые поверхности дол-
жны быть строго вертикальны. Средние размеры штабе-
ля: ширина 1,8—2,4, высота 2,6—5, длина 6,5—6,8 м.
Штабель формируют из одинаковых по породе и тол-
щине пиломатериалов на прокладках, в качестве кото-
рых используют антисептированные рейки сечением 25Х
Х40 мм. Прокладки ставят строго вертикально, одна
над другой. Крайние прокладки должны быть располо-
жены заподлицо с торцами штабеля. Для того чтобы из-
бежать коробления и провисания досок, необходимо ук-
ладывать определенное количество прокладок по длине
штабеля, которое зависит от породы древесины, толщи-
ны и длины укладываемых пиломатериалов (табл. Х.2).
При формировании штабеля можно использовать вер-
тикальные подъемники (Л = 15) или штабелеры, но тем
не менее горизонтальную раскладку досок производят
вручную и эта операция является одной из самых тру-
доемких.
Поэтому помимо укладки пиломатериалов целым шта-
белем (рядовой штабель) в последнее время на лесо-
пильных предприятиях внедряется пакетный способ с ис-
пользованием пакетоформующих машин ПФМ-10. Он ос-
28—423
433
Таблица Х.2. Количество прокладок в горизонтальном ряду
пиломатериалов по длине штабеля
Толщина пиломатериа- ла. мм	Число прокладок, шт., по длине штабеля, м. для пород							
	хвойных				листвеииых			
	2,25	3,25	4,5	6.5	2,25	3,25	4.5	6,5
13—25	5	б	8	12	6	8	11	13
32—40	4	4	5	8	4	5	7	9
50 и	3	3	4	6	3	3	4	6
более								
кован на том, что иа сортировочной площадке лесопиль-
ного цеха формируют часть штабеля — сушильный пакет
шириной 1,2—1,9, высотой до 1,5 и длиной 4,3; 5,8; 6,8 м.
В зависимости от требований машина ПФМ-10 фор-
мирует пакеты на прокладках со шпациями для хране-
ния и атмосферной сушки в штабелях, на прокладках
без шпаций для сушки в камерах и плотные пакеты без
прокладок и шпаций для переработки в цехе или отгруз-
ки потребителю.
На рис. Х.5 приведены схемы планировки складов
пиломатериалов при рядовой укладке (а) и при пакет-
ной укладке башенными (б) или консольно-козловыми
кранами (в). Основанием штабеля служат железобетон-
ные колонны, имеющие форму усеченной пирамиды со
средним поперечным сечением 0,6X0.6 м или деревянные
сваи, пропитанные маслянистыми не вымываемыми во-
дой антисептиками. Высота штабельного основания дол-
жна обеспечить хорошую проветриваемость низа штабе-
ля и составлять 0,5—0,75 м.
При складировании пиломатериалов под навесами
следует обеспечить защиту пиломатериалов от атмос-
ферных осадков и солнечной радиации. Для этого над
рядовыми штабелями монтируют односкатные крыши с
уклоном 0,2, над пакетными штабелями — одно- или дву-
скатные крыши с уклоном 0,06;. свесы на стороны шта-
беля 0,3—0,5 м.
Открытый склад устраивают на сухом, хорошо про-
ветриваемом участке, территорию которого тщательно
выравнивают, обрабатывают химикалиями для уничто-
жения растительности, покрывают щебенкой и опрыс-
кивают кузбасс-лаком.
434
.Jn □ □□□§ L_i □
S? Продольный проезд
□	□ □ □□ * □□
□	□□ □□ | □□
продольный §- проезд
□	□ □ □□ | □□
□ □□□□ □□
Рис. X.5. Схемы планировок складов для пиломатериалов
а — при рядовой укладке; б — при пакетной укладке башенным краном; в — при пакетной укладке козловым краном
ГЛАВА 1. СУШКА ДРЕВЕСИНЫ
Сушка является одной из основных и самых слож-
ных операций технологического процесса при использо-
вании древесины. Ее проводят для повышения удельной
прочности древесины, предохранения от загнивания, пре-
дупреждения коробления деревянных элементов при экс-
плуатации, а также для улучшения склеивания, пропит-
ки и отделки древесины. В результате сушки древесина
из природного сырья превращается в промышленный
материал, отвечающий самым разнообразным требова-
ниям, предъявляемым к ней в различных областях на-
родного хозяйства.
Сушкой называется удаление влаги из древесины.
При этом одновременно протекает несколько процессов:
теплообмен — передача тепла древесине от агента суш-
ки или источника тепловой энергии; теплопроводность —
перемещение тепла внутри материала; влагоотдача — ис-
парение влаги с поверхности древесины.
По методу передачи тепла различают конвективную
и электрическую сушку пиломатериалов. Конвективная
сушка происходит вследствие передачи тепла древесине
конвекцией от нагретой газообразной или жидкой среды.
К основным способам конвективной сушки относятся:
атмосферная сушка на складах или под навесами; ка-
мерная или газообразная сушка в газообразной среде
(воздух, топочные газы, перегретый пар) при атмосфер-
ном давлении; сушка в нагретых гидрофобных жидко-
стях или солевых водных растворах.
Способ сушки выбирают в зависимости от назначения
древесины, ее конечной влажности и требований к каче-
ству древесины, указанных в табл. Х.З.
§ 2.1.	Состояние влаги в древесине
Влажность свежесрубленной древесины колеблется в
широких пределах (табл. Х.4) и зависит от породы и
анатомического строения древесины.
Наиболее распространен весовой способ определения
влажности древесины. На рис. Х.6 показана схема вы-
резки образцов или секций для определения влажности.
Таблица Х.З. Требования к качеству сушки пиломатериалов
Категория качества сушки	Средняя конечная влажность древеси-' ны, %	Допускаемые отклонения	Допускаемый перепад влажности по толщине мате- риала. %, при толщине, мм				Остаточное напря- жения, %	Уменьшение прочно- сти древесины
		влажности			44—60	75—100		
		в партии от средней, %	16—22	25—40				
До транспортной влаж- ности	19	*3—4	Не контролируется				Не контролиру- ются	Не допускается
Для высокоответствен- ных соединений и кон- струкций	6 8	*1,5 *2	1,5 1,5	2 2	2,5 2,5	3 3	Не более 2	То же
Для ответственных де- талей и соединений	6 8 10	Н II1+ W ю ю сл	2 2 2	3 3 3	3,5 3,5 3,5	4 4 4	Не более 2	В зависимости от назначения пи- ломатериалов
Для менее ответствен- ных изделий	8 10 12 15	li li н- 1+ Спелль со	2,5 2,5 2.5 2,5	3,5 3,5 3,5 3,5	4 4 4 4	5 5 5 5	Не контролиру- ются	То же
Рис. Х.6. Вырезка секций для определения влажности
Образцы взвешивают, высушивают в сушильном шкафу
при 100—105 °C до постоянной массы (абсолютно сухо-
го состояния), после чего вновь взвешивают, затем вы-
числяют влажность древесины:
1Г=	100%,
тс
где тн — начальная масса образца, г; тс — масса абсолютно сухого
состояния, г.
Кроме того, влажность древесины можно определить
с помощью электровлагомеров ЭВ-2К или ЦНИИМОД-
2, принцип действия которых основан на зависимости
электрического сопротивления древесины от ее влажно-
сти, при этом погрешность может быть ±(2—5) %.
Как уже отмечалось ранее, древесина имеет сложное
строение и состоит в основном из толстостенных клеток
(для хвойных пород — трахеид) удлиненной формы, ори-
ентированных вдоль ствола. Полости клеток, соединен-
ные между собой порами, образуют в древесине макро-
капиллярную систему. Стенки клеток состоят из мелких
волоконец — микрофибрилл, представляющих собой суб-
Таблица Х.4. Влажность свежесрубленной древесины
Порода древесины	Влажность, %		
	ядра или спелой древесины	заболони	средняя
Сосна, ель	30—40	100—120	60—100
Лиственница	40—50	100—120	50—70
Береза	—	70-90	70—90
Дуб	50—80	70—80	60—80
438
микроскопические образования. Влагу, находящуюся в
порах и полостях клеток, называют капиллярной или сво-
бодной, а в клеточных стенках (микрофибриллах) —
гигроскопической.
Состояние древесины, при котором в ней отсутствует
свободная влага, но содержится максимально возможное
количество гигроскопической влаги, называется преде-
лом насыщения волокна древесины 1УП.Н. Влажность
предела насыщения практически не зависит от породы
древесины и составляет в среднем 28—30 % при темпе-
ратуре 20°C. При повышении температуры предел гигро-
скопичности понижается. При этом часть гигроскопичес-
кой влаги, которая содержится в стенках клеток, пере-
мещается в полости клеток и превращается в свободную
влагу.
Свободная влага связана с древесиной лишь механи-
чески и ее удаление при сушке не вызывает структурных
изменений древесины. Удаление гигроскопической влаги
повышает прочностные характеристики древесины, а так-
же влечет за собой изменение размеров структурных
элементов, что проявляется в виде усушки древесины.
Абсолютно сухой древесиной называется такая, из
которой удалена вся свободная и гигроскопическая
влага.
Древесина обладает свойством гигроскопичности —
изменять свою влажность в зависимости от температуры
и влажности окружающей ее среды. Так, например, при
постоянных температуре и влажности воздуха влажность
древесины будет стремиться к определенной величине,
которая называется устойчивой влажностью. Последнюю
древесина может достигнуть либо поглощая влагу из
воздуха (сорбция), либо отдавая ее в воздух (десорб-
ция) .
Устойчивую влажность, практически одинаковую при
сорбции и десорбции, называют равновесной влажностью
(1УР). Разность устойчивой влажности при сорбции и де-
сорбции
Д1Г = 1Гу.д-1Гу.с
для пиломатериалов не превышает 2,5 %, а для древес-
ного шпона составляет всего лишь 0,2 %.
Влагу из воздуха могут поглощать только клеточные
стенки — микрофибриллы. Появление свободной влаги
при этом невозможно, даже если воздух будет макси-
439
мально насыщен водяными парами. Максимальная ус-
тойчивая влажность называется пределом гигроскопич-
ности— это максимально возможное количество гигро-
скопической влаги при сорбции. При температуре 20’С
и влажности воздуха 100 % предел гигроскопичности ра-
вен 30 % и соответствует точке насыщения влагой воло-
кон древесины.
При сушке древесины пользуются диаграммами рав-
новесной влажности, разработанными П. С. Серговским
и полученными экспериментально в зависимости от тем-
пературы и степени насыщения воздуха. Диаграмма рав-
новесной влажности древесины представлена на рис.
Х.7.
§ 2.2.	Усушка и разбухание
Во время сушки древесины при уменьшении гигро-
скопической влажности от точки насыщения волокон до
абсолютно сухого состояния происходит уменьшение раз-
меров и объема древесины — усушка. Разбухание—об-
ратный процесс. Кривые усушки и разбухания во време-
440
ни практически совпадают. Расхождение между ними но-
сит название гистерезиса и составляет 1—2 %. Умень-
шение свободной влаги не влияет на усушку и разбуха-
ние древесины.
Как уже указывалось ранее в § 2.1, гигроскопическая
влага заполняет субмикроскопическую структуру стенок
клеток, и так как микрофибриллы в основном ориентиро-
ваны по направлению продольной оси клетки, то умень-
шение гигроскопической влаги приводит к уменьшению
толщины клеточных стенок и поперечных размеров клет-
ки. Вследствие этого наибольшая усушка древесины
происходит в поперечном направлении. Продольная
усушка, обусловленная наклоном микрофибрилл, значи-
тельно меньше усушки в поперечном направлении.
Максимальная усушка /м при удалении всего коли-
чества гигроскопической влаги называется полной и оп-
ределяется в радиальном, тангенциальном и продольном
направлениях по формуле
Лм (им — а0) /«0- 100% ,
где а»— размер (объем) образца при пределе насыщения, мм (мм3);
а» — размер (объем) образца в абсолютно сухом состоянии,
мм (мм3).
Полная усушка древесины в продольном направле-
нии незначительна и составляет 0,1—0,3 %, в радиаль-
ном 3—5 % и наибольшая усушка в тангенциальном на-
правлении 6—10%- Величина усушки пропорциональна
плотности — чем выше содержание клеточных стенок в
единице объема, тем больше усушка.
Для практических расчетов можно считать, что усуш-
ка древесины прямо пропорциональна изменению гигро-
скопической влаги, при этом пользуются коэффициента-
ми усушки (К), значения которых определяют как сред-
нюю усушку при изменении гигооскопической влаги на
1 %
Ку= Ли/30,
где 30 — среднее значение предела насыщения волокна, %.
В табл. Х.5 приведены коэффициенты усушки для
некоторых пород древесины в зависимости от направле-
ния волокон.
Практическое значение усушки велико и ее приходит-
ся учитывать при использовании древесины (при рас-
пиловке бревен на пиломатериалы, при сушке древеси-
ны), принимая во внимание припуски на усушку, кото-
441
Таблица Х 5. Коэффициенты усушки и разбухания древесины
Порода	Значения	н					
	по объему		по радиальному направлению		по тангенциальному направлению	
	S		S	КР	S	S
Лиственница	0,52	0,61	0,19	0.2	0,35	0,39
Сосна	0,44	0,51	0,17	0,18	0,28	0,31
Ель	0,43	0,5	0,16	0,17	0,28	0,31
Береза	0,54	0,64	0,26	0,28	0,31	0,34
Дуб	0,43	0,5	0,18	0,19	0,27	0,29
рые предусмотрены для пиломатериалов хвойных пород
в ГОСТ 6782.1—75 (с изм.) и для пиломатериалов лист-
венных пород в ГОСТ 6782.2—75. Неравномерная усуш-
ка является одной из причин возникновения внутренних
напряжений в древесине и может привести к трещино-
образованию в деревянных элементах.
§ 2.3.	Закономерности движения влаги
в древесине при сушке
При сушке древесины происходит перемещение влаги
внутри материала, называемое влагопереносом, и испа-
рение влаги с поверхности материала в окружающую
среду, называемое влагоотдачей. Основным параметром
характеризующим условия протекания этих процессов/
является температура среды: при /<100сС сушка назы-
вается низкотемпературной и при />100 °C— высоко-
температурной. Такое разделение обусловлено особенно-
стями парообразования — испарением в первом и кипе-
нием во втором случаях.
При конвективной низкотемпературной сушке (ат-
мосферная, камерная) тепло к древесине подводится
извне, температура внутри материала остается ниже
температуры окружающей среды в течение всего про-
цесса сушки. При этом наружные слои высыхают быст-
рее внутренних и так как длина пиломатериалов намно-
го больше их толщины, то можно рассматривать нерав-
номерное распределение влаги не по всему объему, а
лишь по сечению пиломатериалов.
Итак, основными причинами движения влаги в древе-
сине при низкотемпературной конвективной сушке явля-
ются:
442
неравномерное распределение влажности по сечению
пиломатериалов, что приводит к движению влаги (вла-
гопроврдности) из слоев с большей влажностью к слоям
с меньшим содержанием влаги, т. е. изнутри к поверх-
ности;
температурный перепад по сечению пиломатериалов,
что обусловливает движение влаги (термовлагопровод-
ность) в направлении пониженной температуры, т. е. это
движение влаги имеет обратное направление н несколь-
ко тормозит основную сушку. В противоположность этому
при сушке в поле токов высокой частоты электрическая
энергия преобразуется в тепловую в толще древе-
сины и температура внутренних слоев материала оказы-
вается выше окружающей. При этом оба потока движе-
ния влаги вследствие переноса влажности и температу-
ры имеют одно направление—изнутри к поверхности
пиломатериалов.
Влагоперенос или движение влаги внутри древесины
начинается с того момента, когда с поверхности древеси-
ны в результате испарения будет удалена вся гигроско-
пическая влага. С этого момента между внутренними
слоями древесины, где влага находится в полостях кле-
ток, и поверхностью, где влага содержится только в кле-
точных стенках, возникает разность капиллярных давле-
ний. Интенсивность движения влаги в древесине опре-
деляется з основном условиями прохождения ее через
стенки клеток.
При высокотемпературной сушке (в жидкостях, в
среде перегретого пара при температуре более 120°C)
основной причиной движения влаги является перепад
давлений. Поверхностные слои древесины быстро про-
греваются до температуры среды, влага закипает и пере-
ходит в парообразное состояние. При этом возникает по-
вышенное давление во внутренних слоях древесины. Под
действием возникшего перепада давлений происходит
перемещение влаги в виде пара к поверхности пилома-
териалов.
§ 2.4.	Внутренние напряжения в древесине при сушке.
Коробление
При сушке древесины происходит неравномерное рас-
пределение влаги по толщине пиломатериалов. Это вы-
зывает неравномерную усушку древесины и приводит к
443
образованию в ней внутренних напряжений. В процессе
сушки перепад влажности по толщине пиломатериалов
определяют по образцам послойной влажности, которые
разрезают на слои, как показано на рис. Х.8, б, в. По
полученным результатам строят кривые распределения
влаги по толщине пиломатериалов на различных этапах
сушки. Пока влажность поверхностных слоев древесины
выше или равна влажности предела насыщения клеточ-
ных стенок W'h.h, усушки нет и напряжения в материале
отсутствуют (кривая 1 на рис.Х.8, а).
После снижения влажности ниже П7п.н поверхностные
слои стремятся к усушке, но этому препятствуют внут-
ренние слои, влажность которых пока еще выше П7п.н
(кривая 2 на рис. Х.8, а). В этот момент поверхностные
слои испытывают растягивающие напряжения, а внут-
ренние слои — напряжения сжатия.
Возникающие в древесине напряжения уравновеши-
ваются в пределах данного образца. Чтобы их обнару-
жить, надо нарушить это равновесие, разделив образец
на части. Каждая часть будет стремиться к новому рав-
новесному состоянию путем деформаций. В производст-
ве для установления внутренних напряжений выпилива-
ют образцы, представленные на рис. Х.9. Для первого
этапа сушки, когда поверхностные слои испытывают
растягивающие напряжения, характерна форма образца
I (рис. Х.9).
На конечном этапе сушки влажность поверхностных
слоев приблизилась к заданной влажности, усушка их
будет значительно меньше, чем внутренних (кривая 4 на
рис. Х.8). В этот момент в древесине появляются сжима-
ющие усилия на поверхности и растягивающие во внут-
ренних слоях пиломатериалов (образец II, рис. Х.9).
Таким образом, происходит смена напряжений — на не-
котором промежуточном этапе сушки напряжения отсут-
ствуют. При достижении внутренними напряжениями ве-
личины выше предела прочности древесины на растяже-
ние может произойти разрушение в виде трещин, т. е. в
первой стадии сушки на поверхности, а на конечной ста-
дии — внутри материала.
Для получения высококачественных пиломатериалов
с минимальными напряжениями необходимо применять
мягкие режимы сушки, регулярно контролировать воз-
никающие в материале напряжения и проводить специ-
альную влаготеплсобработку материала. Ее проводят
444
Рис. Х.8. Кривые распределения влажности в процессе сушки по тол-
щине пиломатериалов (а) и образцы для определения послойной
влажности для пиломатериалов толщиной до 32 мм (б) и свыше
32 мм (в)
Рис. К.9. Образцы для определения внутренних напряжений
а — форма образца характерная для начального этапа сушки; б — для конеч-
ного этапа сушки; е — длн промежуточного этапа сушки
445
Рис. Х.10. Коробление древесины
а — при тангенциальной распиловке; б — при радиальной распиловке; в — по*
перечное коробление; г — продольное коробление по пласти; д — продольное
коробление по кромке; е — винтообразное коробление
обычно после окончания сушки (кривая 4 на рис. Х.8)
или в момент смены напряжений (кривая 3 на рис. Х.8).
Благодаря влаготеплообработке поверхностные слои ув-
лажняются и тем самым устраняются причины напряже-
ний, возникающих в древесине к концу сушки. Чем тол-
ще пиломатериалы, тем больше перепад влажности по
сечению и, следовательно, для снятия внутренних напря-
жений следует неоднократно в течение сушки проводить
влаготеплообработку.
К дефектам сушки относятся коробление (изменение
формы) пиломатериалов и появление наружных и внут-
ренних трещин в материале. Причиной коробления явля-
ется также различная усушка в радиальном и тангенци-
альном направлениях. На величину коробления влияют
косослой и крень, вызывающие скручивание и продоль-
ное коробление материала (см. рис. Х.10).
§ 2.5. Конвективная атмосферная сушка
Атмосферную сушку древесины производят в штабе-
лях на складах или под навесами (см. раздел X, § 1.3),
где происходит омывание пиломатериалов атмосферным
воздухом без подогрева. Состояние атмосферного воз-
духа зависит от климата дайной местности, сезона и по-
годы. На складе вследствие испарения из древесины
большого количества влаги создается свой микрокли-
мат. На его территории воздух имеет пониженную тем-
пературу и повышенную влажность. Регулировать атмо-
сферную сушку можно плотностью укладки пиломате-
риалов в штабеле и рациональным расположением шта-
446
беля на складе в зависимости от климатических условий
района.
Правила атмосферной сушки регламентируются ГОСТ
3808.1—80 для древесины хвойных пород и ГОСТ 7319—80
для древесины твердых лиственных пород. Для проведе-
ния атмосферной сушки вся территория СССР разделена
на четыре климатические зоны: 1 — северная (северные
области европейской части РСФСР, север Урала и Си-
бири); 2 — северо-западная (Карелия, западные обла-
сти европейской части РСФСР); 3 — центральная (При-
балтика, центральные области европейской части
РСФСР, Белоруссия, Южная Сибирь); 4 — южная (юж-
ные области РСФСР, Украина, Кавказ, Средняя Азия).
Штабели на складе рекомендуется располагать по
отношению к господствующим ветрам последовательно
в зависимости от толщины пиломатериалов: до 25 мм—
с наветренной стороны, свыше 50 мм — в середине, от
25 до 50 мм — с подветренной стороны. Плотность ук-
ладки пиломатериалов в штабели зависит не только от
размеров прокладок в вертикальном направлении (см.
§ 1.3 и табл. Х.2), но и от расстояний между элемента-
ми в горизонтальном ряду (шпаций).'
Размеры шпаций зависят от ширины пиломатериалов
и климатических зон:
Ширина пиломатериалов, мм	Ширина шпаций, мм	
	Для 1—2 зон	для 3—4 зон
До 150	100—125	150—175
175—275	75—100	125—150
Атмосферную сушку древесины постоянно контроли-
руют — систематически определяют влажность пилома-
териалов весовым способом и визуально наблюдают за
видимыми дефектами сушки. При появлении растрески-
вания торцов или пластей досок, что свидетельствует об
интенсивности процесса сушки, ограничивают доступ
воздуха в штабель установкой у его боковых стенок щи-
тов.
К недостаткам атмосферной сушки относятся боль-
шая продолжительность и сезонность процесса. Она мо-
447
Таблица Х.6. Ориентировочные сроки атмосферной сушки
пиломатериалов
Месяц укладки штабеля	Климати- ческая зона	Срок сушки, ди., при толщине пиломатериалов, мм		
		16—25	32—50	60—75
Март	4	12—28	25—32	35—45
	1	34- 38	43—51	55—64
Апрель, май	2	30—34	38—47	51—60
	3	25—30	34—36	43—51
	4	13—15	17—22	22—30
	1	13—17	22—43	43—55
Июнь, июль	2	10—13	17—34	34—51
	3	9—10	15—22	26—34
	4	8—9	13—15	17—25
Август, сентябрь	1 2	30—34 26—34	43—51 36—43	55—60 47—55
	3	22—30	30—38	43—47
Октябрь	4	11—17	20—26	30—34
	4	12—28	25—32	34—45
жет происходить только в активные сезоны года (весна,
лето, начало осени) и ограничивается влажностью 18—
22 %. В табл. Х.6 приведены ориентировочные сроки
сушки пиломатериалов хвойных пород до влажности
22 %.
Большая продолжительность атмосферной сушки свя-
зана с недостаточной циркуляцией воздуха в естествен-
ных условиях. Воздух движется в штабеле с малой ско-
ростью, быстро насыщается, при этом его способность
испарять влагу снижается, в результате, замедляется
сушка. Атмосферную сушку можно интенсифицировать
установкой осевых вентиляторов между штабелями на
складах, которые обеспечивают равномерную циркуля-
цию воздуха в штабеле.
