М.ШНОВ
8.3. КЛИМЕНКОiohctph
ИЗ ДЕРШипкшш
ШСГРШИШДЕРШIIП1ШВ А ИВАНОВ
В. 3. КЛИМЕНКОДопущено Министерством высшего и среднего
специального образования УССР
в качестве учебника для студентов вузов,
обучающихся по специальности
«Промышленное и гражданское строительство»КИЕВГОЛОВНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ИЗДАТЕЛЬСКОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ
«ВИЩА ШКОЛА»
1983
ПРЕДИСЛОВИЕВ Основных направлениях экономического и социального разви¬
тия СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года [1] в области
капитального строительства предусматривается повысить уровень
индустриализации строительного производства и степень заводской
готовности строительных конструкций и деталей, расширить приме¬
нение новых эффективных конструкций. Для этого в промышленности
строительных конструкций следует наращивать выпуск прогрессив¬
ных железобетонных, металлических и деревянных клееных конст¬
рукцийВ материалах XXVI съезда КПСС указывается также на необходи¬
мость предусмотреть преимущественное развитие производства из¬
делий и конструкций, обеспечивающих снижение металлоемкости,
стоимости и трудоемкости строительства, веса зданий, сооружений
и повышения их теплозащиты. Успешному решению поставленных за¬
дач способствует развитие и широкое внедрение в практику капиталь¬
ного строительства современных конструкций из дерева и пластмасс.Важнейшей проблемой, связанной с производством деревянных
конструкций, является рациональное использование деловой древеси¬
ны. Для решения этой проблемы необходимо изучать физико-механи¬
ческие свойства клееной древесины, улучшать ее свойства, совершенст¬
вовать методы расчета и внедрять новые рациональные конструктивные
формы, экономично использовать древесину в конструкциях, повышать
технологичность их изготовления, применять эффективные способы
защиты и увеличивать долговечность и надежность конструкций, оп-.
редел ять наиболее рациональные области их применения, подготавли¬
вать квалифицированные кадры инженеров-строителей. В учебнике
освещены пути решения этих задач. Рассмотрена зависимость приме¬
нения древесины и синтетических полимерных материалов в элементах
строительных конструкций от их строения и физико-механических
свойств. Изложены вопросы проектирования плоских и пространствен¬
ных несущих и ограждающих конструкций из дерева и конструкцион¬
ных пластиков.Учебный материал изложен с учетом новейших достижений науки,
техники и практики в области строительства деревянных и пластмас¬
совых конструкций. Использованы и результаты научных исследова¬
ний по проектированию и технологии изготовления современных де¬
ревянных и пластмассовых конструкций.Учебник написан в соответствии с программой дисциплины «Кон¬
струкции из дерева и пластмасс».з
Авторы выражают благодарность рецензентам: доктору технических
наук профессору Воронежского инженерно-строительного института
А. М. Иванову и сотрудникам кафедры строительных конструкций
Львовского политехнического института: доктору технических наук
Ф. Е. Клименко, кандидатам технических наук В. С. Верещагину,
И. П. Фецовичу, П. П. Завадяку, старшему преподавателю Н. А. Ка¬
занцеву за замечания и полезные советы, которые помогли улучшить
рукопись при подготовке ее к изданию.Авторы просят все отзывы и пожелания по дальнейшему совершенст¬
вованию учебника направлять по адресу: 252054, Киев-54, ул. Гого¬
левская, 7, Головное издательство издательского объединения «Вища
школа».
ВВЕДЕНИЕ§ 1. ПРИМЕНЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕШирокому распространению дерева как строительного материала
способствует легкость его заготовки и обработки, внесезонность при*
менения, химическая стойкость, диэлектрические качества, а также
высокие показатели физико-механических свойств при малой плотно¬
сти. Наглядным показателем служит удельная прочность материала —
отношение его расчетного сопротивления R, выраженного в МПа - 100=
= тс/м2, к плотности у, т/м3,*, которое равно: для древесины сосны
(на сжатие и изгиб) — 1300/0,5 = 2600 м; для стали класса 38/23
(на растяжение, сжатие и изгиб) — 21 000/7,85 = 2670 м; для бетона
М200 (на сжатие) — 900/2,2 = 410 м.Из этих данных видно, насколько выгодным является применение
древесины в сжатых и изгибаемых элементах конструкций. Конструк¬
ции из дерева по своей массе лишь немного тяжелее соответствующих
стальных и значительно (в 5...6 раз) легче бетонных и железобетонных.Недостатки, ограничивающие применение деревянных конструк¬
ций,— опасность загнивания и возгорания их, усушка, разбухание,
коробление и растрескивание, неоднородность строения и наличие
пороков — могут быть устранены консервированием и облагоражива¬
нием древесины антисептированием и использованием огнезащитных