Атмосферную сушку, благодаря ее низкой себестои-
мости и возможности получать пиломатериалы без по-
448
терн прочности и цвета древесины, рекомендуется ис-
пользовать на деревообрабатывающих заводах как за-
конченный процесс сушки пиломатериалов до транспорт-
ной влажности и предназначенных для конструкций, эк-
сплуатируемых на открытом воздухе.
Применение комбинированного (атмосферного и ка-
мерного) способа сушки позволяет не только снизить
себестоимость процесса, но и повысить качество продук-
ции благодаря подаче в камеры пиломатериалов одина-
ковой начальной влажности, что позволяет использовать
высокопроизводительные сушильные камеры, отрегули-
рованные на автоматический режим.
§ 2.6. Конвективная газопаровая (камерная] сушка
Конвективная газопаровая сушка осуществляется в
лесосушильных камерах различных конструкций, куда
пиломатериалы загружают штабелями. Сушка проис-
ходит в газообразной среде, которая конвекцией пере-
дает тепло древесине. Для нагревания и циркуляции
сушильного агента камеры снабжают нагревательными
и циркуляционными устройствами.
Сушильным агентом может быть: воздух, газ или пе-
регретый пар. По принципу действия различают каме-
ры периодического и непрерывного действия. Работа ка-
меры периодического действия состоит из полной загруз-
ки камеры материалом, технологического процесса суш-
ки и выгрузки материала из камеры. Камеры непрерыв-
ного действия выполняют в виде длинного туннеля, вме-
щающего несколько штабелей. По мере продвижения
штабеля в камере происходит сушка древесины. С про-
тивоположного конца камеры выгружают пиломатери-
алы, высушенные до требуемой влажности (рис. X. 11).
Для высококачественной сушки пиломатериалов, при
которой не допускается появление внутренних напряже-
ний в материале, рекомендуется применять воздушные
сушильные камеры периодического действия, обеспечива-
ющие равномерную циркуляцию сушильного агента по
всему объему штабеля (рис. Х.12).
Режимом сушки называется расписание во времени
основных параметров сушильного агента в зависимости
от породы, начальной и заданной конечной влажности
древесины, категории сушки и размера пиломатериалов.
Определяющими параметрами сушильного агента явля-
29—423
. 449
Рис. Х.11. Принципиальная схема сушильной камеры непрерывного
действия
/ — электродвигатель; 2 — вентилятор: 3 —приточный канал; 4 — вытяжной
канал; 5 — калорифер; 6 — циркуляционный канал; 7—горизонтальный экран'
3 — штабель
Рис. Х.12. Принципиальная схе-
ма сушильной камеры периоди-
ческого действия
/ — штабель; 2 — калорифер; 3 —
вентилятор; 4 — электродвигатель;
5 — конденсатор; 6 — компрессор;
7 — испаритель; 8 — приемник кон-
денсата
ется температура t, степень насыщения <р и психромет-
рическая разность.
Степень насыщения воздуха водяным паром опреде-
ляют отношением парциального давления пара Рп к
давлению его насыщения при данной температуре
Ф = ^П/Рн •
Если Рп=Ра и <р=1, то воздух содержит максимально
возможное при данной температуре количество пара.
Степень насыщения <р может быть определена по псих-
рометрическим диаграммам, полученным эксперимен-
тально, которыми пользуются в процессе сушки для
установления ее режимов. При этом необходимо знать
температуру предела охлаждения tn.o.
Температурой предела охлаждения называется тем-
пература, при которой воздух, испаряя влагу, достигает
насыщения. Она измеряется психрометром. Психро-
метр — это прибор, который состоит из обычного сухого
термометра и термометра, у которого чувствительный
элемент — шарик обернут тканью, смачиваемой в воде.
Мокрое тело, омываемое воздухом, при достаточной
450
длительности процесса приобретает температуру, равную
температуре предела охлаждения. При атмосферном
давлении температура предела охлаждения воздуха
всегда ниже 100 °C.
В зависимости от требований к качеству древесины
(см. табл. Х.З) пиломатериалы можно высушивать раз-
личными по температурному уровню режимами.
Мягкие режимы (1м=40°С, /с<58°С) обеспечивают
бездефектную сушку пиломатериалов без снижения
прочности и изменения цвета, рекомендуются для пило-
материалов высших сортов, в том числе для пиломате-
риалов, идущих на изготовление клееных конструкций.
Нормальные режимы (1М=67°С, 1с<100 °C) обеспе-
чивают бездефектную сушку пиломатериалов при пол-
ном сохранении прочностных показателей древесины с
незначительными изменениями ее цвета.
. Форсированные режимы (7И = 75°С, /с<1Ю°С) обес-
печивают бездефектную сушку пиломатериалов при сох-
ранении прочности на статический изгиб, растяжение и
сжатие, но при возможном снижении (до 20 %) прочно-
сти на скалывание и раскалывание и потемнении древе-
сины. Применяются для пиломатериалов, предназначен-
ных для элементов, работающих с большим запасом
прочности.
Высокотемпературная сушка (1м=100°С, /с^130°С)
или сушка перегретым паром в паровых камерах обес-
печивает незначительное снижение прочности на стати-
ческий изгиб, растяжение и сжатие, но заметно снижает
прочность (до 30—35 %) иа скалывание и раскалывание
и вызывает потемнение древесины.
Технологический процесс камерной сушки состоит из
нескольких операций — начального прогрева древесины,
собственно сушки по выбранным режимам, влаготепло-
обработки и.кондиционирования материала.
Сырую древесину прогревают в среде сушильного аген-
та со степенью насыщения 0,98—1 и при температуре,
которая на 5 °C выше температуры выбранного режима
сушки. Длительность прогрева для пиломатериалов
хвойных пород составляет 1 —1,5 ч на каждый сантиметр
их толщины.
Режимы (температура и степень насыщения сушиль-
ного агента) собственно сушки устанавливают в зависи-
мости от породы, начальной влажности, размеров н тре-
буемого качества высушиваемых пиломатериалов. Во
29*
451
время сушки периодически контролируют текущую влаж-
ность весовым способом (см. § 2.1, рис. Х.6) и внутрен-
ние напряжения в древесине.
Для контроля за внутренними напряжениями в шта-
бель закладывают образцы длиной 1—1,2 м. Торцы об-
разцов изолируют масляной краской. Регулярно от них
отпиливают торцовые срезы толщиной 10 мм, из которых
вырезают на ленточнопильном станке силовой образец
(см. рис. Х.9). О знаке и примерной величине напряже-
ний судят по направлению и величине изгиба зубцов
у1_р
Z=-^ioo%.
Изгиб зубцов наружу свидетельствует о наличии рас-
тягивающих, а изгиб внутрь — сжимающих напряжений
в поверхностных слоях пиломатериалов.
Тепловлагообработку проводят для снятия или умень-
шения остаточных внутренних напряжений (см. § 2.4)
после достижения древесиной заданной средней конечной
влажности. Температура сушильного агента на 10 °C вы-
ше последней ступени сушки, степень насыщения 0,98—
1, продолжительность в среднем 2,5—2 ч на каждый сан-
тиметр толщины пиломатериалов.
Кондиционирующую обработку древесины проводят
для выравнивания влажности как по объему штабеля,
так н по толщине пиломатериалов, при этом поддержи-
вают такое состояние сушильного агента, при котором
недосушенные пиломатериалы подсыхают, а пересушен-
ные увлажняются — температура на 5° выше послед-
ней ступени собственно сушки, а степень насыщения со-
ответствует (по диаграмме равновесной влажности, при-
веденной на рис. Х.7) средней заданной конечной влаж-
ности древесины.
Камерная сушка позволяет высушить древесину до
любой заданной конечной влажности, требуемого каче-
ства. Срок сушки зависит от породы, размеров, началь-
ной н конечной влажности пиломатериалов и колеблется
от десятков часов до нескольких суток. Стоимость суш-
ки 1 м3 приблизительно 10 руб. Сушка поддается на-
дежному регулированию; в настоящее время имеются
высокопроизводительные отечественные автоматические
сушильные камеры: СПМ-2К или СПВ-62М, а также за-
рубежные камеры, например «Больман», «Термак».
452
§ 2.7. Конвективная сушка в жидкостях
Агентом конвективной сушки могут быть гидрофоб-
ные маслянистые или парафинообразные жидкости, ко-
торые не смешиваются и не растворяются в воде, рас-
плавленные металлы, сера, а также водные растворы
гигроскопических минеральных солей. Наибольшее про-
мышленное распространение получила сушка в петрола-
туме (парафинообразное вещество, являющееся отходом
при перегонке нефти). Сушка осуществляется чаще все-
го при атмосферном давлении в ваннах, заполненных
петролатумом, нагретым до 120—130 °C. Внутри древе-
сины вследствие кипения влаги создается избыточное
давление, под действием которого пар выходит в атмо-
сферу, преодолевая сопротивление древесины и слоя
жидкости над материалом. Расход петролатума состав-
ляет 25—40 кг/м3, продолжительность сушки 6—8 ч.
К недостаткам этого способа относится загрязнение
поверхности древесины, что затрудняет последующую ее
механическую обработку и склеивание. Часто сушка в
петролатуме совмещается с пропиткой древесины мас-
лянистыми антисептиками. Область рационального при-
менения этого способа сушки — обработка столбов ли-
ний электропередачи и связи, шпал, мостов и других
крупномерных сортаментов.
§ 2.8. Сушка в поле токов высокой частоты
Древесина обладает высокими диэлектрическими
свойствами (ее удельное сопротивление равно 108—
1017 Ом •см) и способна прогреваться в поле токов высо-
кой частоты за счет диэлектрических потерь. Способ
удаления влаги из древесины, основанный на этом
принципе, получил название диэлектрической сушки. Он
принципиально отличается от конвективной сушки, так
как прогрев осуществляется внутри материала равно-
мерно по его объему, а не подводится извне.
Установка для диэлектрической сушки состоит из
трансформатора, выпрямителя, высокочастотного гене-
ратора и колебательного контура с рабочим конденсато-
ром, между обкладками которого размещают высушива-
емую древесину.
Температура и влажность на поверхности древесины
в результате испарения и тепловых потерь оказывается
453
ниже температуры и влажности внутренних слоев пило-
материалов. При диэлектрической сушке имеют место
положительные градиенты температуры и влажности,
вследствие этого движение влаги путем влаго- и термо-
влагопроводности направлено изнутри на поверхность
материала. Чем выше влажность, тем до более высокой
температуры прогревается древесина, и если температу-
ра будет превышать температуру точки кипения воды,
то внутри материала возникает избыточное давление.
Благодаря равномерному нагреву по всему объему, воз-
никновению положительного перепада температуры и
избыточного давления внутри древесины продолжитель-
ность диэлектрической сушки в 50—60 раз меньше кон-
вективной и составляет 2—4 ч. Тем не менее из-за слож-
ности оборудования, большого расхода электроэнергии
этот способ не находит широкого применения.
Более эффективно применение комбинированных
способов сушки, например камерно-диэлектрического.
В этом случае к штабелю, размещенному в камере, с по-
мощью электродов подводят высокочастотную энергию
от специального генератора ТВЧ для создания положи-
тельного перепада температур (2—5 °C) по сечению ма-
териала. Комбинированная сушка позволяет сократить
срок сушки по сравнению с камерной в 2—3 раза и по-
лучить пиломатериалы высокого качества благодаря не-
большому перепаду влажности по толщине материала.
ГЛАВА 3. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ
В производстве деревянных строительных деталей,
изделий и конструкций для придания им необходимых
размеров, форм и чистоты поверхности применяют обра-
ботку древесины резанием. Обработку резанием со сня-
тием стружки осуществляют инструментами, имеющими
один или несколько резцов. В общем виде резец имеет
форму клина (рис. Х.13), в котором различают перед-
нюю грань abcb, по которой происходит удаление струж-
ки; заднюю грань ab'c'd, обращенную к обработанной
поверхности; две боковые грани; лезвие резца ad — ли-
ния пересечения передней и задней граней; задний
угол а — угол между задней гранью и поверхностью
резания; угол заострения или угол заточки (5 — угол
454
Рис. Х.13. Элементарный резец (а) и виды элементарного реза-
ния (б)
1 — торцовое; 2 — продольное; 3 — поперечное
между передней и задней гранями; угол резания 6 —
угол между передней гранью и поверхностью резания и
передний угол у—угол между передней гранью и пер-
пендикуляром, восстановленным к поверхности резания.
При резании необходимо затрачивать усилие на
внедрение резца в материал, на преодоление сил тре-
ния, на деформирование элементов стружки. Это сум-
марное усилие носит название силы резания и определя-
ется по формуле
P = kbh.
где k — удельное сопротивление резания, кг/мм2; Ъ — ширина струж-
ки, мм; h — толщина стружки, мм.
При подсчете силы резания пользуются понятием
удельного сопротивления резанию (k), которое пред-
ставляет собой значение силы резания, отнесенное к
1 мм2 площади поперечного сечения стружки. Численное
значение удельного сопротивления резанию зависит от
механических свойств материала. Для древесины оно.
определяется в первую очередь породой и направлением
резаиия относительно направления волокон. В зависи-
мости от направления движения резца по отношению к
направлению волокон древесины различают торцовое,
продольное и поперечное резание (см. рис. Х.13).
При торцовом резании резец движется в плоскости,
перпендикулярной направлению волокон древесины, при
этом стружка скалывается в виде отдельных не связан-
ных между собой элементов. При продольном резании
движение резца совпадает с направлением волокон, в
455
этом случае стружка снимается тонкой лентой. Попе-
речное резание происходит при движении резца в плос-
кости волокон перпендикулярно их длине, элементы
стружки взаимосвязаны слабо. Этот вид резания приме-
няют при получений строганого или лущеного шпона
при производстве фанеры. В среднем соотношение меж-
ду значениями удельного сопротивления резанию для
торцового, продольного и поперечного резания составля-
ет (4,5—6) ; (2—3) ; 1. Коэффициент k возрастает при
увеличении угла резания 6, затуплении резца, уменьше-
нии толщины стружки и снижении влажности древесины.
Древесина имеет по сравнению с металлами низкие
значения удельного сопротивления резанию от 0,5 до
15 кг/мм2, что позволяет обрабатывать ее при режимах
в несколько раз более интенсивных, чем это принято в
металлообработке.
Различают элементарное и сложное резание. Эле-
ментарным называется резание, которое производится
только одной прямолинейной кромкой резца — лезвием,
направлено прямолинейно и имеет постоянную скорость.
Стружка получается одинаковой толщины по ширине и
направлению резания. Резец занимает по отношению к
волокнам одно из рассмотренных выше положений. Вся-
кий другой случай резання называется сложным.
§ 3.1. Распиловка
Распиловка — наиболее распространенный способ
резания древесины. Пилы представляют собой много-
резцовый инструмент. Они состоят из полотна и резцов,
которые называются зубьями. Различают рамные, дис-
ковые и ленточные пилы.
Рамные пилы, представляющие собой длинные тон-
кие стальные полотна толщиной 1,8—2,2 мм, предназна-
чены для продольной распиловки бревен на лесопильных
рамах. На рис. Х.14 приведены профили зубьев рамных
пил.
Круглые пилы представляют собой стальные диски
толщиной 1—5,5, диаметром 200—1250 мм; на перифе-
рийной части нанесены зубья, профили которых показа-
ны на рис. Х.14. Они применяются для продольной и по-
перечной распиловки. Пилы с переменной толщиной
диска называются строгальными.
456
Рис. Х.14. Профили зубьев пил и способы устранения заедания пилы
в пропиле
а —рамных; б —круглых; в — ленточных; г — утолщение полотна к зубьям;
д — расплющивание-кромки зуба; е— развод зубьев; /—ломаный зуб; 2—
прямой зуб: 3 —для продольной распиловки; 4— для поперечной распилов-
ки; 5 — для досок; 6 — для бревен
Рис. Х.15. Схема круглопиль-
ного станка для продольного
распиливания с ручной подачей
материала
/ — станина; 2 — стол; 3 — пила;
4 _ расклинивающий нож; 5 — на-
правляющая линейка; 6 — электро-
двигатель; 7 —ограждение нижнее;
8 — ограждение верхнее; 9 — упоры
Ленточные пилы имеют вид непрерывной ленты с ре-
жущими зубьями на передней кромке шириной полотна
до 40—50, толщиной 0,6—2,2 мм. Длину пильной ленты
выбирают в зависимости от габаритов станка, концы
ленты спаивают. Они применяются для продольной рас-
пиловки пиломатериалов и для криволинейных пропи-
лов.
Для устранения трения полотна пилы о древесину
между пилой и боковыми стенками пропила создается
зазор разводом зубьев или расплющиванием их кромки.
Для этого строгальные пилы имеют утолщение зубьев
(рис. Х.14). Развод зубьев на каждую сторону обычно
составляет: у рамных пил 0,7 мм, у дисковых пил 0,3—
0,6 мм, у ленточных пил 0,2—0,35 мм.
Пильные станки разделяются на станки круглопиль-
ные для продольного, поперечного и смешанного распи-
ливания и ленточные станки. Круглопильные станки для
продольной распиловки могут быть с ручной и автома-
тической подачей материала. Схема станка с ручной по-
дачей представлена на рнс. Х.15.
457
Станок имеет станину 1 с размещенным на ней сто-
лом 2, в прорезь которого выходит полотно пилы 3. На
расстоянии 15—20 мм от пильного диска располагаются
расклинивающий нож 4, который, входя в пропил, не-
сколько расширяет его и устраняет трение входящей час-
ти пильного полотна о стенки пропила. Расклиниваю-
щий нож также устраняет возможность обратного
выброса материала восходящими зубьями пилы. На-
правляющая линейка 5 располагается строго параллель-
но плоскости полотна пилы и для регулирования шири-
ны отпиливаемой заготовки может переставляться по
ширине стола. Пильный диск получает вращение от шки-
ва, связанного ременной передачей с электродвигате-
лем 6. Пила имеет ограждение в нижней и верхней час-
тях. Нижнее ограждение 7 является одновременно при-
емником для сбора опилок. Последние удаляют от
станка отсосом в эксгаустерную систему. Верхнее щит-
ковое ограждение 8 полностью закрывает выступающую
часть пильного диска, поднимаясь проходящим матери-
алом только на высоту пропила. Для предотвращения
возможности обратного выброса материала применяют
тормозные упоры 9.
Наибольшее распространение для продольного рас-
кроя древесины получили станки с гусеничной подачей
материала (рис. Х.16), обеспечивающие при большой
производительности высокую точность обработки, а при
применении строгальных пил и высокое качество обра-
ботки.
Станок состоит из литой станины 1, стола 2, суппор-
та пилы 3, гусеничной подачи 4 и прижимных вальцев
5. Станок имеет электродвигатель с удлиненным валом,
на конце которого крепится пила. Электродвигатель
шарнирно подвешен к стойке и может поворачиваться
вокруг оси качания, что позволяет установить пилу та-
ким образом, чтобы зубья пилы при любом диаметре
пильного диска немного заглублялись в канавку гусе-
ницы. Прижимные вальцы вместе с несущей коробкой
можно устанавливать по высоте в соответствии с толщи-
ной распиливаемого материала. Гусеница состоит из от-
дельных звеньев, шарнирно скрепленных один с другим.
Верхняя ветвь гусеницы движется по направляющим
стола, привод ее осуществляется барабаном с фигурны-
ми вырезами — туером. Натяжение гусеницы произво-
дится весом нижней ветви. Звенья гусеницы имеют риф-
458
Рис. Х.16. Схема круглопильного станка с гусеничной подачей мате-
риала
а—общий вид; б — кинематическая схема; / — станина; 2 — стол; 3 — суп-
порт пилы; 4 — гусеничный механизм подачи; 5 — прижимные ролики
леную поверхность с канавкой для выхода пилы. Станок
снабжен переставной направляющей линейкой и предо-
хранительными упорами, исключающими возможность
обратного вылета материала.
Станок ЦДК-4-3 с одной пилой предназначен для от-
пиливания от материала по одной заготовке. Станки
ЦДК-5 и ЦМР-1 оборудованы несколькими пилами для
получения ряда заготовок по ширине материала за один
459
Рис. Х.17. Схема торцовочного станка
/—•педаль для включения гидропривода подачи; 2 —маховичок механизма
настройки пильной части по высоте; 3— стойка; 4 — тяга для крепления
стола; 5 — колонка; 6—пильный шпиндель с электродвигателем; 7—мано-
метр; 8—направляющая обойма; 9—суппорт пилы; 10— гидропривод; 11—
электродвигатель гидронасоса
проход. Поперечную распиловку выполняют на одно-
пильных торцовых станках ЦМЭ-2 с ручной или ЦМЭ-3
с пневмогидравлической прямолинейной подачей суп-
порта пилы на материал.
Станок ЦПА-40 (рис. Х.17) с прямолинейным гидро-
фицированным движением суппорта предназначен для
точного поперечного распиливания досок, брусьев и щи-
тов. Поворот суппорта пилы в горизонтальной плоско-
сти дает возможность производить распиловку под уг-
лом к кромке пиломатериалов.
Отличительной особенностью торцового станка ТС-3
является нижнее расположение пилы и пневматический
прижим обрабатываемых деталей.
Для прямолинейного и криволинейного распилива-
ния пиломатериалов и фанеры служат ленточнопильные
станки ЛС-40, ЛС-80-4 и ЛС-100. Ленточнопильный ста-
нок (рис. Х.18) имеет два шкива — верхний / и нижний
5, движущую пильную ленту 6, поворотный стол 3 и на-
правляющие устройства. Стол может быть установлен
под углом 45° к горизонтальной плоскости. Для обра-
460
Рис. Х.18. Схема ленточнопаль-
ного станка
1 — верхний натяжкой шкив; 2 —
распиливаемая заготовка; 3 — с юл;
4 —	поворотный сегмент; .5 — пиж-
нкй приводной ПГА»В, 6 — пильная
лента; 7 — противовес
Рис. Х.19. Схема обработки
древесины
а — строгание; б — фрезерование
ботки кромок щитов, древесных плит и фанеры служат
форматнообрезные (концеравнительные и четырехсто-
ронние) станки.
Режим обработки древесины при пилении определя-
ется в основном техническими характеристиками стан-
ков и составляет скорость резания 1200—5400 м/мин; на
круглопильных станках скорость автоматической подачи
может достигать 60 м/мин, тогда как при криволиней-
ном распилинании на ленточнопильных станках скорость
ручной подачи обычно не превышает 4—8 м/мин.
§ 3.2.	Строгание и фрезерование
Операции строгания и фрезерования тождественны
по своему принципу. Под строганием понимают процесс
плоскостной обработки заготовок, тогда как при фрезе-
ровании производят фасонную обработку по прямоли-
461
Рис. Х.20. Фрезы
а — насадные цилиндрические сборные для обработки плоских поверхностей;
б — для обработки зубчатых шипов; е — концевые для выборки прямых и фа-
сонных пазов
нейному или криволинейному контуру (рис. Х.19). Стро-
ганием удаляют с поверхности заготовок неровности,
образовавшиеся при других видах механической обра-
ботки или получают шпон и стружку для плит. Строга-
ние выполняют на строгальных, циклевальных,
лущильных, стружечных станках. В качестве строгаль-
ного инструмента используют строгальные ножи. Они
могут быть толстыми (толщиной 8—12 мм) и тонкими
(толщиной 2,5—5 мм). Длина ножей в зависимости от
типа станка составляет 100—1800 мм. Толстые ножи ус-
танавливают на квадратных ножевых валах и применя-
ют для обдирочных операций; тонкие ножи закрепляют,
только в круглых ножевых валах и применяют для чис-
тового строгания.
Основными типами фрезерного инструмента являют-
ся насадные цельные фрезы, фрезы со вставными смен-
ными резцами и концевые фрезеры (рис. Х.20).
При фрезеровании древесина разрезается вращаю-
щимися фрезами или плоскими ножами, укрепленными
во вращающихся ножевых головках. При фрезеровании
получают прямоугольные заготовки точных размеров,
выбирают пазы и гнезда, нарезают шипы, обрабатывают
462
Рис. Х.21. Схемы станков для фрезерования
фуговальные: а, б—с ручной подачей; в — с конвейерной подачей; рейсмусо-
вые: г, д — односторонний и двусторонний с вальцовой подачей; е — двусто-
ронний с конвейерной подачей; ж—и — четырехсторонние и многосторонние с
вальцовой и вальцово-гусеничиой подачей: / — ножевые валы; 2 — заготовки;
3— столы; 4 — конвейер подачи; 5—подающие вальцы; в— пружины; 7—при-
жимные башмаки; S — прижимные ролики; 9 — гусеничный механизм подачи;
10 — гладильные ножи; И — питательный стол
детали криволинейного или ломаного профиля. Универ-
сальность этого вида обработки обусловлена сменностью
режущего инструмента и конструкцией соответствую-
щих станков: фуговальных (рис. Х.21, а—в), рейсмусо-
вых (рис. Х.21,е—е), четырехсторонних (рис. Х.21,эк—.
и), строгальных, фрезерных и шипорезных.
Фуговальные станки предназначаются для выверки
и фрезерования под плоскость одной или двух смежных
463
Рис. Х.22. Обработка на фуговальном станке
а —схема работы фуговального станка: / — ножевой вал; 2 —задняя плита
стола; 3 — передняя плнта стола; 4 — обрабатываемая заготовка; е — толщина
снимаемого слоя древесины; б — выравнивание пласти заготовки под плос-
кость на фуговальном станке; в, г — схема фрезерования двух граней иод
плоскости н прямой угол на фуговальном станке: 1 — направляющая линейка
граней под заданный между нимн угол, составляющий
обычно 90°. Эти плоскости являются базовыми при
дальнейшей обработке заготовки (рис. Х.22).
Фуговальный станок имеет горизонтальный стол, со-
стоящий из двух плит (передней 3 и задней 2), и рас-
положенного внизу между ними ножевого шпинделя 1.
Плиты стола могут перемещаться по вертикали и гори-
зонтали. Плоскость задней плиты должна быть каса-
тельной к цилиндрической поверхности, описываемой
лезвием фрезерующих ножей. Переднюю плиту устанав-
ливают обычно на 1,5—2 мм ниже задней плиты, что оп-
ределяет ,величину снимаемого слоя при фрезеровании.
При ручной подаче для получения базовых поверх-
ностей сначала фрезеруют на фуговальном станке под
плоскость широкую грань (пласть) заготовки, а затем
также под плоскость обрабатывают смежную грань
(кромку) с получением, как правило, прямого угла (рис.
Х.22, в, г).
На двустороннем фуговальном станке С2Ф-4 одно-
временно можно обрабатывать две смежные плоскости
заготовки — пласть и кромку. Станок имеет горизон-
464
Рис. Х.23. Схема работы одностороннего рейсмусового станка
1 — заготовка; 2 — когтевая завеса; 3 — рифленый подающий валик; 4 —
стружколоматель; 5 — ножевой вал; 6 — прижим; 7 — гладкий подающий ва<
лик; 8, 10 — нижние валики, 9— стол
Рис. Х.24. Схема фрезерования заготовок
а — иа фуговальном станке; б — на рейсмусовом стайке; 1—заготовка; 2 и
2а— передняя и задняя плиты фуговального станка; 3—ножевой вал; 4 —
стол рейсмусового станка, иа иотором базируется заготовка плоскостью, об-
работанной на фуговальном стайке
тальный ножевой вал и вертикальную ножевую головку.
Материал на ножи подают роликовым механизмом.
Рейсмусовые станки выпускают односторонними и
двусторонними. Односторонние станки (рис. Х.23) име-
ют один ножевой вал, находящийся над столом, по ко-
торому подают обрабатываемый материал. На этих
станках можно обрабатывать заготовки в размер по
толщине и ширине, соблюдая при этом параллельность
30—423
465
противоположных сторон (рнс. Х.24). Параллельность
граней заготовок при фрезеровании в размер может быть ;
обеспечена на одностороннем рейсмусовом станке за
две операции, так как здесь предварительно обработан-
ные на фуговальном станке под плоскость и прямой
угол две смежные грани последовательно базируются
на столе рейсмусового станка, и ножевой вал, располо-
женный над заготовкой, фрезерует поочередно две дру-
гие смежные грани параллельно первым (рис. Х.22, в, г).
Для одновременной обработки заготовки с двух про-
тивоположных сторон применяют двусторонние рейсму-
совые станки с двумя ножевыми валами — нижним и
верхним (рис. Х.21, д, е).
В производстве деревянных конструкций для про-
дольного фрезерования часто применяют четырехсто-
ронние станки (см, рис. Х.21), позволяющие за один
проход обрабатывать четыре стороны заготовки и полу-
чать детали в форме прямоугольного параллелепипеда.
Четырехсторонний станок С16-5П состоит из пяти
шпинделей — двух горизонтальных, двух вертикальных
и одного дополнительного, который может быть установ-
лен под углом к заготовке. Наиболее совершенен шести-
шпиндельный фуговально-фрезерный станок СФ 16-1.
Вертикальные фрезерные станки относятся к универ-
сальному оборудованию и предназначаются для фрезе-
рования прямых и криволинейных поверхностей,
выборки пазов и канавок, нарезки шипов, а также для
копировальных работ.
Фрезерование шипов для соединения деревянных
конструкций выполняют на фрезерных или шипорезных
станках. Применяются односторонние рамные шипорез-
ные станки с ручной или механической подачей, на ко-
торых обрабатывают по одному концу заготовки, и дву-
сторонние с механической подачей, на которых обраба-
тывают одновременно оба ее конца. На рис. Х.25 пока-
зана схема четырехшпиндельного шипорезного станка
ШО 151-5. Для подачи материала станок имеет каретку
с гидроприводом и прижимные устройства (боковые и
верхние). Механизм резания состоит из торцовочной пи-
лы, диска для выборки проушин и двух зубчатых фрез.
Шпиндели установлены по ходу обработки в следующем
порядке — один горизонтальный с пилой, один проушеч-
ный и два вертикальных с торцовыми шипорезными фре-
зами.
Рис. Х.25. Схема одностороннего рамного шипорезного станка
1 — каретка; 2—гидроприжнн; 3 — кронштейн каретки; 4 — нижняя я верх-
няя направляющие каретки; 5, 6 — пульты управления; 7 — электродвигатель
верхней фрезы
Двусторонние шипорезные станки ШД 10-3 и
ШД 15-3 для одновременной нарезки шипов с двух тор-
цов заготовки имеют по восемь шпинделей. Четыре
шпинделя смонтированы на неподвижной станине, пра-
вая станина с четырьмя шпинделями перемещается по
направляющим и устанавливается в зависимости от дли-
ны обрабатываемых заготовок.
Режимы обработки древесины строганием и фрезе-
рованием определяются видом работы и техническими
возможностями станков. Частота вращения инструмента
составляет для фуговальных и рейсмусовых станков
3500—5700 мин-1, для фрезерных станков с нижним рас-
положением шпинделя 6000—8000 мин-1 (средние стан-
ки), до 24 000 мин-1 (легкие станки), Что при обычно
30*
467
Рис. Х.26. Виды сверл для обработки древесины
а — с центром и нодрезателями для труднообрабатываемых древесных мате-
риалов: б — спиральные с центром и подрезателямн для сверления отверстий
поперек волокон
применяемых радиусах резания соответствует скорости
резания 1500—2500 м/мин.
Скорость автоматической подачи 8—30 м/мин, при
ручной подаче скорость не более 5 м/мин; наименьшая
скорость подачи при криволинейном фрезеровании.
§ 3.3.	Сверление
Волокнистое строение древесины и анизотропия ее
механических свойств обусловливают особенности кон-
струкции сверл для древесины (рис. Х.26). Для сверле-
ния отверстий перпендикулярно волокнам используют
сверла с подрезателями. Последний перерезает волокна,
а режущая кромка скалывает волокна в их плоскости.
Во избежание увода сверла часто применяют направ-
ляющий центр, заточенный в виде пирамиды.
Для продольного сверления используют ложечные и
спиральные сверла. При глубоком сверлении нужно
снабжать сверла канавками для отвода стружки. Высо-
кое качество обработки при глубоком сверлении поперек
волокон дает шнековое сверло.
На сверлильных станках высверливают гнезда и па-
зы для соединений элементов с помощью шипов, болтов,
винтов и т. п. Сверлильные станки разделяются на од-
ношпиндельные, вертикальные и горизонтальные, с ме-
ханической и ручной подачей. Для сверления несколь-
ких отверстий применяют многошпиндельные сверлиль-
ные станки, например вертикальный сверлильный станов
СВ12, предназначенный для одновременного сверлени;
до 12 отверстий,
468
Частота вращения шпинделя сверлильных станков
составляет 3000—10 000 мин!. Подача на один оборот
сверла 0,1—0,3 мм для древесины твердых пород и фа-
неры и 0,5—2мм для Древесины мягких пород.
§ 3.4.	Ручное оборудование для механической обработки
Для.механизации трудоемких ручных работ при об-
работке и сборке элементов конструкций применяют
ручные электрические и пневматические машины и ин-
струменты, представляющие собой упрощенные и умень-
шенные до портативных размеров деревообрабатываю-
щие станки.
Дисковые электропилы (ИЭ-5106, ИЭ-5102Б) служат
для продольного и поперечного раскроя пиломатериалов
и щитов, а также для пригонки деталей при монтаже
деревянных конструкций. Ленточные электропилы поз-
воляют обрабатывать древесину по криволинейному
контуру. Машина ИЭ-6009 предназначена для строга-
ния, продольного и поперечного пиления, фрезерования
и сверления древесины. Паркетно-фрезерные машины
(СО-40А, СО-97) в некоторых случаях могут быть ис-
пользованы для обработки боковых поверхностей клее-
ных дощатых конструкций. К переносным электрифици-
рованным инструментам относятся электрофуганки,
сверлильные, фрезерные, долбежные инструменты, гай-
коверты и шуруповерты. Привод инструмента может
быть электрическим или пневматическим.
§ 3.5.	Чистота обработки поверхности древесины
и обеспечение сборности конструкций
В результате механической обработки на поверхно-
сти древесины могут быть различные неровности — бо-
роздки, риски от резца, волнистость от вращающегося
инструмента, выколы и вырывы кусков древесины при
пилении, ворсистость и мшистость при шлифовании.
В зависимости от назначения изделий к поверхности
древесины предъявляют различные требования. Чисто-
ту поверхности оценивают степенью шероховатости, ко-
торую определяют средним значением максимальных
высот неровностей Нм, замеренных от нх вершин до дна
соответствующих впадин. Степень шероховатости дре-
469
весины значительно колеблется в зависимости от мето-
да обработки:
Рамное пиление.................... 500—2500	мкм
Ленточное пиление................ 130—500	»
Пиление дисковой пилой........... 150—750	»
Обработка строгальными пилами .	25—130	»
Фрезерование..................... 30—200	»
В зависимости от размеров неровностей по ГОСТ
7016—82 «Древесина. Шероховатость поверхности. Па-
раметры и характеристики» установлено 12 классов ше-
роховатости поверхности древесины:
Требования к чистоте поверхности древесины опре-
деляются назначением деталей и указываются на черте-
жах специальным знаком с обозначением класса шеро-
ховатости, в зависимости от которого выбирают способ
обработки древесины. Например, обработку древесины
под склеивание следует проводить для зубчатых шипов
по 8-му классу шероховатости (V д8), а для пластей и
кромок по 7-му классу (V д7), что соответствует вели-
чине неровностей в пределах 60—100 мкм и достигает-
ся фрезерованием.
Для обеспечения точной сборки деталей и конструк-
ций необходимо, чтобы размеры соединяемых деталей
находились в определенных пределах. Это достигается
при соблюдении системы допусков и посадок при обра-
ботке элементов. Действительный размер обработанной
детали может отличаться от номинального размера, за-
данного чертежом. Для обеспечения взаимозаменяемости
деталей на чертеже дают два размера, указывающих
пределы действительного размера. Разность между наи-
большим и наименьшим предельными размерами назы-
вается допуском на неточность изготовления. Чем боль-
ше допуск, тем меньше требования, предъявляемые к
точности изготовления деталей.
470
Таблица Х.7. Значения допусков, мм
Размер, мм	Квалитет ,							
	11	12	13	14	15	16	1?	1В
10—18			0,18	0,27	0,43	0,7	1,1	1,8	2,7
18—30		0,21	0,33	0,52	0,84	1,3	2,1	3,3
30—50	——	0,25	0,39	0,62	1	1,6	2,5	3,9
50—80	0,19	0,3	0,46	0,74	1,2	1,9	3	4,6
80—120	0,22	0,35	0,54	0,87	1,4	2,2	3,5	5,4
120—180	0,25	0,4	0,63	1	1,6	2,5	4	6,3
180—250	0,29	0,46	0,72	1,15	1,85	2,9	4,6	7,2
Совокупность допусков, соответствующих одинаковой
степени точности для всех номинальных размеров, на-
зывается квалитетом. Числовые значения допусков для
наиболее широко используемых размеров соединитель-
ных элементов строительных конструкций приведены в
табл. Х.7.
§ 3.6.	Припуски на механическую обработку.
Расчет потребности в лесоматериалах
При изготовлении деталей п заготовок следует исхо-
дить из существующего сортамента пиломатериалов (см.
табл. X.I) и учитывать припуски на механическую обра-
ботку. Припуском называется превышение размеров за-
готовки над номинальными размерами детали, т. е. это
слой материала, подлежащий удалению при механичес-
кой обработке. Необходимо стремиться к минимальным
припускам, так как это позволяет рациональнее исполь-
зовать древесину. Припуски зависят от вида механичес-
кой обработки и технических возможностей оборудова-
ния. Припуски на фрезерование пиломатериалов хвой-
ных пород приведены в табл. Х.8 и Х.9.
При расчете количества лесоматериалов, требующих-
ся для изготовления изделий заданных размеров и ка-
чества, следует учитывать:
а)	количество отходов при раскрое (торцовка, вы-
резка дефектных мест и т. п.);
б)	размеры необходимых припусков на чистовую об-
работку (строгание, фрезерование и пр.);
в)	величину ожидаемых потерь в производстве.
471
Таблица Х.8. Припуски
иа фрезерование по пласти
с двух сторон, мм
Таблица Х.9. Припуски
иа фрезерование кромок
заготовок с двух сторон, мм
Номинальная
ширина заго-
товки, мм
До 95
95—195
Свыше 195
Припуски при
номинальной
толщине за-
гоюзок, мм
25	свыше 40
4,5	5
5	5,5
5,5	6
Выходом черновых заготовок называется отношение
(в %) объема заготовок, полученных в результате рас-
кроя, к объему раскроенных досок, фанеры, столярных
плит и т. п. Окончательным выходом называется отно-
шение объема обработанных деталей и изделий к объ-
ему раскроенных досок, фанеры, плит и т. п.
Размер выхода зависит от вида продукции, породы
и сортности сырья, методов раскроя и обработки. Исход-
ными данными в определении выхода служат чертежи,
ГОСТ и технические условия на эти изделия.
Пример. Рассчитать объем пиломатериалов для изготовления
многослойной балки, склеенной из досок по толшине на пласть, со
стыковкой по длине зубчатым шипом.
Пиломатериалы сосновые, обрезные 1-го и 2-го сортов, высу-
шенные до влажности 10—12 %. Размер балки в чистоте 160Х825Х
X 12000 мм. Число слоев (досок) в одной балке 25.
Размеры досок (черновых заготовок) для каждого слоя до
фрезерования и нарезки зубчатых шипов (с припуском на обработ-
ку по длине, ширине и толщине), мм: длина 12 400, ширина 175,
толщина 40.
Припуски на обработку черновых заготовок (включая предва-
рительную чистовую торцовку досок, нарезку зубчатых шипов н
чистовую торцовку балки), мм: по длине 400, по ширине 15, по
толщине 7.
Размеры одного слоя в чистоте (после фрезерования с четырех
сторон и наращивания по длине на зубчатый шип), мм: длина
12 000, ширина 160,.толщина 33.
Объем черновых заготовок (досок) до фрезерования и нарезки
на зубчатый шип на одну балку: 12,4-0,175-0,04-25=2,17 м3.
Выход черновых заготовок (отрезков досок до нарезки зубча-
тых шипов) прн поперечном раскрое пиломатериалов с вырезкой
дефектных мест 85 %.
Объем пиломатериалов иа одну балку: 2,17 : 0,85 = 2,55 м3. Объем
досок (плетей) в чистоте на одну балку 12 0,16-0,033-25 = 1,584 м3.
Чистый выход (1,584/2,55) 100 = 62,1 %.
472
ГЛАВА 4. ПРОИЗВОДСТВО КЛЕЕНЫХ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
Клееные деревянные конструкции выпускают двух
видов — несущие и ограждающие. К несущим конструк-
циям массового производства относятся балки, рамы,
арки и фермы, сечения которых показаны на рис. Х.27.
Ограждающие конструкции представляют собой дере-
вянный каркас и приклеенные к нему обшивки из фане-
ры или других листовых материалов.
Для изготовления деревянных клееных конструкций
рекомендуется в основном использовать пиломатериалы
хвойных пород (сосна, ель), по ГОСТ 24454—80 с пре-
имущественной поставкой их в рассортированном виде.
Толщину склеиваемых слоев в элементах, как правило,
не следует принимать более 33 мм, которую получают
при фрезеровании пиломатериалов толщиной 40 мм.
Ширину пиломатериалов выбирают согласно номиналь-
ным, размерам элемента с учетом суммарных припусков
на усушку и механическую обработку. Этн припуски для
пиломатериалов шириной от 75 до 100 мм равны в сред-
нем 10 мм; от 125 до 175 мм — 15 мм; от 200 до 250 мм—
20 мм.
Для комбинированных конструкций следует приме-
нять березовую водостойкую фанеру толщиной не ме-
нее 8 мм по ГОСТ 3916—69 марки ФСФ, а также фане-
ру бакелизированную марки ФБС по ГОСТ 11539—73 с
изм. Синтетические клеи для соединения древесины и
древесины с фанерой следует назначать в зависимости
от условий эксплуатации, согласно требованиям СНиП
11-25-80 «Деревянные конструкции».
§ 4.1.	Подготовка древесины, сушка, сортировка
Древесина, предназначенная для несущих клееных
конструкций, эксплуатируемых при влажности до 75 %,
должна быть высушена до влажности 9—12 %. Для по-
лучения пиломатериалов заданной влажности с мини-
мальными внутренними напряжениями и минимальным
перепадом влажности ио толщине отдельных досок ре-
комендуется проводить сушку в три этапа — атмосфер-
ную, камерную и кондиционирование пиломатериалов в
условиях цеха.
473
Рис. Х.27. Виды сечений клееных деревянных конструкций
а —сплошное прямоугольное; б — двутавровое с фанерной стенкой; е — дву-
тавровое с волнистой стенкой; г — армированное; д — ксробчагое; е—короб-
чатое с волнистыми стенками
Атмосферную сушку в штабелях часто совмещают со
складированием пиломатериалов, так как для беспере-
бойной работы предприятий по выпуску клееных конст-
рукций необходимо создать запас древесины в объеме
не менее шестимесячной потребности. Начальная — ат-
мосферная сушка позволяет выравнять влажность дре-
весины до 25—30 %, что сокращает сроки камерной суш-
ки, дает возможность отрегулировать сушку на автома-
тический режим и применять высокопроизводительные
сушильные камеры.
Сушильное отделение состоит из нескольких камер,
количество которых определяется производительностью
цеха. В среднем годовая производительность предприя-
тий колеблется 1500—2500 м3 клееной древесины,
вместимость камеры составляет 30 м3 пиломатериалов.
Качество сушки зависит от правильной укладки пило-
материалов в сушильные штабели. Чтобы уменьшить
поперечное коробление пиломатериалов при их сушке,
штабель формируется из досок одной толщины на про-
474
кладках, количество и размеры которых следует выби-
рать согласно табл. Х.2. Недопустима недогрузка шта-
беля по высоте камеры, так как нарушается циркуляция
сушильного агента, что приводит к неравномерному
просыханию материала и увеличению сроков сушки.
Штабели укладывают на подъемно-гидравлических
столах или вертикальных подъемниках, откуда пилома-
териалы подают в сушильную камеру с помощью спе-
циальной платформы, состоящей из двух треков, один из
которых перемещается по рельсам, уложенным вдоль
сушильного отделения, а второй — по рельсам, уложен-
ным в поперечном направлении.
Во избежание появления в материале внутренних
напряжений сушку проводят, выбирая мягкие или нор-
мальные режимы (§ 2.6), контролируя по силовым об-
разцам характер внутренних. напряжений, текущую
влажность и постепенно переходя с одной операции
сушки на другую: прогрев, собственно сушку, тепловла-
гообработку, охлаждение.
Пиломатериалы кондиционируют после их выгрузки
из камеры в условиях цеха при температуре 18—20 °C и
влажности воздуха 50—70 % не менее трех суток. Для
кондиционирования в цехе предусматривается специаль-
ная площадка. Эта операция необходима для выравни-
вания влажности древесины как по объему штабеля,
так и по сечению пиломатериалов, так как указанные
температурно-влажностные условия в цехе соответству-
ют равновесной влажности в древесине 8—12 %. После
кондиционирования пиломатериалы автоматически сор-
тируют по влажности.
Пиломатериалы, поступающие в сушильное отделе-
ние после лесопильных рам, имеют грубо обработанную
поверхность (V дЗ), большие отклонения от номиналь-
ных размеров (например по толщине ±2 мм) и, кроме
того, после сушки могут возникнуть дефекты в виде по-
перечного коробления или других недопустимых по-
вреждений. Поэтому они проходят обязательное фрезе-
рование по пластн на рейсмусовых или. четырехсторон-
них строгальных станках с целью их калибровки по
толщине, получения базовых поверхностей для даль-
нейшей обработки и лучшего выявления недопустимых
природных пороков и дефектов обработки.
Сортировка пиломатериалов— это вторая очень от-
ветственная и трудоемкая операция, так как до послед-
475
него времени она проводилась визуально и вручную,
К недопустимым природным порокам относятся сучки,
косослой, гниль; к дефектам обработки — коробление,
трещины.
В настоящее время на предприятиях по производству
клееных конструкций внедряется машинная, так назы-
ваемая силовая сортировка. Она основана на прямоли-
нейной зависимости между прогибом и напряжениями
изгиба. Доски проходят через машину, где им на проле-
те 95 см задается определенный прогиб. Через компьюг
тер установлено три вида напряжений, соответствующих
1, 2 и 3-му сортам древесины, все слабые места окраши-
ваются краской. Машинная сортировка пиломатериалов
освобождает рабочих от ручного труда, позволяет пол-
ностью механизировать изготовление клееных конструк-
ций и дает количественную оценку прочности пиломате-
риалов. Отсортированные по влажности и качеству пи-
ломатериалы укладывают на подстопные места в
соответствии с их влажностью и качеством, откуда тран-
спортером и приспособлениями для поштучной выдачи
досок они поступают на торцовку.
§ 4.2.	Вырезка дефектных мест, сращивание досок
по длине и ширине
Выявленные визуально или при силовой сортировке
недопустимые пороки и дефекты вырезают на торцовоч-
ных станках. После торцовки пиломатериалы поступают
на линии склеивания досок по длине в плети.
В современном механизированном производстве кле-
еных конструкций для склеивания досок по длине целе-
сообразно использовать зубчатое соединение (рис. Х.28),
которое обеспечивает при небольшой длине соединения
высокую прочность и технологичность. Нарезку зубча-
тых шипов производят специальными фрезами (рис.
Х.20, б) на шипорезных или фрезерных станках (рис.
Х.25).
В зависимости от способа фрезерования зубчатые
шипы могут быть вертикальными, горизонтальными, диа-
гональными и угловыми. Параметры их регламентиро-
ваны ГОСТ 19414—79 «Древесина клееная массивная.
Общие требования к зубчатым соединениям».