пропиток или покрасок. Применение производных материалов из дре¬
весины с улучшенными свойствами (фанеры различных видов, древес-
но-слоистых пластиков (ДСП), прессованной древесины, древесноволок¬
нистых материалов (ДВП) и др.) и защита древесины существенно по¬
вышают долговечность деревянных конструкций и расширяют область
их эффективного применения.В настоящее время в течение года на все виды строительства и ка¬
питального ремонта выделяется свыше 20 млн. м3 круглого леса,
40 млн. м3 пиломатериалов, 120 тыс. м3 фанеры, 700 тыс. м3 ДСП и
130 млн. м3 ДВП. Это составляет более 25 млн. м3 условного круглого
леса или свыше 27% всех ресурсов лесоматериалов. Стоимость лесома¬
териалов достигает 6...7% стоимости всех материалов в строительстве,
а удельный вес лесоматериалов в общей стоимости затрат на строитель¬
ство достигает 17%. Из всего объема используемой древесины 43,6%
расходуется на деревянные конструкции [14].Задача рационального использования древесины в строительных
конструкциях заключается в совершенствовании конструктивных* Это отношение представляет собой высоту столба данного материала, имею¬
щего в своем основании напряжение, равное расчетному сопротивлению.5
решений, обеспечении долговечности материала, индустриализации про¬
изводства деталей и конструкций, целесообразном ее применении о
учетом условий эксплуатации и т. д.Комплексное использование отходов лесной промышленности,
а также отходов при изготовлении конструкций из дерева на основе их
химической и химико-механической переработки значительно повы¬
шает эффективность использования древесины.Применение клееной древесины в строительных конструкциях по¬
зволяет получать конструктивные элементы больших размеров по сече¬
нию и по длине, что дает возможность создавать несущие деревянные
конструкции больших пролетов и под большие нагрузки. Клееные де¬
ревянные конструкции являются наиболее качественными и надежны¬
ми, так как изготовляются из высушенных пиломатериалов, менее под¬
верженных растрескиванию и короблению, а также благодаря удале¬
нию дефектных мест. Качество их повышается и за счет рационального
размещения досок в зависимости от их сорта в поперечном сечении эле¬
ментов в соответствии с напряженным состоянием.Интенсивные способы консервирования древесины позволяют при-
менять деревянные конструкции в открытых наземных и гидротехни¬
ческих сооружениях: мостах, башнях, плотинах и др.Применение деревянных конструкций во временных зданиях и со¬
оружениях подсобного назначения обусловливается возможностью
изготовления их из местного лесоматериала, легкостью обработки про¬
стейшими инструментами на месте строительства и малой стоимостью
древесины.Сборно-разборные вспомогательные конструкции из дерева (инвен¬
тарные леса, подмости, опалубка и т. д.) могут использоваться много¬
кратно, что дает значительный экономический эффект.Малая масса деревянных конструкций значительно сокращает стои¬
мость их перевозок при транспортировании на большие расстояния.Применение деревянных конструкций ограничивается лишь в без¬
лесных районах СССР, для многоэтажных и промышленных зданий с
большими крановыми нагрузками. Для строительства мостов с болыии*
ми пролетами в целях повышения капитальности этих сооружений при¬
менение дерева также не рекомендуется (хотя известны примеры служ¬
бы железнодорожных мостов из дерева до 60 лет при правильной их
эксплуатации). В помещениях с высокой производственной влажностью
применение деревянных конструкций ограничивается из-за повы¬
шенной опасности их загнивания. Запрещается применение деревян¬
ных конструкций в горячих цехах и во всех случаях, когда это вызы¬
вает повышенную пожароопасность.Производственной основой для достижения максимальной эффек¬
тивности применения деревянных конструкций является индустриали¬
зация строительства. При этом изготовление стандартных элементов
или конструкций производится в заводских условиях с применением
комплексной механизации и автоматизации производственных процес¬
сов. Применение конструкций заводского изготовления основано на
выгодности массового производства однотипных элементов, предпо¬
сылкой этому служит введение в проектирование модульности, являю-
щееся основой типизации и стандартизации. Это дает возможность со¬
кратить сроки строительства, повысить качество работы и снизить стои¬
мость строительства.Индустриальной базой в области производства деревянных конст¬
рукций являются заводы сборного деревянного домостроения и за¬
воды (или цеха) клееных деревянных конструкций. В нашей стране
действуют современные заводы по производству несущих и ограждаю¬
щих деревянных конструкций в соответствии с их номенклатурой.Общая мощность предприятий и цехов клееных деревянных конст¬
рукций к 1980 году составила 180 тыс. м3. За период 1976—1980 гг.
построено более 1000 зданий и сооружений с применением деревянных
клееных конструкций [14]. При этом достигнуто значительное сниже¬
ние массы зданий, расхода стали и трудозатрат (по сравнению с железо¬
бетонными конструкциями) [14].Опыт пжазывает, что применение клееных деревянных конструк¬
ций в гражданских зданиях типа спортзалов, крытых рынков, павильо¬
нов снижает массу покрытия в 4...5 раз, трудоемкость монтажа до
20%, расход стали до 50% и позволяет существенно увеличивать пе¬
рекрываемые пролеты. Весьма эффективны клееные деревянные конст¬
рукции в складах минеральных удобрений, где экономия капиталовло¬
жений на 1 т удобрений по сравнению с железобетонным каркасом со¬
ставляет от 37 до 53%.Успешное применение деревянных конструкций в строительстве за¬
висит от степени использования положительных свойств древесины
и устранения или ограничения влияния отрицательных свойств.§ 2. РОЛЬ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ
ИЗ ПЛАСТМАССНаучно-технический прогресс в технике и, в частности, в строитель¬
стве в настоящее время немыслим без применения полимерных
материалов и пластмасс на основе синтетических смол. Во многих
случаях они служат эффективными заменителями традиционных мате¬
риалов: бетона, металла, древесины. Применение пластмасс в строи¬
тельстве дает большой экономический эффект благодаря их ценным фи¬
зико-механическим свойствам.Применение полимерных материалов и пластмасс во всех отраслях
народного хозяйства позволяет экономить черные и цветные металлы,
древесину, цемент, стекло и т. д. Широко используются пластмассы и
полимеры и конструкции с их применением в строительстве.Можно наметить следующие основные направления эффективного
использования таких конструкций: для снижения массы зданий и со¬
оружений (пространственных, пневматических и др.); для улучшения
транспортабельности легких ограждающих конструкций; для свето¬
проницаемости конструкций; для конструкций, работающих в агрес¬
сивной среде; в пленочно-каркасных конструкциях.Вследствие низкого модуля упругости полимерных конструкцион¬
ных материалов они эффективны в конструкциях, в которых макси¬
мально используются их высокие прочностные характеристики и не7
велико влияние их деформативности. Эти свойства конструкционных
материалов используются в конструкциях пространственных форм оди¬
нарной и двоякой кривизны (купола, оболочки и т.д.). Выполненные
таким образом покрытия придают архитектурную и эстетическую вы¬
разительность внешнему виду здания. Применение светопроницаемых
материалов позволяет совместить в конструкции несущие и ограждаю
щие функции.Эффективными являются также строительные конструкции с при*
менением пластмасс в многослойных плоских (или криволинейных) ог¬
раждающих панелях, где пластмассы используются совместно с тради¬
ционными материалами в наиболее выгодных сочетаниях. Примером
могут служить трехслойные плиты покрытий и панели стенового ог¬
раждения с внутренним слоем из сото- или пенопластов, или в виде
ребристого каркаса с обшивками из тонких эффективных материалов,
которые применяются в строительстве промышленных, общественных
и жилых зданий и сооружений. По мере развития производства пласт¬
масс, улучшения их физико-механических свойств и удешевления трех¬
слойные конструкции будут находить все большее применение в строи¬
тельстве.Широко применяются полимерные материалы в строительных конст¬
рукциях предприятий с химически агрессивной технологической
средой. Здесь несущие конструкции могут изготовляться из армополи-
мербетона. Сталеполимербетонные элементы обладают значительно
большей долговечностью по сравнению с железобетонными с противо¬
химической защитой. Агрессивно-стойкие конструкции могут также
выполняться из стеклопластиковых или усиленных полиэтиленовых
труб и профилей.Представляют интерес пневматические и тентовые конструкции,
основной частью которых являются полимерная оболочка (из ткани и
пленки), поддерживаемая избыточным давлением воздуха или систе¬
мой вант. Применяются они для строительства складов, крытых то¬
ков и зернохранилищ, выставочных павильонов, спортивных залов
и т. д.О перспективах развития конструкций с применением полимерных
материалов свидетельствуют следующие статистические данные: в
1965 г. в строительстве применялось 9,5% пластмасс и синтетических
смол от общего объема потребления в народном хозяйстве, в 1975 г.—
11%, в 1980 г.— 14%.В Основных направлениях экономического и социального развития
СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года предусматривается
в химической промышленности увеличить объем выпуска продукции
на 30...30,5% и довести выпуск синтетических смол до 6...6,25 млн. т.
Потребность строительных организаций в этих материалах соста¬
вит 2270 тыс. т (по данным прогноза НИИТЭХИМ), т. е. возрас¬
тет уже до 35% общего объема потребления пластмасс в народном
хозяйстве.8
§ з. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ДЕРЕВЯННЫХ
И ПЛАСТМАССОВЫХ КОНСТРУКЦИЙРусскими зодчими в XII—XIII веках созданы выдающиеся образцы
деревянных гражданских и крепостных сооружений — это церкви,
крепостные стены и башни (рис. 1), ветряные мельницы и другие соору¬
жения.Значительное развитие деревянные конструкции получили с начала
XVIII века. Строились мосты, набережные, верфи и другие сооруже¬
ния. Было введено лесопиление вместо тески досок топором. Совер¬
шенствовались каркасные конструкции. Однако техника выполнения
несущих деревянных конструкций основывалась на плотничном ис¬
кусстве.	IВо второй половине XVIII в. роль инженера в развитии деревян¬
ных конструкций усиливается в связи с общим развитием инженерных
наук. Плотничное искусство уступает место инженерному творчеству.В 70-х годах XVIII в. И. П. Кулибин составил проект грандиозного
по тем временам однопролетного арочного моста через р. Неву в Петер¬
бурге пролетом около 300 м с арками многорешетчатого типа и с соеди¬
нениями на болтах. Была построена и испытана модель моста в х/1о на¬
туральной величины.Крупным сооружением из дерева является покрытие над московским
манежем с треугольными фермами пролетом 50 м, построенное в 1817 г.