Для получения плетей при склеивании по длине при-
нимают зубчатые соединения типов 1-32, П-20, II-10
476
“tin-
Рис. X.28. Виды торцовых клеевых соединений
а — впритык; б — «на ус»; в — зубчатое клеевое соединение; г — вертикальное
зубчатое клеевое соединение; д — горизонтальное зубчатое клеевое соедине-
ние; i — шаг шипа; /.—длина шипа; b — затупление; / — зазор
Для склеивания по всему сечению многослойных клее-
ных элементов несущих конструкций принимают соеди-
нения типов 1-50 и 1-32, для склеивания по длине и ши-
рине фанеры — типов П-10 и П-5. Размеры зубчатых
соединений приведены в табл. Х.10.
Отфрезерованная поверхность шипов должна соот-
ветствовать 2-му классу точности плотной посадки со-
гласно ГОСТ 6449—82 «Допуски и посадки». После на-
несения клея запрессовка заготовки на зубчатый шип не
сложна и производится с первоначальным торцовым
давлением в зависимости от типа соединений:
Соединение	1-50	1—32	II—20	П-10	II—5
Давление, МПа	',5	2,5	3,5	6	10
После впрессовки шипов одного торца в проушины
другого торцовое давление снимают, что возможно в
этом соединении, благодаря силам трения в поверхно-
стях склеиваемых шипов, так как угол скоса склеивае-
мых поверхностей шипов (не более 7°) меньше угла
трения древесины по древесине отфрезерованных по-
верхностей (18—20°). Плети после соединения их по
477
Таблица Х.10. Параметры зубчатых соединений
	Размеры, мм			
Тил соединения		шаг	затупление	уклон
	длина шила	соединения		
				
1-50	50	12	2	1:11
1-32	32	8	1	1:10,5
И-20	20	6	1	1:10
П-10	10	3,5	0,5	1:8
П-5	5	1,75	0,2	1:7,5
длине проходят счетчик длины н на торцовочных стан-
ках обрезаются до размеров в соответствии с пролетом
конструкции и укладываются в пакет. После каждой
уложенной плети стол пакетоукладчика опускается на
толщину одной доски. Обычно пакеты формируют высо-
той 1 м, после чего их на специальных тележках пере-
мещают на выдержку в условиях цеха в течение 10—
12 ч для окончательного отверждения клея. Нарезку
шипов, нанесение на них клея и соединение заготовок
производят на полуавтоматических линиях, максималь-
ная длина плетей при этом достигает 30—40 м.
Наиболее технологично сечение конструкции, состоя-
щее из досок, склеенных только по пласти, т.е. когда
ширина конструкции равна ширине одной доски. В нас-
тоящее время появилось оборудование, позволяющее по-
лучать составное сечение. Линия соединения досок по
ширине состоит из термокамеры, клеенаносящего уст-
ройства и гидравлического пресса.
§ 4.3.	Подготовка поверхности под склеивание.
Приготовление и нанесение клея
Качество склеивания в большей степени зависит от
чистоты подготовленной поверхности. В производстве
несущих конструкций поверхности под склейку следует
обрабатывать по 7-му классу шероховатости, что дости-
гается фрезерованием со снятием провесов, образовав-
шихся в соединениях на зубчатый шнп. Склеиваемые
поверхности должны быть свежеотфрезерованными (вре-
мя с момента фрезерования до нанесения клея не дол-
жно превышать 8 ч), очищенными от пыли и плотно
прилегать одна к другой. Фрезерование и нанесение клея
478
Рис. Х.29. Клеенамазываю-
щий станок.
1, 3 — клей: 2 — клеенаносящие
вальцы; 4— заготовка: 5—до-
зирующие валики; о — поддон
для стока клея; 7 — насос для
подачи клея
Рис. Х.ЗО. Образец для ис~
пытания клеевого соедине-
ния на скалывание
осуществляют на полуавтоматических линиях. С подъ-
емника плети по транспортеру подают на двусторонний
рейсмусовый станок и после фрезерования пластей они
проходят под клеенаиосящим устройством. В конце
транспортера и параллельно ему установлен приемник-
накопитель, который представляет собой подъемный
стол, автоматически опускаемый на толщину плети
всякий раз как на него поступает плеть с нанесенным
на нее клеем. Накопитель пакета работает автоматичес-
ки до полного набора вертикального пакета в соответст-
вии с высотой сечения изготовляемой конструкции.
Клеенаносящие устройства могут быть двух видов:
двусторонние — для нанесения клея одновременно на обе
пласти пиломатериалов и односторонние — струйные или
наливные. Для двустороннего нанесения клея на по-
верхности пластей обычно применяют клеенамазывающие
станки с двумя вальцами — обрезиненными клеенанося-
щими и стальными дозирующими (рис. Х.29). Подачу
клея регулируют поджатием дозирующих валиков к клее-
наносящим вальцам, что позволяет накладывать клей
равномерным слоем заданной толщины. Рабочая длина
479
вальцов 900 мм, скорость подачи 0,25 и 0,5 м/с, мощность
электродвигателя 2,1 кВт.
Перспективным является нанесение клея непрерыв-
ными струями, вытекающими из отверстий трубы, распо-
ложенной над движущейся плетью. Смолы и отвердитель
под определенным давлением подают отдельно и смеши-
вают лишь в трубе, что увеличивает жизнеспособность
клея и позволяет направлять компоненты клея из цент-
рального пункта по двум самостоятельным трубопрово-
дам без опасения частичного или сплошного перекрытия
труб загустевшим клеем. При таком способе клей нано-
сят только на одну поверхность струями, имеющими
овальное поперечное сечение с расстоянием между ними
5—10 мм.
Клей следует наносить тонким слоем толщиной 0,1 —
0,3 мм — чем тоньше клеевой шов, тем прочнее соедине-
ние, расход клея 350—500 г/м2.
Клеи для изготовления строительных деревянных
конструкций должны быть прочными, водостойкими, дол-
говечными, технологичными и выбираются в зависимос-
ти от условий эксплуатации в соответствии со СНиП
П-25-80.
Прочность клеевых соединений на скалывание вдоль
волокон определяют на образцах, показанных на рис.
Х.ЗО, и должна быть выше прочности образцов из цель-
ной древесины (4 МПа). Такие же образцы используют
для определения водостойкости клеевых соединений. Во-
достойкость клеев определяют по остаточной прочности
образцов на скалывание вдоль волокон после серии ис-
пытаний. Часть образцов вымачивают в воде при 20°C
в течение 48 ч, другую часть образцов выдерживают в
кипящей воде в течение 3 ч. После выдержки образцы
извлекают из сосуда, вытирают фильтровальной бума-
гой, одну половину испытывают в мокром виде, другую
высушивают до начальной влажности и затем испытыва-
ют. По остаточной прочности образцов различают ма-
лую, среднюю и повышенную водостойкость клеев (табл.
Х.11).
К основным технологическим показателям клеев от-
носятся вязкость и жизнеспособность клея. Вязкость
клеев устанавливают на вискозиметре ВЗ-4 по времени
истечения определенного количества (150 г) клеевого
состава из стакана с калиброванным отверстием (диа-
480
Таблица X. 11. Относительная прочность клеевых соединений
Водостойкость	Прочность образцов, %			
	после выдержки в воде при ;=20° С; Т=48 ч		после выдержки в воде при f=100 °C; т=3 ч	
	мокрых	"^нач	мокрых	W нач
Малая Средняя Повышенная	До 60 Более 60 »	До 70 Более 70 Более 90	До 60 Более 60	До 90 Более 90
метром 5 мм) и измеряют в секундах. Условная вязкость
клеев должна находиться в пределах 60—400 с.
Жизнеспособность клея — это время, в течение кото-
рого сохраняется его рабочая вязкость. Вязкость зависит
от количества вводимого отвердителя и температуры.
Для большинства клеев, применяемых в производстве
клееных конструкций, их жизнеспособность равна 2 чпри
20 °C.
В табл. Х.12 приведены виды промышленных клеев,
применяемых для склеивания древесины.
Для склеивания древесины холодным способом про-
мышленность выпускает резорциновый клей ФР-12, ко-
торый обеспечивает долговечность клеевых соединений
в жестких температурно-влажностных условиях. К до-
стоинствам резорциновых смол следует отнести стабиль-
ность их свойств во времени (при хранении смолы до
9 мес.), использование в качестве отвердителя парафор-
мальдегида — нетоксичного вещества в виде порошка,
который удобно перевозить и хранить. Резорцинофор-
мальдегидная смола ФР-12 представляет собой продукт
конденсации кристаллического резорцина с формальде-
гидом в щелочной среде в присутствии этилового спирта
и этиленгликоля. Кристаллический резорцин является в
нашей стране дефицитным материалом и поэтому клеи
ФР-12 дороги и применяются только для ответственных
конструкций.
Ввиду дефицитности кристаллического резорцина ши-
рокое распространение получили модификации этих кле-
ев, такие как алкилрезорциновые клеи марок ФР-100 и
ДФК-1АМ. Алкилрезорциновая смола ФР-100 конденси-
руется на основе суммарных алкилрезорцинов и фор-
мальдегида в среде этиленгликоля, водного раствора
31—423
481
g Таблица X.12. Клеи для изготовления клеевых конструкций
OS __________________________________________________________________
Наименование	Марка	Состав клея		
		смола	отвердитель	количество на 100 м. ч- смолы
Резорциновый	ФР-12	ФР-12 ТУ 6-05- 1748-81	Параформальде- гид ТУ 6-05-930-73	10—13
Фенолрезор- циновый	ФРФ-50	ФРФ-50 ТУ 6-05- 1880-79	То же	10—13
Алкилрезор- циновые	ФР-100	ФР-100 ТУ 6-05- 1638-78	То же	10—13
	ДФК- 1АМ	ТУ 6-38- 109-52-80		10—13

Наименование	Мария	Состав клея	
		смола	отвердитель
Фенольные	КБ-3 СФХ	СФЖ-3016 гост 20907—75 с изм. СФХ ТУ 6-05- 281-12-76	Керосиновый контакт	ОСТ 380-1116-76
Карбамидно- меламиновый	КС-В-СК	ТУ 6-05-211- 1006-79	Щавелевая кис- лота — 10%-ный водный раствор, ГОСТ 22180—76
Карбамидные	КФ-5 КФ-Ж	ГОСТ 14231—78 с изм.	То же
Эпоксидные	ЭПЦ-1 К-153	МРТУ6-О5- 1251-76 ТУ 6-05- 1584-73	Полиэтиленполи- амин ТУ 6-02-594-70 То же
Продолжение табл. Х.12
	Жизнеспо- собность, ч	Свободный фенол, %	1 Ценз. руб. за 1 кг	Область применения
количе- ство на 100 м. ч. смолы				
18—25	2	5	0,3	Для конструкций массо- вого выпуска, эксплуати- руемых при влажности более 70 %
18—25	2	1	0,35	То же
10—15	2—3	—	0,6	Для конструкций мае* сового выпуска, эксплу- атируемых при влаж- ности до 70 %
10—15	2—3	—	0,25	То же
15	1	—	4	Для склеивания древе- сины с металлом, пласт- массами и др.
15	I	—	—	То же
щелочи и этилового спирта. Основой клеев ДФК являют-
ся дифенолы, получаемые термической переработкой го-
рючих сланцев. Стоимость этих клеев, благодаря широ-
кой сырьевой базе, в 1,5 раза ниже стоимости клея
ФР-12, а разносторонние испытания показали, что они с
успехом могут применяться для несущих конструкций,
эксплуатируемых в условиях повышенной влажности бо-
лее 70 6!о-
Широкое применение фенолоформальдегидного клея
ФРФ-50 обусловлено большой (до 5 ч) жизнеспособно-
стью его. Клей ФРФ-50 отверждается инертным пара-
формальдегидом. По физико-механическим свойствам,
долговечности клеевых соединений и стоимости этот
клей соответствует алкилрезорциновым клеям и рекомен-
дуется к использованию для тех же областей. К недо-
статкам этого клея следует отнести наличие свободного
фенола (Д° 2%). Смола марки ФРФ-50 представляет
собой продукт конденсации феиолоспиртов с резорцином
в водной среде в присутствии пластификатора этиленгли-
коля.
Фенолоформальдегидные смолы являются основной
составной частью многочисленных клеевых композиций,
обеспечивающих прочные и водостойкие соединения при
невысокой их стоимости. Наиболее широко применяют
клеи холодного отверждения марок КБ-3 на основе фе-
нолоформальдегидной смолы СФЖ-3016. Клеящие
составМ приготовляют смешиванием смолы с отвердите-
лем — контактом Петрова, представляющим собой суль-
фонафтеновую кислоту — продукт сульфирования (реак-
ция с серной кислотой) керосина. В клен вводят также
стабилизирующие добавки — этиловый спирт, ацетон.
Клеи готовят в клеемешалке с водяным охлаждением. В
нее вливают определенное количество смолы, темпера-
туру которой поддерживают в пределах 15—20°C. Затем
постепенно при непрерывном перемешивании добавляют
требуемое количество ацетона или спирта, а потом кон-
такт Петрова. Перемешивают в течение 10—15 мин до
получения однородной смеси.
Вместе с такими достоинствами, как высокая началь-
ная прочность и водостойкость, эти клеи имеют сущест-
венные недостатки, к которым в первую очередь следует
отнести малый срок хранения (2 мес) и нестабильность
свойств смолы, большие колебания технологических
свойств (особенно жизнеспособности) клеев, приготовля-
484
емых на смолах различных партий, токсичность (до 5 %
свободного фенола) и трудность очистки оборудования.
Сульфоконтакт, применяемый в качестве отвердителя,
постепенно разрушает древесину в зоне клеевого шва.
Применяя режим склеивания, предусматривающий на-
гревание склеиваемых конструкций до 60 °C, можно не-
сколько сократить количество вводимого отвердителя и
уменьшить отрицательное влияние его во времени.
Расширение объема выпуска клееных деревянных
конструкций требует изыскания новых синтетических
клеев, отличающихся меньшей токсичностью, более низ-
кой пожаро- и взрывоопасностью, лучшими технологиче-
скими свойствами. Положительные результаты получены
при разработке малотоксичной фенолоформальдегидной
смолы СФХ.
Карбамидные клеи благодаря высокой адгезионной
способности к древесине, относительно малой токсично-
сти и стоимости широко применяют для склеивания дре-
весины, особенно в мебельной промышленности. Основ-
ное преимущество клеев на основе карбамидных смол —
большая скорость отверждения по сравнению с феноло-
формальдегидными и резорциновыми смолами. Однако
клеевые соединения на карбамидных смолах менее ус-
тойчивы к переменным температурно-влажностным воз-
действиям, что ограничивает использование этих клеев и
они рекомендуются для конструкций, эксплуатируемых
при влажности менее 70%. Отверждение карбамидных
смол сопровождается усадкой, приводящей к возникнове-
нию внутренних напряжений и к растрескиванию клеево-
го шва. Этот недостаток может быть устранен введением
наполнителей (древесной муки, лигнина) и пластифика-
торов (тиокола, дибутилфталата). Свойства карбамидных
клеев могут быть улучшены добавками меламина или ре-
зорцина. Так, например, клей марки КС-В-СК, изготов-
ленный на основе модифицированной меламином и поли-
винилацетатом карбамидной смолы, по прочности и во-
достойкости приближается к фенольным. Перспективным
направлением модификации карбамидных клеев являет-
ся получение карбамиднобензогуанаминовых смол
(КБФ-25-В-К).
Эпоксидные клен отличаются высокой прочностью, во-
достойкостью, химической стойкостью, при отверждении
не выделяют летучих веществ, усадка их не превышает
2 %. Из-за высокой стоимости эти клеи для склеивания
485
древесины применяют редко, но благодаря своей уни-
версальной адгезии эпоксидные клеи используют в тех
случаях, когда необходимо склеивать древесину с други-
ми материалами, например при вклеивании металличе-
ской или стеклопластиковой арматуры. В состав входят
смолы, получаемые поликонденсацией эпихлоргидрина с
дифенилолпропаном, отвердители — полиэтиленполиа-
мин или гексаметилеидиамин, наполнитель — цемент и
пластификатор—тиокол.
§ 4.4.	Сборка пакета и запрессовка конструкций
После нанесения на плети-заготовки клея технологи-
ческим процессом предусмотрены сборка пакета конст-
рукций из подлежащих склеиванию заготовок, транспор-
тирование их к запрессовочным устройствам, запрессов-
ка и выдержка под давлением для создания прочных
монолитных соединений. При выполнении перечисленных
операций особое внимание уделяют продолжительности
сборочных операций, которая зависит от вида применяе-
мых клеев и температуры.
Время с момента нанесения клея на первую пласть
заготовки до полного обжатия всего пакета называется
временем полной сборки и для всех указанных клеев оно
ограничивается 30—40 мин, при этом нельзя путать по-
нятие время сборки с жизнеспособностью клея. Жизне-
способность клея — это время от начала приготовления
состава до момента, когда клей начинает густеть — те-
рять вязкость, при этом затрудняется нанесение клея на
материал. Жизнеспособность рассматриваемых клеев в
клеемешалке колеблется в пределах 2—5 ч. Когда же
клей нанесен на поверхность древесины тонким (0,1—
0,3 мм) слоем, он гораздо быстрее сохнет на открытом
воздухе и теряет свои адгезионные качества. Поэтому
при панесенин клеев следует различать время открытой
сборки — период от нанесения клея на поверхность доски
до ее соприкосновения с другой доской и время закрытой
сборки, т. е. интервал времени от соединения двух об-
мазанных клеем досок до их полной запрессовки. Время
открытой выдержки не должно превышать 5—10 мин, а
закрытой не более 30 мин.
Сформированный пакет мостовым краном и специаль-
ными траверсами подают на запрессовку. Для плотного
соединения склеиваемых поверхностей, создания тонкого
486
т
7-7
ГйОропроШ
Рис. Х.31. Гидравличе-
ский многоцилиндровый
пресс для склейки прямо-
линейных элементов
1 — основание пресса; 2—не-
подвижный элемент, работа-
ющий на растяжение и из-
гиб; Я —упорная балка; 4—
гидроцилиндр; 5—прессовоч-
ная плитка, шарнирно со-
единенная со штоком ци-
линдра; б — прокладка: 7 —
склеиваемый элемент из па-
кета досок; 8 — закладной
элемент с роликовой обой-
мой для центровки пакета;
Р—откидной элемент, рабо-
тающий на растяжение и
изгиб; 10 — закладной эле-
мент с роликовой обоймой
для бокового выравнивания
и центровки пакета; 11 —
стойка пресса
Рис. Х.32. Запрессовка
криволинейных элемен-
тов
клеевого слоя и получения прочного монолитного сечения
конструкций необходимо создать равномерное давление
по всей склеиваемой поверхности.
487
Необходимое давление запрессовки зависит от вида
клея, его вязкости и качества подготовки склеиваемых
поверхностей. Чем выше концентрация и вязкость кле-
евого раствора, тем должно быть больше удельное дав-
ление запрессовки.
При склеивании несущих деревянных конструкций
оптимальное давление колеблется — 0,5—1 МПа. Для
запрессовки конструкций применяют механические,
.пневматические-и гидравлические прессы. Прямолиней-
. ные конструкции чаще всего запрессовывают при гори-
, зонтальиом положении клеевых швов с использованием
пневматических и гидравлических прессов. Наиболее эф-
фективны гидравлические многоцилиндровые прессы
1,(рис. Х.31), в которых обеспечивается одинаковое дав-
ление на все поршни от общего трубопровода гидрона-
соса. Давление на склеиваемые элементы передают при-
жимными башмаками или траверсами, соединенными с
поршнями штоками.
Прессы запрессовывают — одну или две прямолиней-
ные конструкции длиной 30—45 м. Для получения рав-
номерного давления по всей поверхности необходимо
применение распределительной прокладки, и расстояние
между обжимающими устройствами (башмаками) не
должно превышать 40—50 см.
Гнутоклееные конструкции запрессовывают при вер-
тикальном положении клеевых швов (рис. Х.32), для
чего применяют кронштейны с винтовыми обжимающи-
ми устройствами, закрепленные на силовом полу по
криволинейному очертанию конструкции. Для выравни-
вания давления по длине конструкции необходимо крон-
штейны устанавливать не реже 25—30 см, запрессовку
выполнять начиная с середины к краям конструкции и
использовать электрогайковерты, отрегулированные на
одинаковое давление.
Время запрессовки зависит от марки применяемого
клея и вида конструкции, чем сложнее конфигурация
конструкции, тем больше время выдержки под давлени-
ем. Сокращать выдержку в прессе можно, повышая
температуру. В табл. Х.13 приведены выдержки запрес-
совки для указанных выше клеев в зависимости от тем-
пературы и вида конструкции. Установлено, что если
отверждение происходит при повышенной температуре,
то прочность шва повышается в 5—6 раз. Для несущих
конструкций повышать температуру склеивания выше
488
Т а б лица Х.13. Режимы склеивания конструкций
ВИД конструкций	Выдержка, ч, запрессовки пр« температуре, сС		
	18—20	21-25	50—60
Прямолинейные	12-14	8—10	3—4
Криволинейные	20—24	16—20	6—8
60 °C не рекомендуется, так как воздействие на древеси-
ну одновременно давления запрессовки (до 1 МПа) и
температуры может вызвать снижение ее прочностных
характеристик, особенно на скалывание.
В связи с тем, что после распрессовки конструкций
полимеризация клея полностью не завершена, необхо-
димо перемещать склеенные элементы с особенной осто-
рожностью на кондиционирование в условиях цеха, ко-
торое должно продолжаться не менее 3 сут для оконча-
тельного отверждения клея.
§ 4.5.	Окончательная обработка конструкций
Окончательная механическая обработка включает
фрезерование боковых поверхностей, торцовку конст-
рукций и сверление отверстий под болты и соединитель-
ные детали. Чистота поверхности под прозрачные
покрытия должна быть не ниже 5-го класса шерохова-
тости. Конструкции фрезеруют на поворотном двусто-
роннем строгальном станке, который позволяет обраба-
тывать пакет толщиной 12—300 мм. Припуски на фре-
зерование боковых поверхностей конструкций должны
составлять при длине до 12 м —15 мм, свыше 12 м —
20 мм.
Для увеличения долговечности и срока службы де-
ревянных конструкций необходимо их защищать от
увлажнения, гниения и возгорания, применяя различные
лаки, эмали, антисептики и антипирены (см. раздел II).
Поскольку для изготовления клееных конструкций
применяют древесину, высушенную до • влажности 9—
12 %, то при условии эксплуатации конструкций при
влажности воздуха ниже 75 % достаточно применять
только защитные влагостойкие покрытия. При этом для
общественных зданий желательно применять прозрач-
ные лаки, сохраняющие текстуру древесины: перхлор-
489
виниловые (ХВ-784, ГОСТ 7313—75), пентафталевые
(ПФ-170, ПФ-171, ГОСТ 15907—70 с изм.); уретановые
(УР-293, ТУ 6-10-1462-74); сополимерные (ХС-76, ГОСТ
9355—81). Особое внимание следует обращать на вла-
гозащитную обработку торцов конструкций и элементов,
соприкасающихся с грунтом, каменной кладкой, метал-
лическими деталями, применяя тиоколовые мастики
У-ЗОм и УТ-32, а также составы на основе эпоксидных
смол К-153, К-115 нли на основе эпоксидной шпатлевки
ЭП-0010.
Защитные покрытия на клееные конструкции нано-
сят кистью или краскораспылителями, применяя пнев-
матическое или безвоздушное распыление.
§ 4.6.	Контроль качества и приемка конструкций
На всех стадиях технологического процесса изготов-
ления клееных конструкций производят пооперацион-
ный контроль прочностных характеристик древесины и
фанеры, влажности и внутренних напряжений при суш-
ке пиломатериалов, прочности зубчатых соединений на
растяжение и изгиб, качества подготовки поверхности
под склеивание, технологических свойств клеев и каче-
ства поверхностной защиты древесины, согласно ГОСТ
20850—75 «Конструкции деревянные клееные несущие.
Общие требования».
Для окончательной проверки качества изготовления
проводят испытания отдельных конструкций, доводя их
до разрушения. Для испытания из каждой партии отби-
рают изделия до нанесения на них защитных покрытий,
имеющие наихудший внешний вид. Испытания проводят
на специальных стендах, оборудованных системами пе-
редачи нагрузки в виде рычагов или гидравлических
домкратов. Нагружают ступенями, с выдержкой на каж-
дой ступени загружения в течение 5 мин, во время кото-
рой проводят визуальный осмотр конструкции для вы-
явления трещин, смятия древесины или других призна-
ков разрушения древесины или клеевого шва. При
испытаниях замеряют деформации и доводят конструк-
цию До разрушения. Результаты испытаний оценивают
по величине отношения
К = Р разр/Р контр,
где Рраэр — разрушающая нагр.узка, кг; Рконтр—расчетная нагрузка,
умазанная в чертежах.