(рис. 2).В середине XIX в. Д. И. Журавский запроектировал и построил
несколько крупных деревянных железнодорожных мостов. Веребьин-
ский мост имел 9 пролетов по 54 м, а Мстинский — 9 пролетов по 61 мРис. 1. План и разрез проезжей бзшнц и части прилегающей к ней огра¬
ды Николо-Карельского монастыря (1691 —1692 гг.)9
Рис. 2. Стропильные фермы покрытия Московского манежа (1817 г.)Рис. 3. Мост через р. Мету на бывшей Николаевской (ныне Октябрьс¬
кой) железной дороге(рис. 3). Д. И. Журавскому принадлежит заслуга создания теории
расчета решетчатых ферм, а также составных балок, работающих насдвиг при изгибе.В гражданских и промышленных
зданиях второй половины XIX в.
преобладали треугольные фермы
из бревен и брусьев со стальными
растянутыми элементами. В конце
XIX в. были применены первые
пространственные покрытия и соо¬
ружения в металле и дереве, пред¬
ложенные и выполненные В. Г. Шу¬
ховым (рис. 4).В советский период небывалые
темпы развития народного хозяйст¬
ва поставили перед строителями но¬
вые задачи, вызвали необходимостьРис. 4. Сетчатая башня-градирня системы
Шухова
Рис. 5. Ребристый свод-оболочка пролетом 100 мразработки новых деревянных конструкций. Были применены новые
дощато-гвоздевые конструкции в виде двутавровых балок и рам с
перекрестной стенкой. Широкое распространение получили сегмент¬
ные фермы и трехшарнирные арки из досок на гвоздях (рис. 5). При
этом пролеты конструкций достигали 100 м. Впервые в Советском Сою¬
зе были применены пространственные дощато-гвоздевые конструкции
типа оболочек (рис. 6).Большой вклад в развитие деревянных конструкций внесли такие
ученые, как Г. Г. Карлсен, В. М. Коченов, В. В. Большаков, М. Е. Ка¬
ган, а также создатели теории расчета оболочек В. 3. Власов,
А. А. Гвоздев и др.Пространственные сетчатые системы В. Г. Шухова получили раз¬
витие в деревянных кружально-сетчатых конструкциях: в СССР — в
виде безметальных кружально-сетчатых сводов Песельника (рис. 7), за
рубежом — в так называемых покрытиях Цолльбау с узлами на болтах,
которые с 1929 г. широко применялись в строительстве и в нашей стране.Рис. 6. Деревянный свод-оболочка на одном из химкомбинатов СССР
(1932 г.) j11
Рис. 7. Кружально-сетчатый свод системы С. И. Песельника (1932 г.)В 30-х годах инженер В. С. Деревягин разработал соединение на
дубовых пластинчатых нагелях для сплачивания брусьев. Составные
балки Деревягина с таким соединением нашли применение в верхних
поясах металлодеревянных ферм.Уже в 1937 г. в ЦНИПС были начаты научные разработки и опыт¬
ное строительство первых клееных конструкций. Исследования про¬
должались и в условиях военного времени, причем в порядке опытного
строительства были изготовлены почти все разновидности конструк¬
ций — балки, арки, фермы. В послевоенные годы работы А. Б. Гу¬
бенко, Г. Г. Карлсена, М. Н. Плунгянской, А. С. Белозеровой,Н.	П. Птицына способствовали дальнейшему развитию клееных дере¬
вянных конструкций.Изучением клееных деревянных конструкций у нас занимаются
многие научно-исследовательские и учебные институты: центральный
научно-исследовательский институт строительных конструкций
(ЦНИИСК), ЦНИИ механической обработки древесины (ЦНИИМОД),
институт механики АН УССР, Военно-инженерная академия, инже¬
нер но-строительные институты, ЦНИИЭПсельстрой, ЦНИИЭПЖили-
ща, зональные НИИЭП, ЦНИИЭП зрелищных зданий и спортивных
сооружений и др.Первые несущие клееные деревянные конструкции в порядке экспе¬
римента были изготовлены в Швейцарии более 60 лет назад, а затем
в Швеции. В США, Канаде, ФРГ, Финляндии до конца 50-х годов несу¬
щие клееные деревянные конструкции использовались в незначитель¬
ных объемах и только с 60-х годов начато их широкое применение.В СССР промышленное производство клееных деревянных конст¬
рукций было организовано недавно — в 70-х годах. В настоящее
время организован их выпуск на 17 заводах и в многочисленных цехах
при деревообрабатывающих предприятиях. Из числа построенных мож¬
но отметить арки пролетом 45 м в покрытиях складов калийных комби-12
Рис. 8. Клееные деревянные стрельчатые а]жи Калушского комбината про¬
летом 45 мнатов в гг. Солигорске (БССР), Березниках и Соликамске на Урале,
на химико-металлургическом комбинате в г. Калуше на Украине
(рис. 8). Пролеты клееных деревянных конструкций для спортивных
сооружений с покрытием из трехшарнирных арок кругового очертания
равны 63 м в Архангельске и 57 м в Калинине. В Белорусской ССР
построено несколько спортивных объектов с применением в покры¬
тиях трехшарнирных клееных деревянных арок пролетом 49 м.Параллельно с развитием конструктивных форм совершенствова¬
лись методы расчета деревянных конструкций. Неоднократно издава¬
лись нормативные документы на их проектирование. С 1955 г. расчеты
всех строительных конструкций производятся по методу расчетных
предельных состояний, который заменил собой существовавший ранее
метод допускаемых напряжений.Большой вклад в древесиноведение внесли исследования Ф. П. Бе¬
лянкина, Ю. М. Иванова, JI. М. Перелыгина и других, посвященные
изучению структуры и физико-механических свойств древесины. Оте¬
чественную теорию расчета сжатых, сжато-изгибаемых стержней, в
том числе стержней на податливых связях разработали П. Ф. Плеш-
ков, А. Р. Ржаницын, В. Г. Писчиков, Г. В. Свенцинский и др.В области антисептирования древесины начало научно обоснован¬
ной системе противогнилостных мероприятий заложено А. Н. Борщев¬
ским.А. И. Фоломин разработал новый способ сушки и одновременной
пропитки древесины в неводных жидкостях.Дальнейшее развитие производства деревянных конструкций пре¬
дусматривает внедрение конструкций, удовлетворяющих требованиям
комплексной механизации их изготовления и монтажа.Получают широкое применение легкие клеефанерные конструкции,
внедряется бакелизированная фанера, являющаяся наиболее стабиль¬
ным лесоматериалом по своим физико-механическим свойствам. В СССР
клееные фанерные конструкции стали применять в конце 40-х годов.
Клеефанерные балки пролетом 12 м были использованы для перекрытия13
цеха в г. Электросталь. В 50-е годы было предложено использова¬
ние фанерных труб и профилей в фермах покрытий и пролетных строе¬
ний мостов. В последние годы в строительстве внедряются балки и
треугольные арки с двутавровым и коробчатым сечением элементов.
Трехслойные клеефанерные плоские и криволинейные панели приме¬
няются в куполах, сводах-оболочках и т. д.История применения пластмасс насчитывает всего несколько де¬
сятилетий. В нашей стране изучение свойств конструкционных пласт¬
масс и строительных конструкций на их основе интенсивно началось
с развитием химической и нефте-химической промышленности. Изуче¬
ние физико-механических свойств пластмасс, установление расчетных
характеристик позволили обосновать расчеты и методы проектирования
строительных конструкций с их применением. Тенденции развития
пластмассовых конструкций изложены в § 2, примеры современных
конструктивных решений и правила их проектирования даны в учеб¬
нике в соответствующих главах и параграфах.В 1958 году профессором С. С. Давыдовым сформулирована впервые
идея создания нового конструкционного материала — пластбетона.
В последующие годы под руководством профессоров А. М. Иванова
и С. С. Давыдова разработана технология изготовления изделий из
этого материала и проведены исследования по расчету и конструирова¬
нию их. Новый материал уже применяется в экспериментальном строи¬
тельстве.Дальнейшее развитие и совершенствование деревянных и пласт¬
массовых конструкций основано на индустриализации их изготов¬
ления, разработке рациональных схем размещения предприятий,
расширении номенклатуры конструкций и разработке новых эффек¬
тивных форм, на определении областей рационального применения,
накоплении, анализе и обобщении опыта эксплуатации, на повыше¬
нии качества изготовления и на применении новых методов конт¬
роля, совершенствовании норм проектирования, обеспечении на¬
дежности и долговечности.
Глава IДРЕВЕСИНА И ПЛАСТМАССЫ
КАК СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ§ 4. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПЛАСТМАССЫПолимеры — соединения с высокой молекулярной массой, моле¬
кулы которых состоят из большого числа регулярно или нерегулярно
повторяющихся звеньев одного или нескольких типов. Полимерное
вещество образуется путем последовательного присоединения молекул
низкомэлекулярного вещества (мономера) к активному центру, нахо¬
дящемуся на конце растущей цепи. Этот процесс происходит под воз¬
действием различных факторов: высокого давления, повышенной тем¬
пературы, облучения, катализации и т. п. Полимеры могут быть при¬
родными и синтетическими.Примером природного полимера является целлюлоза, получаемая
из молекул глюкозы при отщеплении от них двух атомов водорода
и одного атома кислорода (т. е. воды) и соединения их в гибкую цепь.
Целлюлоза является основой древесного вещества всех пород деревьев.