490
Рис. Х.ЗЗ. Схема цеха по производству КДК
/ — формирование штабелей сырых пиломатериалоз для сушки* 2 — сушильные камеры периодического действия; J —склад сухих
пиломатериалов: 4 — поток клееных рам и арой; 5 — поток клееных балок и клеефаиерных панелей; 6 — полуавтоматическая ли-
ния раскроя пиломатериалов на заготовки с вырезкой дефектных мест; 7 — полуавтоматическая линия сортировки заготовок по
категориям качества и размерам: 8—полуавтоматическая линии склеивания заготовок по длине на зубчатый шин; 9 — линия скле-
ивания рам и арок; 10— линия склеивания балок; // — линия фрезерования боковых поверхностей рам и арок; 12— линия фрезе-
тЬ роваиия боковых поверхностей и обработки торцов балок; 13 — участок обработки торцов, контрольной сборки и испытания рам и
арок; /-/ — участок антиссптирования, антипирирования и окраски конструкций; 15 — полуавтоматическая линия обработки брусков
•“ каркасов клеефанерных панелей; 16 — линия склеивания панелей; /7 —участок испытания балок и панелей; 18 — склад готовых
конструкций и их упаковки
Партию конструкций, прошедших внешний осмотр и
обмер, считают принятой, если при контрольных испы-
таниях К>1. Принятые ОТК завода-изготовителя кон,
струкции маркируют.
§ 4.7.	Технологические схемы цехов по производству
несущих и ограждающих конструкций
Таблица Х.14. Основные операции технологического процесса
изготовления несущих и ограждающих конструкций
492
Клееные деревянные конструкции изготовляют на
специализированных предприятиях, которые могут быть
самостоятельными или входить в состав крупных дере-
вообрабатывающих комбинатов. Производительность
заводов или цехов по выпуску КДК колеблется в пре-
лах 15000—25000 м3/год. Наиболее целесообразно орга-
низовывать производство несущих клееных конструкций
493
в комплексе с производством ограждающих конструк-
ций с тем, чтобы предприятия могли бы поставлять пол-
ный комплект конструкций для полносборных зданий.
В табл. Х.14 приведены основные операции технологиче-
ского процесса изготовления несущих и ограждающих
конструкций. Производственные цехи располагаются в
одноэтажных зданиях пролетом до 30 м, в своей плани-
ровке строго соответствуют технологии изготовления
клееных конструкций. На рис. Х.ЗЗ дана принципиаль-
ная схе.. а цеха, производящего клееные дощатые и клее-
фанерные конструкции. Цех состоит из двух потоков —
один для производства рам и арок и другой для произ-
водства балок и клеефанерных панелей.
ГЛАВА 5. СПОСОБЫ ЗАЩИТНОЙ ОБРАБОТКИ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
Способы защиты древесины химическими средствами
(см. разд. П, § 3.3) выбирают в зависимости от условий
эксплуатации конструкций, вида химических средств
защиты и требуемой глубины проникновения химиче-
ских веществ, что определяется сроком службы кон-
струкций.
При выборе способа защиты большое значение име-
ет плотность древесины и ее влажность. Большинство
способов предполагает, что влажность древесины долж-
на быть не более 12—15 %. Влажную древесину (50—
7О°/о) следует пропитывать легкорастворимыми и лег-
кодиффундирующими составами, такими, например, как
ББ-32 или К.ФА.
В зависимости от породы и анатомического строения
древесина обладает различной способностью впитывать
защитные средства. Так, например, заболонь сосны и
березы относится к легкопропитываемым материалам,
а ель, лиственница, ядро березы — к труднопропитывае-
мым материалам. Иногда для улучшения пропитки при-
меняют специальную подготовку поверхности древесины
накалыванием. Глубина накалывания должна соответ-
ствовать глубине пропитки, но не превышать для круп-
ных лесоматериалов 20 мм, для пиломатериалов толщи-
ной более 50 мм — 15 мм и для пиломатериалов толщи-
ной от 25 до 50 мм '/4 их толщины. Накалывание произ-
494
водят по всей поверхности лесоматериалов и изделий,
за исключением торцов. Размер накола в направлении
вдоль волокон древесины 10—20 мм, поперек — 2—3 мм.
Наиболее простым способом защиты древесины яв-
ляется поверхностная обработка химическими состава-
ми кистью или краскораспылителем в один или три слоя
с интервалами после каждого слоя для лучшего впиты-
вания раствора. Такой способ используют для защиты
готовых, например клееных, конструкций. Толщина за-
щитного слоя 0,3—J мм.
К поверхностной обработке древесины относится
также панельный способ, разработанный Сенежской ла-
бораторией консервирования древесины специально для
защиты деревянных памятников архитектуры. Пропитку
проводят непрерывным пропусканием пропиточного рас-
твора по поверхности объекта защиты, плотно покрыто-
го пропиточной панелью, состоящей из двух слоев: на-
ружного из полиэтиленовой пленки или целлофана и
внутреннего нз фильтровальной бумаги, беленой целлю-
лозы или хлопчатобумажной ткани типа бязи. Продол-
жительностью пропитки и концентрацией раствора
определяют глубину защитного слоя, которая колеблет-
ся от 3 до 5 мм.
Использование для защиты древесины такого не-
сложного способа пропитки, как вымачивание материа-
ла в ваннах с защитным средством, позволяет механизи-
ровать защиту применением конвейеров (с принудитель-
ным погружением пиломатериалов) или автопогрузчиков
(при пакетном способе пропитки). Ванны снабжают
противовсплывиым устройством, уровень раствора дол-
жен быть выше уровня материала на 100 мм, пиломате-
риалы и заготовки укладывают на прокладки. Глубина
пропитки зависит от температуры, концентрации раство-
ра и времени выдержки и должна быть не менее 3 мм.
Для увеличения глубины пропитки применяют пред-
варительный прогрев материала и затем осуществляют
выдержку его в ванне с раствором антисептика при нор-
мальной температуре (способ горяче-холодных ванн).
Сущность этого способа состоит; в том, что при нагреве
в древесине возникает избыточное давление, в резуль-
тате чего паровоздушная смесь вытесняется из поверх-
ностных слоев материала. При охлаждении в древесине
(из-за конденсации пара) возникает разрежение, и рас-
твор в результате разности давлений всасывается в
495
материал. Материал часто прогревают в ваннах водо-
растворимыми антисептиками при температуре 90—95°C
в течение от 30 мин до 10 ч, затем древесину помещают
в ванну с раствором при температуре 20 °C. Максималь-
ная глубина пропитки при этом может достигать 10 мм.
Для сокращения сроков пропитки применяют способ
(вакуум — атмосферное давление — вакуум). Этот спо-
соб требует специальных пропиточных емкостей в виде
цилиндров или герметичных ванн. После загрузки ма-
териала в ванны создается вакуум 0,075—0,09 МПа в
течение 10—15 мин, затем в емкость, не прерывая ва-
куумирования, подают пропиточную жидкость, после
чего снимают вакуум и древесину выдерживают в рас-
творе 5—30 мин. В результате перепада давлений жид-
кость проникает в древесину. После пропитки в емкости
создают осушающий вакуум в течение 10—15 мин. Глу-
бина пропитки такая же, как по способу горяче-холод-
ных ванн (до 10 мм), время пропитки сокращается
до 1 ч.
Глубокую пропитку можно получить при использо-
вании автоклавного способа под давлением выше атмо-
сферного (вакуум — давление — вакуум). Этот способ
пропитки позволяет ввести в древесину максимальное
количество пропиточного состава на наибольшую глуби-
ну и часто применяют для глубокой пропитки древесины
антипиренами (см. табл. П.2). Древесину помещают в
автоклав, где создается вакуум 0,07—0,085 МПа на
15—60 мин. Затем вводят пропиточный состав и созда-
ют давление 0,8—1,4 МПа либо до полной пропитки ма-
териала либо до заданной глубины пропитки, что опре-
деляется взятием проб. После пропитки создают вакуум
0,07—0,085 МПа в течение 40 мин для подсушивания
материала.
Качество пропитки определяют взятием проб и вы-
числением величины поглощения защитного вещества и
глубины пропитки по окрашиванию древесины самим
веществом или индикатором на него.
Поглощение защитного вещества рассчитывают по
формуле
q = QCI ЮОГ,
где Q — поглощение пропиточного раствора, кг; С — концентрация
пропиточного раствора, %; V — объем пропитываемого материа-
ла, м’.
496
ГЛАВА 6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
В ПРОИЗВОДСТВЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
Требования техники безопасности при изготовлении
деревянных конструкций следует выполнять исходя из
трех основных положений:
производство связано с использованием древесины—•
опасного в пожарном отношении материала;
механическую обработку материала производят при
больших скоростях режущего инструмента, так как
удельное сопротивление резанию древесины во много
раз меньше, чем при обработке металла;
применение антисептиков, антипиренов, а в случае
изготовления клееных конструкций и клеев связано с
выделением токсичных, пожаро- и взрывоопасных лету-
чих веществ.
Цехи производства деревянных конструкций реко-
мендуется размещать в отдельных одноэтажных корпу-
сах. Отделения сушки, механической обработки, приго-
товления клеев, прессования и окраски следует распо-
лагать в отдельных помещениях цеха. Снижению
производственного травматизма способствует правиль-
ная расстановка оборудования, чистота в помещениях
и проходах. Ширина проходов между отдельными маши-
нами, станками, а также между машинами и стенами
помещений должна быть не менее 0,6—1 м. Ширину
проезда при одностороннем движении автопогрузчиков,
электрокаров принимают 2,2—2,5 м, а при двусторон-
нем — 3,5—4 м.
Сушильные камеры оборудуют системой дистанцион-
ного контроля и управления сушкой. При работе в су-
шильном отделении строго соблюдают правила пожар-
ной безопасности.
Все станки должны быть оборудованы безотказно
действующими ограждениями. Во избежание обратного
выброса заготовки или отходов станки должны иметь
противовыбрасывающие устройства, расклинивающие
ножи, колпаки, щитки, эксгаустерные приемники. Реко-
мендуется применять блокировку, не позволяющую от-
крывать ограждения до полной остановки станка и пре-
кращения движения режущих инструментов.
Для улавливания и своевременного удаления отхо-
дов (стружек, опилок, пыли) от режущих инструментов
32—423
497
н станков применяют вытяжные установки, имеющие
приемники-коробки.
Производственные цехи оборудуют общей вентиля-
ционной системой. Особое внимание следует уделять
устройству вентиляции в местах приготовления клеев и
защитных составов, предусматривая местные отсосы.
Прн работе с фенолоформальдегидными клеями необхо-
димо учитывать, что выделяющийся из клея свободный
фенол тяжелее воздуха, поэтому требуется устройство
нижних отсосов. К рабочим местам клеи и отделочные
материалы следует доставлять только в закрытой таре
и в минимально необходимых количествах.
Вещества, применяемые для защитной обработки
древесины, также часто являются вредными для здо-
ровья людей и опасными в пожарном отношении. Рас-
творы пропиточных составов должны поступать в ванны
и удаляться из них только закрытым способом по тру-
бопроводам. Детали, заготовки и конструкции следует
погружать в растворы механизированным способом — в
пакетах, контейнерах и т. п. Во время пропитки, а так-
же в нерабочее время ванны закрывают крышками.
Для соблюдения правил личной гигиены с целью
предохранения кожи и внутренних органов от попадания
токсичных веществ персонал цеха, работающий непо-
средственно с такими веществами, должен обеспечи-
ваться спецодеждой, резиновыми перчатками и защит-
ными очками. Для защиты кожи от раздражения ток-
сичными веществами следует применять защитные
пасты, в частности ХИОТ-6.
При контрольных испытаниях конструкций необходи-
мо стенд оборудовать предохранительными устройства-
ми во избежание обрушения самой конструкции и уста-
новленных на ней измерительных приборов. Во время
нагружения обслуживающий персонал не должен нахо-
диться в непосредственной близости от конструкции.
При производстве деревянных конструкций следует
руководствоваться правилами техники безопасности,
санитарно-гигиеническими нормами и другими норма-
тивными документами, установленными органами госу-
дарственного надзора.
РАЗДЕЛ XI. ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
§ 1.1. Классификация зданий по капитальности.
Эксплуатация деревянных зданий, сооружений
и конструкций
Наряду со строительством новых жилых, обществен-
ных, производственных зданий и сооружений одной из
важнейших государственных задач является задача со-
хранения существующих, среди которых значительная
часть содержит деревянные несущие и ограждающие
конструкции. Правильная эксплуатация зданий и соору-
жений обеспечивает их исправное состояние, т. е. со-
хранность и безотказную работу деревянных и других
конструкций в пределах не менее нормативного срока
службы, а во многих случаях позволяет значительно
увеличить срок их службы.
По капитальности жилые здания разделяются на
шесть групп, а общественные — на девять. В основу
классификации положено деление зданий на группы в
зависимости от материала стен и перекрытий. Для каж-
дой группы зданий математико-статистическим методом
установлены нормативные усредненные сроки службы с
учетом того, что во время эксплуатации зданий будут
своевременно производиться профилактические текущие
ремонты.
Поскольку терминология в области эксплуатации
зданий, сооружений н их конструкций окончательно не
утвердилась, приведем лишь основные, наиболее часто
встречающиеся понятия (термины) и определения.
Эксплуатация деревянных зданий, сооружений и кон-
струкций представляет собой (исходя из терминов и
определений ГОСТ 18322—78 «Система технического
обслуживания и ремонта техники. Термины и определе-
ния» и ГОСТ 13377—75 «Надежность в технике. Терми-
ны и определения») процесс их использования по техно-
логическому назначению при проведении работ по тех-
ническому обслуживанию и ремонту.
Техническое обслуживание деревянных зданий, со-
оружений и конструкций — это комплекс организацион-
32
499
но-технических мероприятий по поддержанию их в ис-
правности в заданных пределах. В состав работ по
техническому обслуживанию входят, например, диагно-
стирование дефектов, соблюдение надлежащих условий
эксплуатации, химическая защита от биовредителей
и т. д.
Ремонт деревянных зданий, сооружений н конструк-
ций— это работы по восстановлению до проектного
уровня утраченных ими при эксплуатации свойств. Одну
из разновидностей восстановления утраченных свойств
представляет собой усиление деревянных конструк-
ций зданий и сооружений, в результате осуществления
которого достигается повышение несущей способности,
прочности и устойчивости усиляемых конструкций. Ре-
монты разделяются на:
текущие, заключающиеся в устранении мелких
неисправностей, которые возникают при эксплуатации
здания, сооружения или конструкции, практически не
препятствующих выполнению зданием, сооружением и
их элементами заданных функций. В свою очередь те-
кущий ремонт может быть плановым профилак-
тическим текущим или непредвиденным (ава-
рийным) ;
капитальные, состоящие в замене и восстановле-
нии разрушенных частей, конструкций и оборудования
зданий илн сооружений.
При комплексном капитальном ремонте
восстанавливают все изношенные и поврежденные час-
ти, конструкции и оборудование зданий или сооружений,
а при выборочном капитальном ремонте —
лишь отдельные.
Ремонтные работы могут проводиться также при та-
ких видах переустройства зданий и сооружений, как
модернизация и реконструкция.
Переустройство зданий и сооружений состоит в про-
ведении ремонтных работ для улучшения их эксплуата-
ционных качеств и устранения износа (капитальный
ремонт, модернизация, реконструкция).
Реконструкция зданий или сооружений пред-
ставляет собой разновидность капитального строитель-
ства, связанную с изменением в сторону повышения их
первоначальных функциональных, конструктивных или
эстетических свойств, которое осуществляется во время
эксплуатации, В состав работ по реконструкции входят
500
как ремонтные работы, так и работы, связанные с но-
вым строительством. При реконструкции изменяется
объемно-планировочное, а отчасти конструктивное ре-
шение зданий или сооружений.
Модернизация деревянных зданий и сооруже-
ний представляет собой разновидность капитального ре-
монта с целью устранения износа, состоящего в несоот-
ветствии их планировки, конструкций и инженерного
оборудования современным нормативным требованиям.
§ 1.2. Виды дефектного состояния деревянных конст-
рукций, возникающие при эксплуатации зданий и соору-
жении.
В практике эксплуатации деревянных конструкций и
элементов встречаются следующие виды их дефектного
состояния:
превышение в деревянных конструкциях и элементах
установленных строительными нормами значений напря-
жений и деформаций вследствие изменения схемы их
работы или из-за повышения требований норм;
механические повреждения деревянных конструкций
и элементов;
повреждение деревянных конструкций и элементов
вследствие использования для их изготовления материа-
лов ненадлежащего качества;
повреждения деревянных конструкций и элементов
дереворазрушающими грибами;
повреждение деревянных конструкций и элементов
насекомыми;
повреждение деревянных конструкций и элементов
морскими древоточцами;
повреждение деревянных конструкций и элементов
при воздействии огня и повышенной температуры;
повреждение деревянных конструкций и элементов
от воздействия агрессивных сред;
повреждение деревянных конструкций и элементов
вследствие неправильного учета температурно-влажно-
стных условий эксплуатации.
501
ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ
КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИИ
§2.1. Диагностирование дефектов деревянных
конструкций
Рассмотрим некоторые важнейшие виды техническо-
го обслуживания деревянных конструкций.
Наблюдение за условиями эксплуатации и состояни-
ем деревянных конструкций складывается из следующих
составных элементов: надзор за нагрузками на деревян-
ные конструкции; надзор за температурно-влажностным
режимом эксплуатации деревянных конструкций; надзор
за состоянием деревянных конструкций, работающих в
условиях воздействия агрессивных сред; надзор за по-
жарной безопасностью деревянных конструкций.
Осмотры деревянных конструкций бывают: 1) пла-
новые текущие. Нормативные документы обязывают
один раз в 10 дней осуществлять осмотр основных кон-
струкций производственных зданий с тяжелым крано-
вым оборудованием или зданий и сооружений, эксплуа-
тирующихся в сильной агрессивной среде.
Текущий осмотр деревянных конструкций осущест-
вляется техником-смотрителем жилого и общественного
здания или инженерно-техническим работником из пер-
сонала производственного подразделения (цеха, мастер-
ской, отдела), эксплуатирующего производственное зда-
ние (сооружение), назначенным приказом 'начальника
этого подразделения;
2)	плановые периодические общие технические
осмотры зданий и сооружений представляют собой об-
следование всего здания илн сооружения, включая дере-
вянные и иные конструкции, инженерное оборудование
и т. д. уполномоченной на то комиссией. Как правило,
общие технические осмотры выполняют 2 раза в год —
весной и осенью;
3)	плановые частные (частичные) осмотры включают
в себя обследование отдельных зданий или сооружений
комплекса, содержащих деревянные конструкции, или
отдельные деревянные конструкции здания. Частные
осмотры деревянных конструкций жилых домов прово-
дят в зависимости от цели осмотра либо комиссией того
же состава, что и при общих осмотрах (общая комис-
502
сия), либо плотником-столяром. Частные осмотры дере-
вянных конструкций производственных зданий проводят
комиссией, состоящей из инженера-смотрителя произ-
водственных зданий (председатель) и представителей
от осматриваемого цеха. Частные осмотры осуществля-
ют за период, не превышающий десяти дней со дня об-
наружения дефекта;
4)	внеочередные осмотры деревянных конструкций
зданий и сооружений производят после стихийных бед-
ствий (ливней, снегопадов, землетрясений) и пожаров
не позднее одного-двух дней после стихийного бедствия
или пожара. Комиссия для внеочередного осмотра дере-
вянных конструкций жилых зданий имеет такой же со-
став, что и общая комиссия.
Исследования (обследования) деревянных конструк-
ций специализированными экспертными комиссиями
осуществляются в сложных случаях. Выбор специализи-
рованной организации, объем детального исследования
деревянных конструкций и состав экспертной комиссии
зависят от задач исследования, которое обычно прово-
дят по излагаемой методике.
До обследования эксплуатирующая организация вы-
дает экспертной комиссии техническое задание и пред-
ставляет ей всю имеющуюся техническую документа-
цию по обследуемому объекту.
Первым этапом работы экспертной комиссии являет-
ся знакомство с имеющейся технической документацией,
на основе которого во многих случаях складывается об-
щее представление о здании или сооружении, о видах и
схеме работы деревянных конструкций, подлежащих
обследованию. Знакомство с технической документацией
позволяет наметить решение некоторых задач обследо-
вания, установить причины возникновения дефектов де-
ревянных конструкций, определить влияние этих дефек-
тов на их работу.
Второй этап работы экспертной комиссии состоит в
предварительном общем осмотре здания или сооруже-
ния, включая предварительный осмотр открытых дере-
вянных конструкций. Экспертная комиссия знакомится
с эксплуатационным состоянием здания или сооруже-
ния, его моральным и физическим износом, архитектур-
ной ценностью, фиксирует все отступления от норматив-
ных установлений по эксплуатации здания в отношении
обеспечения надлежащего температурно-влажностного
503
режима внутри здания, ухода за строительными конст-
рукциями, наличие явных и крупных дефектов частей и
конструкций здания, в особенности тех, которыми обла-
дают деревянные конструкции, и т. д. При проведении
предварительного осмотра составляют схемы здания,
фиксируют генеральные размеры конструкций, их вид
и форму, намечают места вскрытий, отмечают места,
где обнаружены явные дефекты и где требуется тща-
тельное обследование деревянных конструкций. Одно-
временно выявляют главные причины неудовлетвори-
тельного состояния отдельных видов деревянных конст-
рукций, составляют формы фиксации дефектов этих
видов конструкций и намечают примерную программу
проведения детального обследования деревянных конст-
рукций.
Обследование деревянных конструкций по намечен-
ной программе составляет третий этап работы эксперт-
ной комиссии. Обычно программа включает в себя сле-
дующие пункты:
осмотр с необходимыми вскрытиями несущих дере-
вянных конструкций для выявления их действительного
состояния; составление ведомостей дефектов с перечнем
обнаруженных дефектов, а также с зарисовкой или с
фотографированием наиболее существенных дефектов;
выполнение обмерных чертежей деревянных конст-
рукций или сверку полученных замеров с имеющимися
рабочими чертежами, а также фотографирование основ-
ных видов несущих деревянных конструкций;
изучение фактически действующих на деревянные'
конструкции эксплуатационных нагрузок и воздействий;
анализ пространственного раскрепления деревянных
конструкций;
измерение основных значений деформаций несущих
деревянных конструкций (прогибов, относительных сме-
щений узлов, искривления сжатых элементов);
выборку (в случае необходимости) из деревянных
элементов конструкций образцов для лабораторного
исследования физико-механических свойств древесины,
определения вида грибов или жучков-древоточцев,
влажности и т. д.
При необходимости в программу обследования мо-
жет входить испытание эксплуатируемых конструкций.
Результаты обследования конструкций и исследова-
504
ния условий их эксплуатации фиксируют в соответствуй
ющих журналах, ведомостях, таблицах.
На четвертом этапе работы обрабатывают данные,
полученные на основе предшествующих этапов обследо-
вания, т. е. выполняют чертежи деревянных конструк-
ций, планы их расположения, уточняют схемы работы
деревянных конструкций с учетом фактических условий
эксплуатации и обнаруженных дефектов. На этом же
этапе делают наметки по усилению деревянных конст-
рукций.
Пятый этап работы экспертной комиссии состоит в
производстве поверочных расчетов несущих деревянных
конструкций. Расчеты выполняют на основе действую-
щих СНиП.
Одновременно с поверочными расчетами целесооб-
разно выполнять эскизную разработку возможных ва-
риантов усиления несущих деревянных конструкций,
имеющих дефекты или недостаточную прочность и жест-
кость.
Оценка состояния деревянных конструкций на осно-
ве анализа, результатов обследования и расчетов явля-
ется наиболее ответственным шестым этапом работы
экспертной комиссии. Если необходимо, экспертная ко-
миссия разрабатывает проект усиления несущих конст-
рукций, мероприятия по защите деревянных конструк-
ций и определяет условия их дальнейшей эксплуатации.