Таким образом, древесина является полимерным материалом, произ¬
водимым самой природой. Кроме того, природными полимерами яв¬
ляются натуральный каучук, белки и природные смолы. Все остальные
виды полимерных материалов относятся к синтетическим, получаемым
при промышленной переработке сырья. К ним относятся полиэтилен,
полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, поливинилацетат, по-
лиметилметакрилат, а также смолы: фенолоформальдегианые, карба-
мидные, полиэфирные, эпоксидные, полиамидные, уретановые и др.Полимер в сочетании с наполнителем составляет пластик (пласт¬
массу). Если в качестве наполнителя используется стекловолокно,
получают конструкционный материал — стеклопластик. Большая
группа конструкционных материалов, для изготовления которых
в качестве наполнителя используется древесина, классифицируется
как древесные пластики: модифицированная полимерами древесина
(ДПМ), клееная фанера, бакелизированная фанера, древеснослоистые
пластики (ДСП), древестружечные и древесноволокнистые плиты.
Для изготовления сотопластов используется обычная или прочная
бумага, ткани, пропитанные синтетическими смолами.Новыми пластмассовыми материалами являются пластбетоны, по¬
лучаемые при добавлении в бетон полимера. Пластбетон без минераль¬
ного вяжущего (цемента) на одном полимерном связующем называется
полимербетоном. По своим физико-механическим свойствам полимер-
бетоны ближе к пластмассовым материалам, чем к бетону.В настоящее время синтезированы тысячи полимеров, многие из
которых находят применение в промышленности и в строительстве.
В учебнике рассматриваются только те материалы, которые могут15
найти или уже находят применение в строительных несущих и ограж¬
дающих конструкциях. На основании полимеров получают следующие
материалы для изготовления строительных конструкций и их элемен¬
тов: стеклопластики, высокопрочные древесные пластики; пенопласты
и сотопласты, прорезиненные и пропитанные смолами ткани и армиро¬
ванные пленки, термопласты, клеи, лаки, краски, мастики, полимер-
бетоны.§ 5. ЛЕСНЫЕ РЕСУРСЫ.РЕСУРСЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВЛеса Советского Союза занимают 738 млн. га, что составляет приб¬
лизительно 20% лесной площади всего мира.В СССР 78% запасов древесины составляют хвойные леса: сосно¬
вые — 16%, еловые — 11%, пихтовые — 3,5%, лиственничные — 40%,
кедровые— 5%. Мягкие лиственные породы составляют 16,4%, в том чис¬
ле береза 13,5%. Твердые лиственные породы составляют 5,6 млн. га.
Общий запас спелой древесины на корню превышает 80 млрд. м3.
Ежегодного естественного прироста древесины в 870 млн. м3 достаточно
для всех потребностей страны. Объем вывозки древесины без ущерба
запаса может быть доведен до 600...650 млн. м3 в год. В настоящее
время объем вывозки деловой древесины приближается к 330 млн. м3
[13].Инженерные строительные конструкции и сооружения выполняют¬
ся из основных хвойных пород древесины (сосны, ели, лиственницы).
Эти породы обладают прямослойностью, высокими механическими свой¬
ствами и стойкостью против гниения.Твердые лиственные породы (дуб, бук, граб) применяются в конст¬
рукциях только для изготовления мелких ответственных деталей:
шпэнок, вкладышей, нагелей и прочих элементов узловых соедине¬
ний. Береза, в основном, идет на изготовление клееной фанеры, слои¬
стых пластиков (в последние годы исследованы механические свойства
и рекомендуется к применению фанера из лиственницы). По данным
ЦНИИФ в 1980 г, для нужд строительства намечалось поставить
1,08 млн. м3 фанеры, что составляет около 30% планируемого ее произ¬
водства.Мягкие лиственные породы (осина, тополь, ольха, липа) во многих
районах СССР и, в частности, на Украине являются местными строи¬
тельными материалами. Они применяются во временных зданиях и
сооружениях, для устройства опалубки, лесов, кружал, а также для
наслонных стропил и обрешетки постоянных зданий с проветриваемым
чердаком.Практически неисчерпаемы ресурсы сырья для получения синтети¬
ческих полимеров. Это продукты переработки и отходы лесо-, нефте-,
газо- и коксохимической промышленности, металлургического произ¬
водства и т. д.16
s 6. СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ДРЕВЕСИНЫДревесина как материал органического происхождения состоит
из тканей, образованных различного типа клетками. Основная масса
структурных (прочностных) клеток составляет скелет дерева, обеспе¬
чивающий его прочность. Имеются особые паренхимные клетки, слу¬
жащие для проведения соков и для накопления питательных веществ.В лиственных породах прочностные функции выполняют клетки
либриформа (удлиненные клетки с толстыми одревесневшими оболоч¬
ками); проводящими клетками служат сосуды, длинные клетки с ши¬
рокими полостями; накопляющие клетки образуют горизонтальные
сердцевинные лучи.В хвойных породах прочностными и одновременно проводящими
клетками служат трахеиды, занимающие более 90% объема древесины
Они имеют веретенообразную форму, вытянутую по длине ствола
Паренхимные клетки образуют сердцевинные лучи и смоляные ходы