Если по техническим и экономическим признакам обсле-
дуемые деревянные конструкции далее эксплуатировать
невозможно, то комиссия выносит решение о их сносе
или замене другими строительными конструкциями.
Завершающий седьмой этап работы — составление
заключения или акта о состоянии деревянных конструк-
ций, к которому прилагают все необходимые материалы:
поверочные расчеты, чертежи, рекомендации и т. д.
§ 2.2. Защита деревянных конструкций
от биовредителей в условиях эксплуатации
Защита деревянных конструкций лакокрасочными
материалами. Определенный эффект в защите деревян-
ных строительных конструкций и деталей от увлажне-
ния, поражения деревоокрашивающими и дереворазру-
шающими грибами, поражения насекомыми-вредителями
(на окрашенную поверхность насекомые не отклады-
505
вают яйца), а также от механических повреждений до-
стирается покраской поверхностей соответствующими
влагозащитными лакокрасочными материалами. По-
следние наносят в жидком виде тонким слоем кистью
или опрыскивателем на поверхность эксплуатируемой
деревянной конструкции или детали. Лакокрасочные
материалы разделяют на поверхностно-пропиточные со-
ставы, образующие тонкую и толстую пленки. Слой ла-
кокрасочного материала может обладать паро- и водо-
непроницаемостью и другими специальными свойства-
ми, например прозрачностью, укрывистостью и т. д.
Лакокрасочные материалы, применяемые для влаго-
защиты деревянных конструкций и элементов, могут
быть следующими: лаки пентафталевые и уретановые;
эмали уретановые, пентафталевые, меламиноалкидные,
перхлорвиииловые; составы на основе эпоксидных смол;
органосиликатные составы.
Толщина слоя лакокрасочного покрытия должна со-
ставлять 100—250 мкм в зависимости от условий экс-
плуатации, а также от вида лакокрасочного материала.
Поверхностная и глубокая пропитка деревянных кон-
струкций. При поверхностной обработке водными и
маслянистыми пропиточными составами защитные сред-
ства наносят на поверхность древесины напылением,
окрашивают поверхность кистями. Древесина при по-
верхностной обработке маслянистыми средствами долж-
на находиться в сухом или полусухом состоянии, а при
обработке водорастворимыми защитными средствами —
должна иметь сухую поверхность. Обычно водный рас-
твор должен содержать не менее 10 % защитного сред-
ства. При обработке сырой древесины содержание за-
щитного средства необходимо повысить до 20 % • При
обработке вертикальных и наклонных поверхностей ре-
комендуется учитывать потери от разбрызгивания, ко-
торые могут составлять до 50 % расходуемых защитных
средств. Напыление или окрашивание проводят в один
или несколько приемов, обычно с интервалами для про-
сушивания; 1 м2 древесины способен удерживать 150—
300 г пропиточной жидкости; глубина проникновения
жидкости в здоровую древесину составляет до 1 мм. Глу-
бокая пропитка рекомендуется для защиты неклееной
древесины в тех случаях, когда влажность при ее экс-
плуатации составляет более 18%, а также, если древе-
сину используют в зонах повышенной опасности пораже-
506
иия гнилью из-за прямого увлажнения или образования
на ее поверхности конденсата.
Метод непрерывного нанесения на поверхность экс-
плуатируемой деревянной конструкции нли элемента
защитной жидкости кистью или опрыскивателем реко-
мендуется использовать в тех случаях, когда необходи-
мо получить более глубокую пропитку (до 10 мм) дре-
весины, чем это достигается в случае многократного
нанесения защитной жидкости кистью или опрыскива-
телем с интервалом для просушивания.
Метод панельной пропитки деревянных конструкций
и элементов состоит в том, что поверхность обрабаты-
ваемой деревянной конструкции, элемента или детали
покрывают плотно прижатой к ним непроницаемой обо-
лочкой, например из полиэтиленовой пленки (рнс. XI.1).
Оболочка может быть общей или чаще расчлененной
по участкам на отдельные панели. Панель крепят по
контуру рейками или планками. Швы оболочки герме-
тизируют клеем или липкой лентой. Между непроницае-
мой оболочкой и поверхностью древесины в некоторых
случаях размещают выравнивающую прослойку из
фильтровальной бумаги или ткани. В пространство
между непроницаемой оболочкой и поверхностью дре-
весины дозированно подают пропиточную, обычно легко
проникающую в древесину, жидкость.
Пропиточная жидкость непрерывно поступает из ре-
зервуара, расположенного над панелью, а избыток ее
стекает в резервуар, расположенный ниже панели. При
пропитке рубленых стен органорастворимыми препара-
тами расход пропиточной жидкости на десятый день
составляет 400—560 л/м3, а при пропитке водораствори-
мыми препаратами — до 380 л/м3.
Метод глубокой пропитки деревянных конструкций
и элементов в подставных или подвесных ваннах состо-
ит в том, что вокруг эксплуатирующейся конструкции
из непроницаемого материала, например из полиэтиле-
на, создают плотно прижатую к ней оболочку в форме
ванны, заполняемой впоследствии легко проникающей
пропиточной жидкостью, В тех случаях, когда ванна
опирается на грунт, ее называют подставной, а при опи-
рании не на грунт — подвесной (рис. XI.2).
Метод инъекционной пропитки деревянных конструк-
ций и элементов в условиях их эксплуатации использу-
ют относительно редко. Он состоит в том, что пропиточ-
507;
t 2
Рис. XI.2. Пропитка модели
дощатой кровли памятника ар-
хитектуры в подвесных ваннах
Рис. XI.!. Панельная пропитка
рубленых стен
1 — выравнивающая прослойка из
бумаги или ткани; 2 — питатель;
3 — резервуары; 4 — пропиточная
жидкость; 5 — оболочка из непро-
ницаемого материала. 6 — планка
для крепления оболочки
ную жидкость с помощью специального пистолета (рис.
XI.3), снабженного шприцем или полой иглой, вводят в
древесину под давлением в местах вдавливания или
вбивания соответственно иглы или шприца. Обычно иг-
лу вводят в древесину в направлении поперек волокон.
Пропиточную жидкость подают из баллона под давле-
нием 0,1—0,3 МПа.
Метод пропитки деревянных конструкций в просвер-
ленные отверстия состоит в том, что пропиточную жид-
кость с помощью шланга, медицинской груши или через
воронки вливают или впрыскивают в существующие или
специально просверленные для этой цели в древесине
глухие отверстия.
В качестве пропиточной жидкости используют кон-
центрированные растворы химических защитных средств
(не менее 10 %-ных) или масла. Пропиточную жидкость
следует подавать в глухие отверстия не менее, чем 5 раз
под избыточным давлением или без него. Сверлить от-
верстия надо вертикально или горизонтально с уклоном
508
Рис. XI.3. Приспособление для пропитки деревянных конструкций
инъекционным методом
а — пистолет для инъекции; баллон для гропиточной жидкости; /—руч-
ка; 2 — штуцер; 3 — клапан; 4 —корпус; 5 — переходной штуцер; 6 — нако-
нечник; 7 — сменная игла; 8 — пружина
вниз. Отверстия просверливают вразбежку на глубину
2/3 — 3/4 толщины деревянного элемента. Расстояния
между отверстиями зависят от степени поражения дре-
весины, ее породы, а также от способа подачи защитно-
го средства.
В некоторых случаях сверлить отверстия в основных
несущих деревянных конструкциях можно через приши-
тые к ним второстепенные деревянные конструкции, на-
пример через доски пола. Защитные средства можно
вводить в отверстия также в сухом состоянии или в ви-
де паст. При этом пропитка достигается при увлажне-
нии древесины атмосферной или бытовой влагой. В слу-
чае необходимости по окончании защитной обработки
отверстия затыкают пробками.
509
В ГДР разработан и запатентован новый способ об-
работки эксплуатирующихся деревянных конструкций и
элементов средствами для защиты древесины от биоло-
гических вредителей, состоящий в том, -что деревянную
конструкцию или элемент в рабочем положении подвер-
гают пропитке вспененным раствором фунгицида, инсек-
тицида или комбинации солей с различными защитными
свойствами, содержащими, кроме того, поверхностно-ак-
тивные вещества.
Для защиты древесины вспенивать можно водные
растворы химических средств весьма высокой концен-
трации (до 30%). Объем исходного раствора и объем
пены находятся в соотношении до I : 30. Вспененные рас-
творы вводят в любые замкнутые объемы, содержащие
деревянные конструкции или элементы, например в пе-
рекрытия, в деревянные каркасные стены и т. д.
Эффект обработки деревянных конструкций и эле-
ментов вспененными растворами средств для защиты
древесины в течение нескольких минут может быть срав-
ним с эффектом пропитки древесины в ваннах в течение
нескольких часов.
Защитная обработка деревянных конструкций газа-
ми или горячим воздухом. Иногда для борьбы с биовре-
дителями осуществляют газовую дезинфекцию деревян-
ных конструкций н элементов (фумигация) нли обра-
ботку древесины горячим воздухом.
Газовую дезинфекцию выполняют химическими со-
ставами на основе синильной кислоты HCN, фосфина
РН3, бромметана СНзВг или акрилонитрила. При произ-
водстве работ вокруг деревянного здания, конструкции
или элемента создают газонепроницаемую оболочку из
синтетического материала, под которой скапливают ток-
сичный газ, выделяемый из таблеток препарата.
Древесину обрабатывают горячим (подогретым до
100—120 °C) воздухом, подавая его в закрытое помеще-
ние, чаще всего в чердачное помещение. Древесина в
течение часа должна быть прогрета так, чтобы внутри
ее была достигнута температура, при которой наступает
гибель соответствующего вида биовредителя.
Защитная обработка декоративных архитектурно-
строительных деревянных элементов радиоактивным
облучением. В научно-исследовательском институте
ядерной энергии (близ Праги) разработан метод обра-
ботки ценных деревянных декоративных архитектурно-
510
строительных элементов (деревянных скульптур, резных
изделий и т. п.) с целью ликвидации существующего по-
ражения биологическими вредителями (например, насе-
комыми, грибами) радиоактивным облучением этих эле-
ментов, Для облучения используют изотоп кобальта
60Со. Лучи проникают на глубину свыше 1 м, при этом
все биологические вредители (яички, личинки, куколки
насекомых, насекомые, плесневые и гнилостные грибы)
погибают. В древесину вводят жидкий мономер, который
при облучении полимеризуется и придает прочность по-
врежденной древесине. В институте разработана пере-
движная установка для обработки деревянных элемен-
тов, находящихся в условиях эксплуатации.
Защитная обработка деревянных конструкций анти-
септическими пастами.
Антисептические пасты диффузионного действия, со-
держащие антисептик (фтористый натрий, бура) и свя-
зующие материалы (каменноугольные лаки, экстракты
сульфитных щелоков, латексы, поливинилацетатные
эмульсии), применяют для защиты деревянных конст-
рукций и элементов, эксплуатирующихся в условиях по-
вышенной влажности или если сама древесина имеет
высокую влажность.
ГЛ А В А 3. УСИЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
§ 3.1.	Основные принципы усиления деревянных
конструкций
Деревянные конструкции следует усиливать после
соответствующей разработки проекта, в основу которого
могут быть положены следующие принципы:
усиленные деревянные конструкции должны либо
полностью выполнять свои прежние функции, либо ча-
стично. В последнем случае в проекте должен быть ре-
шен вопрос о передаче части прежних функций усиляе-
мых конструкций на другие существующие или новые
строительные конструкции;
усиленные деревянные конструкции по несущей спо-
собности, деформативности и т. д. должны удовлетво-
рять требованиям действующих в момент разработки
проекта усиления строительных норм;
511
целесообразность усиления деревянных конструкций
и выбор варианта усиления должны быть экономически
обоснованы. Рационально обеспечить максимально воз-
можную сохранность существующих строительных кон-
струкций, элементов, отделки и т. д. Ремонтные работы
целесообразно выполнять без нарушения технологиче-
ского режима здания или сооружения;
однотипные деревянные конструкции с характерны-
ми для них дефектами следует усиливать единообразны-
ми методами. В основу разработки проекта усиления
большого числа однотипных конструкций может быть
принят вероятностно-статистический подход.
§ 3.2.	Классификация методов усиления деревянных
конструкций
Деревянные конструкции можно усиливать как в це-
лом, так и их отдельные элементы. Выбор конкретного
метода усиления зависит от ряда факторов: задачи уси-
ления, состояния здания в целом и деревянной конструк-
ции, в частности; наличия достаточного пространства,
площади и т. д. для размещения элементов усиления;
условий эксплуатации и т. п.
В практике ремонтно-строительного дела, как прави-
ло, используют положительно зарекомендовавшие себя
методы усиления традиционных деревянных конструк-
ций, некоторые из которых применимы и для усиления
современных клееных деревянных конструкций. Тем не
менее одной из актуальных задач сегодняшнего дня яв-
ляется разработка новых методов усиления клееных де-
ревянных конструкций, которые все шире внедряются в
строительство.
Методы усиления деревянных конструкций можно
классифицировать по различным признакам. По назна-
чению методы усиления деревянных конструкций можно
разбить на две группы: 1) временного усиления; 2) ста-
ционарного усиления. По влиянию элементов усиления
на схему работы усиляемой конструкции методы усиле-
ния также разделяются на две группы: 1) без изменения
прежней схемы работы деревянных конструкций; 2) с
изменением прежней схемы работы деревянных конст-
рукций.
512
1
1
1-1
Рис. Х1.4. Усиление разорванной деревянной стойки стальными тя~
жами
а, б — возможные варианты усиления
Рис. XI.5. Способ усиления поврежденных гниением концов балок
протезами из синтетических материалов
а — разделение опорного конца балки на зоны с различном степенью повреж-
дения гнилью; б—конец балки, зачищенный от гнилн (в здоровой части про-
сверлены отверстия под стеклопластиковую арматуру); в — вклеивание стек-
лопластиковой арматуры; г — завершение изготовления пластмассового про-
теза
33—423	513
§ 3.3.	Методы усиления деревянных конструкций
без изменения прежней схемы их работы
Без изменения схемы работы можно усилить деревян-
ные конструкции следующими методами:
установкой дополнительного числа крепежных изде-
лий (болтов, гвоздей, шурупов и т. п.);
установкой дополнительного числа самостоятельно
работающих конструкций, разгружающих усиляемую
конструкцию;
заменой или усилением целиком элемента деревянной
конструкции, который содержит дефекты, работает с пе-
ренапряжением и т. д. (рис. XI.4). Элементы усиления
можно выполнять либо из того же материала, из кото-
рого изготовлены усиляемые конструкции, либо из дру-
гих материалов;
усилением деревянных конструкций или их элемен-
тов протезами. Протез представляет собой специальную
конструкцию, включаемую в состав усиляемой конструк-
ции для замены в работе дефектного участка или узла
ее самой или какого-либо из ее элементов. Протезами,
например, наращивают удаленные из-за сильного по-
вреждения домовыми грибами опорные концы деревян-
ных балок, опорные узлы деревянных ферм и т. д. В на-
стоящее время в практику строительства начинают
внедряться протезы, выполненные из полимерных мате-
риалов— из полимербетона на основе модифицирован-
ной эпоксидной смолы, изготовляемого на месте, и стек-
лопластиковой арматуры в форме стержней круглого
сечения (рис. XI.5);
усилением неклееных конструкций, содержащих усу-
шенные трещины или клееных конструкций с усушенны-
ми трещинами и расслоившихся по клеевым швам, кле-
евыми составами.
Выполненные из брусьев или досок балки перекрытий
часто содержат продольные и косые усушенные трещи-
ны, существенно снижающие сопротивление этих балок
сдвигу (скалыванию). Клееные деревянные конструкции
при эксплуатации иногда расслаиваются по клеевым
швам.
Усиление деревянных конструкций, содержащих тре-
щины и расслоения, иногда можно осуществить клеевы-
ми составами (клеи, клеи-пасты), которыми заполняют
трещины и непроклеенные швы для обеспечения моно-
514
2.
Рис. Х!.б. Усиление треугольных распорных систем с расслоивши,
мися по клеевым швам деревянными блоками методами превращу
ния в шпренгельную систему и вклеивания болтов
1 — дощатоклееный блок, частично расслоившийся по клеевым швам; 2—вкле-
енные болты; 3 — стойка шпренгельной системы; 4 — клинья
Рис. ХГ.7. Усиление стяжными бол-
тами растрескавшегося конца де-
ревянной балка
литности конструкций. Один из методов усиления кле-
еных деревянных конструкций состоит в том, что рас-
слоившиеся швы предварительно по краям заклеивают
лентами из специальной фольги, а затем к каждому уча-
стку с двух сторон сверлят наклонные отверстия для
нагнетания эпоксидного клея. Расстояния между отвер-
стиями составляют до 30 см. Затем в непроклеенные
участки через просверленные отверстия нагнетают спе-
циальной форсункой эпоксидный клей;
усилением деревянных конструкций вклеиванием
стальных стержней и болтов. Метод усиления клееных
деревянных конструкций (балок) вклеиванием стальных
стержней и болтов применим в случаях, когда необходи-
мо повысить сопротивление балок сдвигу на участках,
расположенных близ опор, ослабленных отверстиями, в
случаях расслоения клееных деревянных конструкций
по клеевым швам, а также если необходимо повысить
сопротивление растяжению поперек волокон в зонах пе-
региба двускатных гнутоклееных балок (рис. XI.6).
Наиболее распространенный вариант этого метода
усиления деревянных балок состоит в том, что в пред-
варительно просверленные в балках вертикальные или
33*
515
наклонно расположенные глухие отверстия вклеивают
специально изготовленные для этой цели болты, снаб-
женные резьбой на всю длину стержня и продольным
пазом прямоугольного сечения. Паз предназначен для
того, чтобы при ввинчивании болта обеспечить возмож-
ность выхода из глухого отверстия избыточного количе-
ства клеевого состава. Глухие отверстия сверлят либо
с верхней, либо с нижней грани балки. Глубину глухого
отверстия принимают на 1 см больше длины вклеивае-
мого стержня болта. Перед вклеиванием стержень бол-
та обезжиривают промывкой соответствующими хими-
ческими средствами, а глухое отверстие очищают от
стружки и пыли струей сжатого воздуха. Клеевой состав
вводят в глухое отверстие специальным шприцем, запол-
няя его на половину глубины;
усилением деревянных конструкций стяжными бол-
тами и хомутами. В случаях, если деревянные конструк-
ции выполнены из неклееной древесины, то усиление
состоит в обжатии составных пакетов деревянных эле-
ментов, в обеспечении восприятия болтами и хомутами
в деревянных балках растягивающих усилий, поперек
волокон в местах глубоких подрезок у опор, где иногда
образуются горизонтальные трещины и т. д.
Работающие с перенапряжением иа растяжение по-
перек волокон, а также частично расслоившиеся по кле-
евым швам клееные деревянные конструкции и их эле-
менты могут быть усилены постановкой стяжных болтов
и хомутов (рис. XI.7). Усилением частично расслоивших-
ся клееных деревянных конструкций и элементов по кле-
евым швам с помощью хомутов достигают восприятия
в конструкциях и элементах растягивающих усилий по-
перек волокон. Преимущество использования хомутов
перед использованием стяжных болтов состоит в том, что
для постановки хомутов не требуется предварительного
сверления сквозных отверстий;
усилением деревянных конструкций нашивкой накла-
док или двойной перекрестной обшивкой досками. Этот
метод широко используется для усиления клееных и не-
клееных деревянных конструкций, которые имеют глу-
бокие усушенные трещины, расслоения по клеевым швам,
работающих с перенапряжением и сильно деформиро-
ванных. Накладками из досок обычно усиливают дере-
вянные конструкции небольших сечений, а конструкции
больших сечений усиливают двойной перекрестной об-
516
шивкой досками или обшивкой из листовых древесных
материалов, чаще всего фанерой. Накладки и обшивки
крепят на гвоздях, шурупах или болтах. Фанерную об-
шивку выполняют либо с использованием отдельных, ли-
бо состыкованных по длине на ус листов фанеры.
§ 3.4.	Методы усиления деревянных конструкций
с изменением прежней схемы их работы
В ремонтно-строительном деле в некоторых случаях
рационально использовать методы усиления деревянных
конструкций, изменяющие схему их работы. Так, напри-
мер, подведением под однопролетную балку средней
опоры можно превратить ее в двухпролетную балку.
При эксплуатации сельскохозяйственных производст-
ственных зданий часто приходится сталкиваться с проб-
лемой усиления трехшарнирных клееных деревянных
арок и треугольных распорных систем. Усиление указан-
ных конструкций можно осуществить превращением их
в фермы. Трехшарнириая арка может быть превращена
в сегментную ферму, а трехшарнирная распорная систе-
ма — в двускатную ферму шпренгельного типа с двумя
стойкамй (см. рис. XI.6). Одним из методов усиления
плоскостных несущих деревянных конструкций с измене-
нием схемы их работы является раскрепление связями,
обеспечивающими пространственную устойчивость, если
раньше пространственная устойчивость не была обеспе-
чена. Как правило, при этом изменяется схема работы
усиляемых деревянных конструкций и элементов из их
вертикальной плоскости.
РАЗДЕЛ XII. ОСНОВЫ ЭКОНОМИКИ
КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАСС '
§ 12.1.	Отбор вариантов конструкций для анализа
и условия их сравнимости
Лучшие конструктивные решения (отдельные конст-
рукции или их комплекс) выбирают на основе сопостав-
ления технико-экономических показателей по вариантам.
При определении экономической эффективности предла-
гаемых новых решений конструкций зданий и сооруже-
ний в качестве базы для сопоставления следует прини-
мать: а) на стадии строительства конкретных объектов—
вариант конструкций, предусмотренный в проектах;
б) на стадии научно-исследовательских, проектных и
конструкторских работ по созданию новых конструкций
с применением древесины и пластмасс и при решении
вопросов, связанных с развитием базы по их производ-
ству и внедрением в массовое строительство—наиболее
экономичные конструкции аналогичного назначения.
При обосновании выбора варианта конструкций из
дерева и пластмасс при разработке дипломных или кур-
совых проектов в качестве базы для сравнения прини-
мают один из рассмотренных вариантов.
Конструкции следует сравнивать в деле при равной
степени их законченности и равном соответствии нор-
мам проектирования конструкций из древесины и пласт-
масс. Стоимостные показатели определяют в едином
уровне цен и для одного и того же района строительства.
При сравнении конструктивных систем зданий и со-
оружений объемно-планировочные решения (сетка ко-
лонн и другие параметры) следует принимать экономи-
чески оптимальными для каждой конструктивной систе-
мы. Конструктивные элементы зданий и сооружений, не
зависящие от особенностей данной конструктивной си-
стемы, принимают одинаковыми во всех вариантах.
Сопротивление теплопередаче по вариантам ограж-
дающих конструкций утепленных зданий рекомендуется
принимать экономически оптимальным. При различиях
в уровне сопротивления теплопередаче, вызываемых
особенностями конструктивных решений ограждающих
конструкций, необходимо для варианта с меньшим со-
518
противлением теплопередаче учитывать дополнительные
единовременные и эксплуатационные затраты на отоп-
ление зданий.
В некоторых случаях при сравнении вариантов кон-
струкций и оптимизации их параметров следует учиты-
вать разницу в затратах на элементы, смежные с рас-
сматриваемыми конструкциями. Изменения в смежных
элементах могут вызываться, например, следующими
факторами:
различным собственным весом конструкций;
неодинаковой конструктивной схемой в сравнивае-
мых вариантах и различным решением связей;
неодинаковым очертанием верхнего и нижнего поя-
сов ферм или балок покрытий, различной строительной
высотой элементов покрытий и перекрытий;
неодинаковым расстоянием между температурными
швами, различной степенью огнестойкости, теплопро-
водности и электропроводности конструкций;
различным креплением рассматриваемых конструк-
ций к смежным конструкциям и креплением подвесного
подъемно-транспортного оборудования к рассматривае-
мым конструкциям;
особенностями монтажа и эксплуатации конст-
рукции.