Главные составные части древесного вещества — целлюлоза, гемицел
люлозы и лигнин. Целлюлоза составляет 56...60% общей массы дре
весины. С ростом дерева происходит одревеснение оболочек, заключаю¬
щееся в увеличении содержания лигнина. Межклеточное вещество,
главным образом, состоит из лигнина. Строение клеточной оболочки
показано на рис. 9. Основным структурным элементом клеточной обо¬
лочки являются микрофибриллы — скопление мицелл, состоящих из
нитевидных макромолекул целлюлозы (рис. 10). Сплетение микрсфиб-
рилл образует оболочку клетки. Вдоль ствола фибриллы направлены по
спирали.Следует отметить, что древесное вещество, сболочка и древесина в
целом обладают весьма сложным строением, с которым тесно связаны
ее физико-механические свойства.Макроструктура дерева, видимая на сечении ствола, приведена
на рис. 11. В центре поперечного сечения ствола находится сердцевин¬
ная трубка — слабая по прочности и нестойкая против загнивания
часть древесины. Окружающая ее внутренняя часть ствола многих
пород состоит из наиболее прочной трудно проницаемой для жид-6 543212Рис. 9. Схема строения оболочки клетки:а— поперечный разрез; б — разрез оболочки двух
смежных клеток по 1 — 1; 1 — межклеточное ве¬
щество; 2 — первичные оболочки; 3, 4, 5 — вто¬
ричные оболочки; в — вид оболочки сбоку с по¬
казанием расположения фибрилл в разных сдояхРис. 10. Схема строения фиб¬
риллы:1	— мицеллярные ряды, содер¬
жащие примерно по 100 мицелл;2	— фибриллы; 3 — промежут¬
ки заполненные лигнином2 2-73417
Рис. 11. Поперечный разрез ствола молодой
лиственницы:1 —' ранняя древесина; 2 — поздняя древесина;
3 —■ сердцевина; 4 — ядро; 5 — заболонь; 6 —
камбий, луб и коракостей древесины. Если эта часть тем¬
нее наружной, она называется ядром
(сосна, лиственница, дуб); если же она
одного цвета с наружной частью, но
отличается от нее пониженной влаж¬
ностью, то называется спелой древе¬
синой (ель, пихта, бук). Наружные
слои древесины образуют заболонь.
Древесина заболони обычно слабее (на 5... 10%) ядра, но легче
пропитывается жидкостями (при антисептировании, модификации
и ^т. п.). Породы, у которых наружная и внутренняя части ствола
не отличаются по свойствам, называются заболонными (береза, ольха).
Заболонь снаружи окружена камбиальным кольцом, состоящим из
клеток, которые делятся. При делении клеток камбиального кольца
клетки древесины откладываются внутрь, а клетки коры наружу.
На поперечном сечении некоторых пород заметны радиальные поло¬
сы — сердцевинные лучи. Назначение их — хранить питательные ве¬
щества. Хвойные породы имеют узкие полости со смолой — смоляные
ходы. Больше всего смоляных ходов в древесине сосны, а в лиственных
породах они отсутствуют.Нарастание древесины происходит концентрическими слоями.
Каждый годовой слой состоит из двух частей. Внутренняя светлая
часть состоит из широкополостных весенне-летних клеток с тонкими
стенками, образующими раннюю древесину. Наружная темная часть
состоит из клеток с узкими полостями и толстыми стенками, образую¬
щими позднюю древесину. Поздняя древесина обладает гораздо луч¬
шими физико-механическими свойствами и от ее процентного содержа¬
ния зависят плотность и прочность древесины в целом.Живые клетки древесины наполнены влагой. В полостях клеток
и пустотах межклеточного пространства находится свободная вода,
в мельчайших порах между волоконцами клеточных оболочек —
гигроскопическая вода. При высыхании древесины вода частично ис¬
паряется, оставляя многочисленные поры. Волокнистость и пористость
являются характерными особенностями строения древесины и в свою
очередь сказываются на ее механических характеристиках, на степени
усушки и разбухания, на влиянии влажности на прочность и т. д.Различается древесина по свойствам и по длине ствола. Более плот¬
ная и прочная древесина в комлевой части ствола. У сосны в комлевой
части ствола к тому же имеется наименьшее количество сучков, что по¬
вышает ее качество.18
§ 7. СОСТАВ И СТРУКТУРА СИНТЕТИЧЕСКИХ
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВКак уже отмечалось, высокомолекулярные соединения состоят из
повторяющихся атомных групп мономеров, число которых в молекуле
полимера может колебаться от десятков до сотен и тысяч единиц. От
числа атомных групп зависит длина макромолекул полимера и соот¬
ветственно изменяются его физико-механические свойства. При увели¬
чении числа атомных групп (это называется степенью полимеризации)
полимер из текучего (жидкого) состояния переходит в вязкое (аморф¬
ное) и твердое (кристаллическое). Чем больше число атомных групп,
тем жестче полимер. Степень полимеризации полимера зависит от тех¬
нологии его изготовления — величины давления, температуры, нали¬
чия и типа катализатора и т. д. Если в процессе синтеза полимера не вы¬
деляется побочных продуктов реакции, а молекулы мономера в неиз¬
мененном виде становятся звеньями молекулярной цепи полимера,
процесс синтеза называется полимеризацией и полученный полимер по
своему химическому составу не отличается от исходных мономеров.