Так, при сравнении арок и двускатных ферм трапе-
циевидного очертания для покрытия отапливаемых зда-
ний необходимо учитывать в случае варианта с арками
дополнительные затраты на панели покрытия и кровлю,
а Для варианта с фермами'—дополнительные затраты
на вертикальные связи и наружные стены. При примене-
нии арок дополнительные затраты на панели покрытия
вызываются значительной снеговой нагрузкой, а также
большей их площадью. Дополнительные приведенные
затраты на кровлю связаны как с большей площадью
кровли, так и с меньшей ее долговечностью (при значи-
тельно большем уклоне в зоне, примыкающей к наруж-
ным стенам). Дополнительные затраты на наружные
стены и связи при применении двускатных ферм вызы-
ваются значительно большей их высотой на опоре, чем
у арок.
Чтобы правильнее выявить степень экономической
эффективности рассматриваемых вариантов решения
данного конструктивного элемента, рекомендуется при
сопоставлении учитывать не полный размер затрат на
519
смежные конструктивные элементы, а разницу в затра-
тах по каждому смежному элементу. Разница в затра-
тах на смежные элементы распространяется на все ва-
рианты, для которых эти затраты больше по сравнению
с базисным вариантом.
§ 12.2.	Система технико-экономических показателей.
Критерий эффективности
Эффективность применения конструкций оценивают
методом сопоставления технико-экономических показа-
телей по вариантам. Для обеспечения сопоставимости
технико-экономические показатели относят на общую
для сравниваемых вариантов единицу измерения. На-
пример, при оценке вариантов конструкций каркасов и
покрытий показатели рекомендуется определять в рас-
чете на 1 м2 площади здания.
Когда применение той или иной конструкции приво-
дит к изменениям в объемно-планировочном решении
здания (например, при использовании в покрытии обо-
лочек с большей сеткой колонн вместо плоскостных кон-
струкций), в качестве расчетной единицы измерения
принимают единицу мощности размещаемых в здании
производств или единицу вместимости зданий.
Конструкции рекомендуется сравнивать по технико-
экономическим показателям. Перечень материалов уста-
навливают в зависимости от особенностей сравниваемых
конструкций. В необходимых случаях учитывают затра-
ты материалов на сборочные стеллажи, подмости, мон-
тажные кондукторы и т. и. (с учетом оборачиваемости).
Система технико-экономических показателей для оцен-
ки конструктивных решений и отдельных конструкций
зданий и сооружений включает в себя:
стоимость в деле, руб.;
себестоимость в деле, руб.;
капитальные вложения в базу, руб-год;
эксплуатационные расходы (среднегодовые), руб/
/год;
приведенные затраты, руб.;
масса конструкций, кг;
расход основных материалов по проекту.
древесина, м3;
сталь, кг;
520
пластмассы, кг;
асбестоцемент, м3;
расход основных материалов с учетом отходов:
пиломатериалы, м3;
фанера, м3;
синтетические смолы и пластмассы (по видам), кг;
приведенный расход деловой древесины, м3;
трудоемкость изготовления, чел.-ч;
трудоемкость возведения, чел.-ч;
продолжительность возведения, дн.
В качестве показателя (критерия) сравнительной
экономической эффективности применения конструкций
следует принимать показатель минимума приведенных
затрат, определяемых в общем случае с учетом себе-
стоимости в деле, капитальных вложений в базу, эксплу-
атационных расходов и фактора времени. Вариант, для
которого приведенные затраты минимальные, признают
экономически эффективным (лучшим).
Использование таких локальных критериев, как, на-
пример, минимум массы, минимум расхода материалов,
минимум затрат труда на строительной площадке, мини-
мум стоимости в деле не может обеспечить в общем слу-
чае выбор экономически наиболее эффективных конст-
рукций.
Если говорить о минимуме массы для конструкций
только из дерева и пластмасс, то следует иметь в виду,
что стоимость исходных материалов, используемых для
изготовления этих конструкций (в расчете на одну тон-
ну их массы), может изменяться в весьма широких пре-
делах— от 100 руб. (для пиломатериалов III сорта тол-
щиной 40—60 мм) до 5490 руб. (для стеклопластика
АГ-4с на основе крученой нити). Из этих цифр ясна не-
пригодность критерия минимума массы для выбора эко-
номически эффективных конструкций.
Минимум себестоимости в деле может во многих слу-
чаях характеризовать экономически эффективный ва-
риант. Однако и этот критерий в общем случае не приго-
ден для выбора экономически наиболее эффективного
варианта, поскольку могут быть существенные различия
в долговечности конструкций, в затратах на капиталь-
ный и текущий ремонты конструкций.
Анализ остальных технико-экономических показате-
лей (помимо приведенных затрат) позволяет более пол-
но установить преимущества и недостатки рассмотрен-
521
ных вариантов, выявить факторы, влияющие на их эф-
фективность, наметить пути совершенствования конст-
рукций.
§ 12.3.	Методика определения технико-экономических
показателей (основные положения)
Расход материалов, требующихся для изготовления
конструкций с применением древесины и пластмасс, сле-
дует определять с учетом отходов, возникающих при их
производстве.
Расход пиломатериалов; а) для клееных конструкций
^лил “ ^с.ш ^з.ш КфКобрРд.	(ХП. 1)
б) для конструкций из брусьев и досок
Упил =	Уч.з!	(XII .2)
Уч.3 = Уд при использовании нестрогаиых деталей прямоугольной
формы и постоянного сечения, где К?, РСс.ш, Кз.ш, К$, Кобр — коэф-
фициенты, учитывающие соответственно отходы при раскрое пило-
материалов на черновые заготовки, сращивание заготовок по ши-
рине, срашиваяие заготовок по длине на зубчатый тип, фрезерование
досок по пласти, обработке заготовочных блоков (включая фрезе-
рование боковых поверхностей блоков); Уц, Уча, Уз.б— объем дре-
весины соответственно в деле (по проекту), в черновых заготовках
и в заготовочном блоке конструкции.
Расход фанеры
Уф — КрУч.з>	(XII.3)
Расход круглого леса
Укр.Л = Уч.З Уфакт. МПР)2.	(ХП.4)
где dnp—проектный диаметр бревен; (/факт — фактический диаметр
бревен, используемых при изготовлении конструкций.
Приближенно можно принять с/факт=йпр+1 см. При-
веденный расход деловой древесины (в круглом лесе)
упр у	! 1 61V -1-2,5УЛ	(XII .5)
'пр.л у кр.л ‘ г пил ~ ' ф>	'	'
где Уко.л, Увил, Уф — расход соответственно круглого леса, пилома-
териалов и фанеры, определяемый по вышеприведенным формулам;
1,61 и 2,5—расход, м3, круглого леса на изготовление соответствен-
но 1 м3 пиломатериалов и 1 м3 фанеры.
Расход клея для изготовления многослойных клее-
ных деревянных конструкций
Р кл = Рил Уз.б>	(XII.6)
где Ркл — расход клея на 1 м3 объема заготовочного блока, завися-
щий от толщины слоев.
522
Расход стали на изготовление стальных элементов
вычисляют с учетом отходов в размере 5 % их массы.
Определив расход основных материалов, можно най-
ти их стоимость, используя прейскуранты оптовых цен,
введеные в действие с 1 января 1982 г. на обрезные
пиломатериалы, на синтетические смолы, клей, пласт-
массы, на прокат черных и цветных металлов и метал-
лоизделия.
Трудоемкость основных технологических операций
изготовления деревянных конструкций слагается из за-
трат на обработку деталей, сборку (склейку) и окраску
‘(или огнезащитную обработку конструкций). Трудоем-
кость изготовления конструкций может быть определе-
на с использованием соответствующих методических ре-
комендаций илн составлением калькуляций.
Трудоемкость возведения конструкций может быть
определена по данным соответствующих сборников эле-
ментных сметных норм на строительные конструкции и
работы или для новых конструкций составлением каль-
куляций с использованием ЕНнР на строительные, мон-
тажные и ремонтно-строительные работы. Продолжи-
тельность возведения конструкций определяют в зави-
симости от трудоемкости монтажа, принятого количест-
ва монтажных кранов и состава бригады. Стоимость из-
готовления конструкций
Сил = [с0.м Кт.з 4~ Сс 1/лил “I* Цз Т„ 4" £qq	(XII.7)
где Со м — затраты на основные материалы и изделия, вычисляемые
с использованием соответствующих прейскурантов оптовых цен;
Кт.а — коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные
расходы предприятия; Сс — себестоимость сушки пиломатериалов,
руб/м3; Уцил — расход пиломатериалов, м3; Ц3 — среднечасовая за-
работная плата основных производственных рабочих; Тя — трудоем-
кость основных технологических операций но изготовлению конст-
рукций; Н — накладные расходы предприятия (цеховые и общеза-
водские расходы, затраты на содержание и эксплуатацию оборудо-
вания) в % к основной заработной плате; Кии, Клл — коэффициенты,
учитывающие соответственно виезаводские расходы предприятия и
плановую прибыль.
Себестоимость конструкций в деле
С = Сдр.а 4~ = (Си.к 4- Ст) Дас + Ccq -f- Суст Сокр 4* н,
(XII. 8)
где Спр.а — прямые затраты; Н — накладные расходы; Ccj, Сус г,
Сокр — стоимость соответственно укрупнительной сборки, установки
конструкций в проектное положение и окраски (огнезащитной обра-
523
ботки); Кз.с—коэффициент, учитывающий заготовительно-складские
расходы.
Накладные расходы при сравнении конструкций ре-
комендуется определять в зависимости от затрат на ос-
новную заработную плату С0.з и затрат по эксплуатации
строительных машин Сэм по формуле
Н = 0,7(Со.3 + Св.м).	(XII.9)
Затраты на укрупнительпую сборку, установку и ок-
раску конструкций могут быть найдены по соответствую-
щим сборникам единых районных единичных расценок
на строительные конструкции и работы, а для новых
конструкций составлением калькуляций с использовани-
ем ЕНиР.
При определении стоимости конструкций в деле пла-
новые накопления принимают в размере 8 % себестои-
мости в деле.
Приведенные затраты в общем случае вычисляют с
учетом себестоимости конструкций в деле (единовре-
менных затрат), капитальных вложений в базу, эксплу-
атационных расходов и возможности получения в неко-
торых случаях экономического эффекта от сокращения
продолжительности строительства и ускорения ввода
объектов в действие при применении конструкций с
меньшей продолжительностью возведения.
При дипломном проектировании приведенные затра-
ты могут быть найдены (при продолжительности функ-
ционирования объектов более 25 лет) по упрощенной
формуле с учетом влияния основных факторов
П = С' +ЕНК + ПЭ = С' Ч-ЕнК + ЭТн; (XII.10)
где Ей — нормативный коэффициент эффективности капитальных
вложений; К — капитальные вложения в основные фонды в сфере
строительства; Пя — часть приведенных затрат, зависящая от экс-
плуатационных расходов; Э — эксплуатационные расходы (средне-
годовые); Ты—нормативный срок окупаемости капитальных вло-
жений.
Эксплуатационные расходы определяют с учетом за-
трат на замену конструкций (при сроке службы конст-
рукций Тф — меньшем, чем срок функционирования объ-
ектов Тм), затрат на капитальный и текущий ремонты.
При сравнении вариантов ограждающих конструкций
отапливаемых зданий, отличающихся сопротивлением
теплопередаче, при вычислении эксплуатационных рас-
ходов следует учитывать затраты на тепловую энергию,
524
Рис. XII.1. .Зависимость коэффициен-
та <р от продолжительности функцио-
нирования объекта Тм
идущую на отопление зданий и
зависящую от сопротивления
теплопередаче.
При существенно различных
сроках службы конструкций и
затратах на их ремонты, а так-
же при относительно малой
продолжительности функцио-
нирования объектов Пэ реко-
мендуется находить по следу-
ющей формуле, учитывающей
большее количество факторов:
Ср. j Ч~ C0,j
(1 4* Еип) ip.j
Cj ср,'
(XII. 11)
где Сд, Су, Сэ.(, Ср.; — стоимость, руб., соответственно разборки
конструкций и вывоза нереализуемых материалов от разборки, реа-
лизации утилизируемых материалов от разборки; возведения новой
конструкции вместо старой, отслужившей свой срок Тф, одного ка-
питального ремонта; Ст — стоимость текущих ремонтов и прочих ви-
дов эксплуатационных расходов, равномерно распределенных во
времени, руб/год; Со — возможные потери от остановки или сокра-
щения объема производства в период проведения I замены конст-
рукций или в период j капитального ремонта; Тм — продолжитель-
ность функционирования объекта (иль срок морального износа зда-
ния, сооружения илн отдельных конструкций); t3.t, fp.j— время, год,
от начала эксплуатации объекта соответственно от i замены конст-
рукций и срока проведения / капитального ремонта; п, т — число
замен конструкций и капитальных ремонтов за весь период функцио-
нирования объекта Тм; (р — условное время (см. рис. XII.1), за ко-
торое учитывают полностью текущие эксплуатационные расходы С,
год.
При определении затрат, связанных с заменой рас-
сматриваемых конструкций, не следует забывать о тех
смежных конструкциях, которые, возможно, придется
заменять одновременно с рассматриваемыми конструк-
525
Области применения деревянных конструкций
Рис. XII.2. Области применения деревянных конструкций
циями при невозможности или затруднительности заме-
ны этих конструкций без нарушения целостности смеж-
ных конструкций.
§ 12.4. Понятие об областях рационального применения
конструкций из древесины и пластмасс.
Факторы, влияющие на их эффективность
В целях ускорения научно-технического прогресса и
наиболее эффективного использования производствен-
ных ресурсов техническая политика в строительстве
должна базироваться на научно обоснованных рекомен-
дациях по областям и конструктивным формам рацио-
нального применения конструкций из различных мате-
риалов, в том числе конструкций с применением
древесины и пластмасс, металлических и железобетон-
ных. При разработке рекомендаций не следует противо-
поставлять конструкции из древесины и пластмасс ме-
таллическим и железобетонным конструкциям, а необ-
ходимо добиваться экономически оптимального их
626
Области применения строительных конструкций
Рис. XI1.3. Области рационального применения строительных конст-
рукций
сочетания, в максимальной степени используя преиму-
щества каждого из рассматриваемых видов конструкций
и в полной мере учитывая их недостатки.
Под областями применения строительных конструк-
ций понимают здания и сооружения с определенными
параметрами (объемно-планировочными, нагрузок, усло-
вий эксплуатации), строящиеся в тех или иных районах
строительства, которые характеризуются определенными
природно-климатическими и экономико-географически-
ми условиями. Области применения деревянных конст-
рукций показаны на рис. XII.2.
Технически возможную область применения конст-
рукций из древесины и пластмасс, исходя из технических
критериев, можно разбить на три подрбласти: техниче-
ски необходимую, технически рациональную и техниче-
ски нерациональную.
527
Сейсмичность района сгроительства
Гидрогеологические условия площадки
строительства
Температура и продолжительность
зимнего и летнегопериодов
Скорость ветра, высота снегового
покрова, гололед
Степень агрессивности среды
Состояние сырьевой и производственной
базы и возможности ее развнтяя
Степень дефицитности материальных,
трудовых и финансовых ресурсов
Степень рассредоточенности объектов
строительства и удаленности от баз
строительной индустрии
Условия поставки и транспортировки
конструкций и материалов
Уровень себестоимости н цен на 
Конструкции и материалы
Уровень себестоимости и тарифов на
электро- и теплоэнергмю и на
транспортировку конструкций
Уровень сметных норм, цен и единых .
расценок
Уровень и степень дифференциации норм
расхода материалов
Требования к надежности в эксплуатации
Требования к архитектурно-художествен 1
ным качествам зданий и сооружений
Продолжительность функционирования
объектов, сроки морального износа
Габариты оборудования.Технологические
нагрузки.
Пожароопасность и взрывоопасность
производства
Параметры внутренней среды, степень
ее агрессивности
Требования к типу здания, сооружения
и конструкции- 
Количество этажей
Вид и грузоподъемность лодъемно-
транслортного оборудования
Наличие и тип фонарей. Вид и уклон
кровли
Наличие подвесных потолков
Габаритные размеры зданий и
сооружений
Сетка колонн и др. объемно**-
планировочные параметры *
Конструктивная форма и параметры
конструкций
Требования потребителя, особенности I Тип зданий и сооружений и их объемно*-
технологии, условии эксплуатации	планировочные.и конструктивные
1	параметры
34—423
Рекомендации и требования
доектмвных органов
Рекомендации я требования строительных
министерств п ведомств, Госстроя СССР
Требования строительно—монтажных
организаций, осуществляющих
строительство объектов
Рекомендации и требования нормативных
документов пв строительному
проектированию
Направленность типового
проектирования и орактика привязки
'типовых проектов
Показатели, по которым Оценивается
деятельность организаций^* методы
их определения
Особенности ценообразования в
проектировании, промышленности
*и строительстве
Системе стимулирования внедрения
эффективных конструкций
Условия и степень привлекательности
труда иа предприятиях, изготовляющих
данные конструкции и материалы
Условия труда на строительной площадке
Эстетические и санитарно-гигиенические
свойства конструкции и материалов
Традиции, привычки, престиж
Прочностные свойства. Удельная прочность
Сопротивляемость динамическим
воздействиям
Огнестойкость. Жаростойкость»
Возгораемость 
Морозостойкость. Хладостойкость
Бностойкость
Долговечность. Надежность в эксплуатации
Теплопроводность. Электропроводность
Газо-7 вода.— и радмолроницаемость
Обрабатываемость. Легкость ремонта,
усиления и реконструкции
Акустические свойства
Научно-исследовательские работы в
области конструкций
Типовое и индивидуальное проектирование. _
Унификация Р
Изготовление конструкций-
Транспортировка конструкций
Возведение конструкций
Эксплуатация конструкций
Исходя из экономических критериев технически воз-
можную область применения конструкций из древесины
и пластмасс можно разделить на три подобласти: эко-
номически эффективную и экономически неэффективную
и экономически целесообразную, определенную с учетом
ограничений в материальных и других ресурсах.
Исходя из социальных критериев область возможно-
го применения конструкций из древесины и пластмасс
можно разделить на три подобласти: эффективную с со-
циальной точки зрения, неэффективную и целесообраз-
ную с социально-экономической точки зрения, опреде-
ленную с учетом ограничений в финансовых и других
видах ресурсов.
В области рационального применения конструкций
из древесины и пластмасс следует Включать (рис. ХП.З),
главным образом, области, экономически целесообраз-
ные и технически необходимые. К экономически эффек-
тивным областям применения конструкций из древеси-
ны и пластмасс того или иного типа следует относить те
области, где их применение по сравнению с конструк-
циями из других материалов или по сравнению с конст-
рукциями из древесины и пластмасс других типов обеспе-
чивает снижение приведенных или суммарных народно-
хозяйственных затрат и получение экономического эф-
фекта.
Критерием для определения областей экономически
целесообразного применения строительных конструкций
с учетом ограничений в ресурсах рекомендуется прини-
мать показатель экономического эффекта в расчете на
единицу массы или объема дефицитного ресурса (напри-
мер, металла или древесины).
При определении областей экономически целесооб-
разного применения конструкций из древесины и пласт-
масс следует учитывать фактор дефицитности матери-
альных ресурсов и, в первую очередь, металла. Учиты-
вая дефицитность металла, область экономически
целесообразного использования конструкций из древе-
сины и пластмасс должна быть шире, чем область эко-
номически эффективного их применения.
Для многих зданий общественного назначения (вы-
ставочные павильоны, летние театры, кафе и др.) и ряда
сооружений (городские мосты, лыжные трамплины
и др.) большое влияние на выбор материала и формы
конструкций могут оказывать требования к архитектур-
530
но-художественному качеству объектов и эстетические
свойства конструкций. В этих случаях может быть при-
знано рациональным применение вариантов конструк-
ций с большими приведенными затратами, позволяющих
получать социально-экономический эффект. Поэтому в
сферу рационального применения конструкций в общем
случае включают и часть областей, эффективных с со-
циальной точки зрения, но экономически неэффек-
тивных.
При определении областей рационального примене-
ния конструкций из древесины и пластмасс, в частности
в жилищно-гражданском строительстве, следует учиты-
вать санитарно-гигиенические свойства материала кон-
струкций. Например, в деревянном заводском домострое-
нии применение древесно-стружечных плит повышенной
токсичности следует признать нерациональным, даже
если это приводит к снижению приведенных затрат на
строительство и эксплуатацию домов.
Разрабатывая рекомендации по областям рациональ-
ного применения конструкций из древесины и пласт-
масс, необходимо учитывать многообразие их видов и
типов (см. рис. XII.2) н большое количество факторов,
влияющих на их эффективность и выбор материала и
конструктивной формы конструкций (рис. ХП.4) и фор-
мулировать рекомендации более конкретно, указывая, в
какой области рационально применение того или иного
вида или типа конструкций.
34*
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.	СНиП П-25-80. Нормы проектирования. Деревянные конст-
рукции. — М.: Стройиздат, 1982. — 65 с.
2.	СНиП 11-23-81. Нормы проектирования. Стальные конструк-
ции. — М.: Стройиздат, 1982. — 93 с.
3.	СНиП 2.01.07—85. Нормы проектирования. Нагрузки и воздей-
ствия.— М.: Стройиздат, 1976.— 60 с.
4.	СНиП III.19-76. Правила производства и приемки работ.
Деревянные конструкции. — М.: Стройиздат, 1976. — 48 с,
5.	СН 497-77. Временная инструкция по проектированию, мон-
тажу и эксплуатации воздухоопорных пневматических сооруже-
ний.— М.: Стройиздат, 1978.— 16 с.
6.	Руководство по обеспечению долговечности деревянных клее-
ных конструкций при воздействии на них микроклимата зданий раз-
личного назначения и атмосферных факторов./ЦНИИСК им. В. А. Ку-
черенко.— М.: Стройиздат, 1981. — 96 с.
7,	Рекомендации по проектированию панельных конструкций с
применением древесины и древесных материалов для производст-
венных зданий. / ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. — М.: Стройиздат,
1982. — 120 с.
8.	Зубарев Г. Н., Лялин И. М. Конструкции из дерева и пласт-
масс.— М..: Высшая школа, 1980. — 311 с.
9.	Иванов В. А., Клименко В. 3. Конструкции из дерева и пласт-
масс.— Киев: Вища школа, 1983. — 279 с.
10.	Кормаков Л. И., Валеитинавичюс А. Ю. Проектирование
клееных деревянных конструкций. — Киев: Буд1вельник, 1983.—
152 с.
11.	Канн Э. А.', Серов Е. Н. Деревянные конструкции в совре-
менном строительстве. — Кишинев: Штиинца, 1981.— 180 с.
12.	Максимович Б. Г. Проектирование и производство конструк-
ций из клееной древесины. — Минск: Высшая школа, 1981. — 211 с.
13.	Хрулев В. М. Производство конструкций из дерева и пласт-
масс.— М.: Высшая школа, 1982. — 231 с.
14.	Пневматические строительные конструкции./Под ред. В. В. Ер-
молова.— М.: Стройиздат, 1983. — 436 с.
15.	Губенко А. Б. Строительные конструкции с применением
пластмасс. — М.: Стройиздат, 1970. — 326 с.
16.	Гуськов И. М. Эксплуатация деревянных конструкций.—
М.: МИСИ им. В. В. Куйбышева, 1982, — 101 с.
17.	Гуськов И. М. Ремонт деревянных конструкций. — М.:
МИСИ им. В. В. Куйбышева, 1982. — 76 с.
18.	Гуськов И. М. Примеры проектирования конструкций из де-
рева и пластмасс. — М.: МИСИ им. В. В. Куйбышева, 1984.— 110 с.
19.	Освенский Б. А. Скалывание и раскалывание в деревянных
конструкциях./МИСИ им. В. В. Куйбышева.— 1978. — Вып. 169,
с. 28—34.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
л
Антипирены 88, 90
Антисептики 106
Антистатики 69
Арки дощатоклееные 213, 214,
262
— сквозные 315, 316
Б
Бактерии 90
Балки
армированные стальными
стержнями 255
двутаврового сечения с пе-
рекрестной дошатай стенкой
иа гвоздях 210, 238
дощатоклееные 211, 243
клеефанерные 211, 247
на пластинчатых нагелях 210
236
шпренгельные 310—313
Биовредители 90—107
Болт аварийный 151
Болты и тяжи рабочие 189
В
Виды
нагелей 161
шпонок 156
Влажность 481
—	гигроскопическая 439
—	при склеивании 473
—	равновесная 439
—	свободная 439
— способы определения 436,
437
Водостойкость клеевых соеди-
нений 481
Волокно стеклянное 69
Врубка лобовая 148
Г
Глухари 188
Гниль деструктивная 92
Грибница
внутренняя 92
наружная 92
Грибы
биржевые (складские) 90, 91
домовые 91—94
лесные 90
мицелий 92
д
Древесина
анатомическое строение 33—
38
влияние влаги 38—40, 58, 59
— скорости и продолжитель-
ности на прочность 44, 45
— температуры 59
— химических веществ 40, 41
гниение 91
горение 83
ориентация микрофибрилл 38
плотность 41
режим сушки 451
резание 455
сверление 468
способы защиты 494
сырьевая база 33
теплопроводность 4
температурное расширение 41
трахеиды сосны 36
фрезерование 461
Древоточцы морские 90, 101,
102
Ж
Жуки 90, 94—101
3
Закономерности длительной
прочности древесины и пласт-
масс 132—136
Запрессовка пресса 486
----режимы 489
Защита от биовредителей в ус-
ловиях эксплуатации 505—511
И
Изгиб
косой 125—127
иа податливых связях 198
продольный элементов сече-
ния
-------- цельного 116—120
-------- составного на по-
датливых связях 202—207
Инсектициды 106
533
к
Клей 195, 481
—	архирезорциновый 481
—	вязкость 480
—	жизнеспособность 481
— карбамидный 485
— резорциновый 481
— фенолоформальдегидный
484
Колонны дощатоклееные 257
Конструкции
— диагностирование 500,501,
502—505
— дефектное состояние 501
— деформации 283
— дощатогвоздевые 9—14
— заводского изготовления
-------дощатые 16
------клеефанерные 16
защита конструкционная
102—107
— от биовредителей 102—107
—	от возгорания 88
—	от увлажнения 489
— химическая 104—107
— исследование экспертной
комиссии 503—505
•— из брусьев и досок 9
— клееные
---производство 483, 491—
493
— области применения 527
— на пластинчатых нагелях
10
— плоскостные сквозные 274
-------виды 276—279
с применением пластмасс 16,
17
пропитка при эксплуатации
506—510
------в подвесных или под-
ставных ваннах 507
— -----в просверленные от-
верстия 508, 509
------вспененным раство-
ром защитных средств 510
------- глубокая 506—510
------- инъекционная 507
------непрерывным нане-
сением на поверхность 507
------- панельная 507
------- поверхностная 506
пневматические
--- воздухоопорные 410
-----магистральные 415
— — пневмокаркасные 410
•----принципы расчета 418
пропитка при изготовлении
— окунанием 107
— под давлением 107
----- при эксплуатации 107
пространственные 336
с применением пластмасс
структурные 367
Коэффициент
kt 151
175
-Пуассона 114
условий работы 11—114
Красители 65
Крепление пространственное
обеспечение устойчивости
здаинй, способы 321—326
Критерий эффективности 521
Купола 371
— тонкостенные 372
— — расчет 376
----- от ветровой нагруз-
ки 379
----- от нагрузки собст-
венного веса 376
----- от снеговой нагруз-
ки 379
—	кружально-сетчатые 391
---возведение 398
—	— расчет 394
— ребристые 381
— ребристо-кольцевые, 386
— сетчатые 389
М
Материал элементов сквозных
Д. К. 279
Модернизация 501
Модули
сдвига 114
упругости 114
Мономеры 63
Н
Нагрузка критическая 116
Наполнители 68
Напряжения при сушке 445
Настнлы 216
Нагели
расстановка 168
соединения
— с накладками 181
— с прокладками 177
о
Оболочки 308
— гиперболические 405
— своды 398
— крестовые 402
— эллиптические 403
Обработка защитная при экс-
плуатации 510, 511
----антисептическими пас-
тами 511
---газами 510
--- горячим воздухом 510
----радиоактивным излуче-
нием 510
Образцы для определения пре-
дела прочности 43
Обрешетка 216
Обследование 503—505
Обслуживание техническое 499,
500, 502—505
Огнестойкость 85
Определение технико-экономи-
ческих показателей методика
522
Осмотры 502
— внеочередные 503
— плановые периодические
общие 502
	— текущие 502
—	- частичные 502
П
Панели покрытий
трехслойные с применением
пластмасс 222
клеефанерные 232
Переустройство зданий и со-
оружений 500
Пиломатериалы 428
—	виды 429
—	коробление 446
—	сортамент 432
— хранение 433
Пилы 456, 457
Пластинки
металлические зубчатые
(МЗП) 85
нагельные 180
слоистые (ДСП) 76
Пластификаторы 65, 68
Пластмассы 63
— расчетные характеристики
78, 79
— термопластичные 64
— термореактивные 64, 65
Плиты
древесно-волокнистые (ДВП)
76
стружечные 77
Податливость связей
коэффициенты 203
определение 198
число в составных балках
201, 202
Подрезки на опорах 222
Поликонденсация 64
Полимеризация 64
Полимеры 63
Пресс-материалы
СВАМ 71
АГ-4С 72
АГ-4В 73
Припуски 471, 472
Прогоны
консольно-балочные 218
спаренные неразрезные 221
Прогнозирование длительной
прочности 135, 136
Р
Разрушители энтомологические
(насекомые) 94—101
Рамы
дощатоклееные гнутые 213,
266
----нз прямоугольных эле-
ментов 213, 260
клеефанерные 271
с перекрестной стенкой на
гвоздях 213
с соединением ригеля и стой-
ки в карнизном узле на зуб-
чатый шип 214, 269
дощатые с соединениями на
МЗП 313, 314
Распиловка 456
Растяжение
внецеитренное 131, 132
центральное 115, 116
Реконструкция 500
Ремонт
выборочный 500
комплексный 500
непредвиденный 500
плановый 500
текущий 500
535
с
Сверла 468
Своды распорные 337
----бочарные 343
---волнистые 339
— — гладкие пластмассовые
338
----кружальпо-сетчатыс 344
----из клеефанерных
косяков 353
------— с узлами на бол-
тах 349
----------на шипах 343
•--------расчет 357
----складские 341
—	-— структурные 342
Сжатие
центральное 116
внецентренное 127
Сила поперечная сжато-изги-
баемого элемента 130
Система
комбиниоованная моста 20,
21
треугольного очертания 212,
261
технико-экономических пока-
зателей 520
шпренгельная
— расчет 309—313
Складки 363
Скобы 189
Смолы
кремнийорганические 65, 68
мочевино- и мелампнофор-
мальдегидные (карбамидные)
65, 67
полиэфирные 65
фенолформальдегидные 65,
66
эпоксидные 65, 67
Соединение досок по длине 476
•	— виды 477
—	параметры 478
—	схемы 170
Сополимеры 64
Сопротивление
древесины сосны
------------скалыванию и раскалы-
ванию 50—54
------смятию 54
----сочетанию нормальных
и касательных напряжений
54-58
—	ели 109, ПО
Состояние предельное
виды 108
определение 108
Сортировка 475, 476
Способность расчетная несущая
из условия изгиба и смятия
171 — 173
МЗП 184, 185
на выдергивание 188
одного «среза» нагеля 165
соединение 141—143
Средства защитные 104—107
— водорастворимые 104—106
— маслянистые 106, 107
— органические 106, 107
Срез 165
Сруб 5—7
Стабилизаторы 69
Станки
пильные 457, 459, 460
рейсмусовые 465
сверлильные 468
фрезерные 463
фуговальные 464
шипорезные 467
Стеклопластики 69
Стойки решетчатые 317
Стык сборно-разборный 191
Сушка 436, 474
—	атмосферная 446
—	в петролатуме 453
,— в поле токов высокой час-
тоты 453
—	камерная 449
—	требования к качеству 437
У
Упор лобовой 148
Усиление 511—517
Условия
наблюдения 500
сравнимости конструкций 519
эксплуатации 502
Устойчивость
плоской формы деформиро-
вания 123, 124
при центральном сжатии 116
стержней с короткими про-
кладками 205, 206
— пакетов 204, 205
— часть ветвей которых не
оперта по концам 206, 207
Усушка 440
536
ф
Факторы, влияющие на эффек-
тивность и области применения
Д. К. 528, 529
Фанера 60—622
Фермы
дощатые с соединениями на
МЗП 313, 314
многоугольные брусчатые
295—300
прогибы 283, 284
сегментные клееные 285—295
треугольные клееные брусча-
тые и из бревен 300
— на лобовых врубках 305—-
309
шпренгельного типа 313
Фрезы 462
Фунгициды 106
X
Хомуты 189
Ч
Чистота поверхности 469
Ш
Шурупы 187
Э
Эксплуатация зданий 499
Эксцентриситет действующих
сил 280
Элемент
гибкость предельная 120
коэффициент приведения 203
площадь 119
прогибы 125
растянуто-изгибаемый 131,
132
расчетная длина 116, 117
сжато-изгибаемый
---- сечения цельного 127—
131
------- составного на подат-
ливых связях 207, 208
соединения
контактные 144
на вклеенных стержнях 193,
194
на гвоздях 175
на клеях 194, 196
на МЗП 194, 196
на растянутых связях 186
на пластинчатых нагелях
164
на шпонках 156
на цилиндрических наге-
лях 157
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие ................................................ 3
Введение ................................................... 5
§ 1.	Краткий исторический обзор развития конструкций из
дерева и пластмасс ......................................... 5
§ 2.	Дальнейшее развитие конструкций из дерева и пластмасс
и основные области их применения	в СССР.....................29
Раздел I. Древесина и пластмассы как конструкционные
строительные материалы, их свойства, достоин-
ства и недостатки	33
Глава 1. Древесина — конструкционный строительный ма-
териал ...........	33
§ 1.1.	Сырьевая база применения древесины в строительстве 33
§ 1.2.	Анатомическое строение древесины — основа для пра-
вильного понимания ее механических и физических свойств 33
§ 1.3.	Влага в древесине....................................38
§ 1.4.	Химическая стойкость древесины ......................40
§ 1.5.	Физические свойства древесины .......................41
§ 1.6.	Механические свойства древесины......................42
§ liP.	Работа древесины на растяжение, сжатие и поперечный
изгиб .	,	.........................................  46
§ 1.8.	Работа древесины на смятие, скалывание и раскалы-
вание .	...........................................50
§ 1.9.	Сопротивление древесины скалыванию при сочетании
касательных напряжений вдоль волокон с нормальными на-
пряжениями сжатия поперек волокон	57
§ 1.10.	Влияние влажности и температуры на прочность дре-
весины	.............. 58
§ 1.11.	Требования к качеству п отбор лесоматериалов для
элементов несущих конструкций	60
§ 1.12.	Строительная фанера ................................60
Глава 2. Пластмассы — конструкционный строительный ма-
териал ............	63
§2.1.	Общие сведения о пластмассах.....................63
§ 2.2.	Основные виды конструкционных пластмасс, их свойст-
ва и области применения ................................... 69
§ 2.3.	Влияние влажности и температуры на прочность и де-
форматнвность пластмасс.................................80
Раздел II. Защита деревянных конструкций от пожарной
опасности и биологического	поражения	.	,	83
Г лава 1. Защита деревянных конструкций от возгорания .	83
§ 1.1.	Горючесть Древесины ...............................  83
§ 1.2.	Огнестойкость деревянных конструкций ....	84
§ 1.3.	Конструкционные и химические меры защиты деревян-
ных конструкций от пожарной опасности.......................87
Глава 2. Биовредители древесины и условия их развития 90
Глава 3. Конструкционные и химические меры защиты де-
ревянных конструкций от биовредителей . .	102
538
Стр.
§3.1.	Общие сведения ....................................102
§ 3.2.	Конструкционные мероприятия по защите деревянных
конструкций от гниения.....................................ЮЗ
§ 3.3.	Химическая защита деревянных конструкций и элемен-
тов от биологических вредителей ......................... 106
Раздел 111. Расчет элементов конструкций цельного сечения 108
§3.1.	Основы расчета элементов конструкций цельного сече-
ния по предельным состояниям..............................108
§ 3.2.	Центральное растяжение ............................115
§ 3.3.	Центральное сжатие ................................116
§ 3.4.	Изгибаемые элементы................................120
§ 3.5.	Косой изгиб........................................125
§ 3.6.	Сжато-изгибаемые элементы..........................127
§ 3.7.	Растянуто-изгибаемые элементы......................131
§ 3.8.	Основные закономерности длительной прочности древе-
сины и пластмасс .......................................  132
Раздел IV. Соединения элементов	деревянных конструкций 137
Глава 1. Общие сведения...................................137
§ 1.1.	Основные виды соединений и предъявляемые к ним
требования................................................137
§ 1.2.	Указания по расчету	соединений..............140
Глава 2. Соединения деревянных элементов без рабочих
связей	..................................144
§ 2.1.	Контактные соединения	деревянных элементов	.	,	144
§ 2.2.	Лобовая врубка................................148
§ 2.3.	Монтажный или	аварийный	болт ......	151
Глава 3. Соединения на механических связях ....	153
§ 3.1.	Соединения на шлепках и шайбах шпоночного тина .	153
§ 3.2.	Соединения на нагелях..............................157
§ 3.3.	Определение расчетной несущей способности одного
«среза» нагеля..........................................  165
§ 3.4.	Особенности работы гвоздей.........................175
§ 3.5.	Нагельные соединения со вставками в узлах .	.	177
§ 3.6.	Соединения на металлических зубчатых пластинках
(МЗП) ....................................................182
§ 3.7.	Соединения на растянутых связях....................186
Г л а в а 4. Соединения на клеях..........................194
§4.1.	Требования, предъявляемые к клеям для несущих кон-
струкций .................................................194
§ 4.2.	Виды клеев.........................................195
§ 4.3.	Виды соединений на	клею...........................196
Раздел V. Элементы деревянных конструкций составного
сечения на податливых связях ....	198
§5.1.	Основы учета податливости связей....................198
§ 5.2.	Расчет на поперечный изгиб..........................198
§ 5.3.	Расчет на продольный изгиб..........................202
§ 5.4.	Расчет сжато-изгибаемых элементов .....	207
539
Стр.
Раздел VI. Плоскостные сплошные конструкции с приме-
нением древесины и пластмасс ....	209
Глава 1. Основные формы плоскостных сплошных конст-
рукций ....................................................209
§ 1.1.	Основные схемы плоскостных сплошных деревянных
конструкций ..............................................209
§ 1.2.	Определение собственного веса конструкций .	.	.	215
Глава 2. Плоскостные сплошные конструкции цельного се-
чения .....................................................216
§ 2.1.	Настилы н обрешетка................................216
§ 2.2.	Прогоны н балки .	..........................218
Глава 3. Панели покрытий с применением древесины и
пластмасс .	..................222
§ 3.1.	Трехслойные панели с применением пластмасс .	.	222
§ 3.2.	Клеефанерные панели покрытия.......................232
Глава 4. Деревянные балки составного сечения на податли-
вых связях ................................................236
§ 4.1.	Балки на пластинчатых нагелях (балки В. С. Деревя-
гина) .	..........................................236
§ 4.2.	Балки двутаврового сечения с перекрестной дощатой
стенкой на гвоздях........................................238
Глава 5. Клееные балки ...................................243
§ 5.1.	Дощатоклееные балки................................243
§ 5.2.	Клеефанерные балки ................................247
§ 5.3.	Балки, армированные стальными стержнями . , ,	255
Глава 6. Дощатоклееные колонны..........................  257
Глава 7. Распорные клееные деревянные конструкции .	261
§ 7.1.	Распорная система треугольного очертания .	.	,	261
§ 7.2.	Дощатоклееные арки.................................262
§ 7.3.	Рамы ............................................  266
Раздел VII. Плоскостные сквозные деревянные конструкции 274
Глава 1. Общие вопросы проектирования.....................274
§ 1.1.	Основные формы плоскостных сквозных деревянных
конструкций ..............................................274
§ 1.2.	Выбор материала элементов сквозных конструкций .	279
§ 1.3.	Внецентреппое приложение продольных сил в верхнем
поясе и местах примыкания решетки. Учет эксцентриситета
действующих сил ........................................  280
§ 1.4.	Деформации сквозных	конструкций....................283
Глава 2. Сегментные клееные	фермы.....................285
§ 2.1.	Конструкция сегментных ферм с разрезным и неразрез-
ным клееным верхним поясом................................285
§ 2.2.	Расчет сегментных ферм. Особенности расчета ферм с
неразрезным верхним поясом................................292
Глава 3. Многоугольные брусчатые фермы ....	295
§3.1.	Конструкция ферм...................................295
§ 3.2.	Расчет ферм........................................297
Глава 4. Треугольные фермы................................300
§ 4.1.	Конструкция ферм с металлическим или деревянным
нижним поясом и сжатыми раскосами.........................300
§ 4.2.	Расчет ферм .......................................302
540
Стр.
§ 4.3.	Треугольные фермы на лобовых врубках ....	305
§ 4.4.	Расчет ферм на лобовых врубках......................309
Глава 5. Шпренгельные системы..............................309
Глава 6. Дощатые фермы и рамы с соединениями на ме-
таллических зубчатых пластинах .	. .	.	313
Глава 7. Решетчатые распорные системы и стойки	. .	314
§ 7.1.	Распорные системы ..................................314
§ 7.2.	Решетчатые стойки...................................317
Раздел VIII. Пространственное крепление плоскостных де-
ревянных конструкций . , , , . »	321
§ 8.1.	Общие положения.....................................321
§ 8.2.	Принципы проектирования конструктивного остова де-
ревянного здания ..........................................321
§ 8.3.	Пространственные связи в покрытиях..................327
§ 8.4.	Обеспечение пространственной устойчивости плоскост-
ных деревянных конструкций .	  330
Раздел IX. Пространственные конструкции покрытий ,	336
Глава 1. Основные формы, конструктивные особенности .	336
Глава 2. Распорные своды, складки, структуры .	.	.	337
§ 2.1.	Конструктивные формы сводов.........................337
§ 2.2.	Кружально-сетчатые своды .......	344
§ 2.3.	Складки.............................................363
§ 2.4.	Структурные конструкции.............................367
Глава 3. Купола............................................371
§ 3.1.	Общие сведения......................................371
§ 3.2.	Тонкостенные купола-оболочки........................372
§ 3.3.	Ребристые купола ...................................381
§ 3.4.	Ребристо-кольцевые купола ..........................386
§ 3.5.	Сетчатые купола ....................................389
§ 3.6.	Кружально-сетчатые купола	из сомкнутых сводов .	391
Глава 4. Цилиндрические, эллиптические и гиперболические
оболочки .......	....	398
§4.1.	Своды-оболочки, крестовые своды, оболочки двоякой
положительной кривизны.....................................398
§ 4.2.	Гиперболические оболочки............................405
Глава 5. Пневматические строительные конструкции по-
крытий ...........	410
§ 5.1.	Общие сведения......................................410
§ 5.2.	Материалы для пневматических конструкций .	.	.	415
§ 5.3.	Принципы расчета пневматических конструкций	.	.	418
Раздел X. Изготовление деревянных конструкций	.	.	425
Глава 1. Лесопильное производство..........................426
§ 1.1.	Круглые лесоматериалы ..............................427
§ 1.2.	Пиломатериалы.......................................428
§ 1.3.	Складирование пиломатериалов .......................433
Глава 2. Сушка древесины...................................436
§2.1.	Состояние влаги в древесине	.......	436
§ 2.2.	Усушка и разбухаине.................................440
541
Стр.
§ 2.3.	Закономерности движения влаги в древесине при сушке 442
§ 2.4. Внутренние напряжения в древесине при сушке. Коро-
бление ....................................................443
§ 2.5.	Конвективная атмосферная сушка......................446
§ 2.6.	Конвективная газопаровая (камерная) сушка .	.	.	449
§ 2.7.	Конвективная сушка в жидкостях......................453
§ 2.8.	Сушка в поле токов высокой частоты..................453
Глава 3. Механическая обработка	древесины ....	454
§3.1.	Распиловка..........................................456
§ 3.2.	Строгание и фрезерование............................461
§ 3.3,	Сверление ..........................................468
§ 3.4.	Ручное оборудование для механической обработки .	469
§ 3.5.	Чистота обработки поверхности древесины н обеспече-
ние сборности конструкций ................................ 469
§ 3.6.	Припуски на механическую обработку. Расчет потребно-
сти в лесоматериалах.......................................471
Глава 4. Производство клееных деревянных конструкций 473
§4.1. Подготовка древесины, сушка, сортировка ....	473
§ 4.2.	Вырезка дефектных мест, сращивание досок по длине
и ширине ..................................................476
§ 4.3.	Подготовка поверхности под склеивание. Приготовление
и нанесение клея......................................478
§ 4.4.	Сборка пакета и запрессовка конструкций	....	486
§ 4.5.	Окончательная обработка конструкций	....	489
§ 4.6.	Контроль качества и приемка конструкций .	.	.	490
§ 4.7,	Технологические схемы цехов по производству несущих
и ограждающих конструкций .	.	.	.	'...............492
Глава 5. Способы защитной обработки деревянных конст-
рукций ....................................................494
Глава 6. Техника безопасности в производстве деревянных
конструкций ...............................................497
Раздел XI. Основы эксплуатации деревянных конструкций 499
Глава 1. Общие сведения....................................499
§ 1.1.	Классификация зданий по капитальности. Эксплуатация
деревянных зданий, сооружений и конструкций ....	499
§ 1.2.	Виды дефектного состояния деревянных конструкций,
возникающие прн эксплуатации зданий и сооружений .	.	501
Глава 2. Техническое обслуживание деревянных конструк-
ций зданий и сооружений........................502
§2.1.	Диагностирование дефектов деревянных	конструкций	502
§2.2. Защита деревянных конструкций от биовредителей в
условиях эксплуатации .................................... 505
Глава 3. Усиление деревянных конструкций .	.	.	.	511
§ 3.1.	Основные принципы усиления деревянных конструкций 511
§ 3.2.	Классификация методов усиления деревянных конст-
рукций -...................................................512
§ 3.3.	Методы усиления деревянных конструкций без измене-
ния прежней схемы их работы................................514
§ 3.4.	Методы усиления деревянных конструкций с изменени-
еи прежней схемы их работы...............................  517
542
Стр.
Раздел XII. Основы экономики конструкций из древесины
и пластмасс ,	. s ......................518
§ 12.1.	Отбор вариантов конструкций для анализа и условия
их сравнимости ............................................518
§ 12.2.	Система технико-экономических показателей. Критерий
эффективности............................................  520
§ 12.3.	Методика определения технико-экономических показа-
телей (основные положения).................................522
§ 12.4.	Понятие об областях рационального применения кон-
струкций из древесины и пластмасс. Факторы, влияющие иа
их эффективность ..........................................526
Список рекомендуемой литературы ...........................532
Предметный указатель	533
УЧЕБНИК
Юрий Владимирович Слицкоухов, Владимир Дмитриевич Б у-
данов, Мурат Максимович Г а п и о е в, Игорь Михайлович Г у с fa-
ко в, Зоя Борисовна М а ху то в а, Борис Абрамович Освенскнй,
Владимир Сергеевич Сарычев, Эдуард Владимирович Филимо-
нов
КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС
Редакция литературы по строительным материалам и конструкциям
Зав. редакцией п. И. Филимонов
Редактор Л. И. Круглова
Оформление обложки художника А. Г. Моисеева
Технический редактор М. В. Павлова
Корректоры К. М. Корепанова, Е. А. Степанова
ИБ № 3449
Сдано в набор 20.01.86. Подписано в печать 27.С3.86. Формат 84Х1087з2 Д. л.
Бумага кн.-журн._ ими* ‘ Гарнитура литературная. Печать высокая.
Усл. печ. л. 28,56. ’ Усл. кр.-отт, 28,56. Уч.-изд. л. 28.72. Тираж 68 000 экз.
Изд. № AI-712. Заказ 423. Цена 1 р. 30 к.
Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, 23а
Владимирская типография Союзполиграфпрома при Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7