Процесс синтеза полимера, при котором выделяются низкомолекуляр¬
ные продукты (вода, спирт, аммиак и т. п.), называется поликонденса-
цией. При этом в реакцию могут вступать как одинаковые мо¬
лекулы (процесс гомополиконденсации), так и различные молекулы
(процесс гетерополиконденсации), а звеньями макромолекул полиме¬
ра становятся продукты распада молекул мономеров.Продуктом процесса гомополиконденсации можно назвать поли¬
амидную смолу, применяемую для изготовления капрона (волокон,
тканей). Продуктом процесса гетерополиконденсации являются боль¬
шинство синтетических смол: фенолоформальдегидные, мочевинофор-
мальдегидные, эпоксидные, полиуретановые, полиэфирные и др.
Ярким примером зависимости свойств полимера от его степени поли¬
меризации служат полиэфирные смолы, которых имеется три вида:
алкидные, ненасыщенные и волокнообразующие. Алкидные — жид¬
кие, ненасыщенные полиэфиры — аморфные, а третий вид имеет
кристаллическую структуру, благодаря чему из них получают волокна
(терилен, лавсан). Многие полимеры обладают свойством изменять
свое физическое состояние в зависимости от различных факторов.Физическое состояние и свойства пластмасс зависят от их макро-
и микростроения и состава. Известны три типа микроструктур поли¬
мерных макромолекул (рис. 12): линейная (цепная), в которой каждое
звено связано валентными связями с двумя соседними звеньями макро¬
молекулы; разветвленная, имеющая локальные ответвления в виде
небольших боковых цепей, несоединенных друг с другом; сетчатая
(объемная, или трехмерная), представляющая собой пространственную
систему линейных цепей, связанных друг с другом по'перечными хими¬
ческими связями.-Полученные таким образом чистые полимерные материалы исполь¬
зуются для изготовления конструкционных материалов — пластиков.
Это композиционные материалы на основе облагороженной древесины
(древесные пластики и ДПМ) и армированные пластмассы (стеклопла-2*19
Рис. 12. Микроструктура полимерных макромолекул:
а — цепная; б — разветвленная; в — сетчатая (объемная)стики, асбопластики, текстолиты, армированные пленки и т. п.).
Наибольший практический интерес представляют древесные пластики
и стеклопластики. Материалы из них получили название компози¬
ционных, так как они многокомпонентны и состоят из связующего и
наполнителя, а также из различных добавок для придания им спе¬
циальных свойств. В качестве связующего используются разнообраз¬
ные синтетические смолы, а наполнителем служат древесные и стек¬
ловолокнистые материалы. В древесных пластиках наполнителем
служат тонкие древесные листы (шпоны), а в стеклопластиках — стек¬
лянные непрерывные нити, рубленое волокно, ткани, стекложгуты,
стеклорогожи и т. п.Физико-механические свойства древесных пластиков и стеклопла¬
стиков обусловлены свойствами составляющих их компонентов и
зависят от их макростроения, под которым подразумеваются схемы раз¬
мещения наполнителя (армирования) в связующей матрице. В зави¬
симости от направления волокон древесины в шпонах или расположе¬
ния стеклонитей относительно расчетных напряжений, возникающих
в материале при его эксплуатации, различают следующие схемы струк¬
тур армирования (рис. 13): однонаправленная структура (ОС), когда
волокна ориентируются только вдоль расчетного усилия; этим обеспе¬
чивается высокая прочность материала в заданном направлении;
продольно-поперечная структура (ППС), когда направления волокон
совпадают с направлениями расчетных напряжений; при этом соот¬
ношение армирования в ортогональных направлениях может быть раз¬
личным (от 1 : 1 до 1 : 20 и более) в соответствии с напряженным состоя¬
нием материала; косопоперечная структура (КПС), когда волокна♦с tРис. 13. Схемы армирования:а — однонаправленная; б — продольно-поперечная; в — косоперекрестная;
г — комбинированная; д — равномерная на основе рубленого волокна20
сориентированы под углом к векторам расчетных напряжений; этим
достигается лучшая работа материала на касательные напряжения
к плоскости листа; комбинированные структуры (КС), обеспечивающие
повышенную прочность материала в каком-либо направлении и равно-
прочность во всех направлениях (изотропный в плоскости материал);
равномерная структура (PC) на основе рубленого хаотично ориенти¬
рованного волокна; применяется только для получения стеклопла¬
стиков.Пластики, как правило, многослойны. В стеклопластиках слои
могут армироваться по одной или по разным схемам структур. Кроме
этого, отдельные слои армирования могут быть выполнены с перепле¬
тением и без переплетения нитей, от чего меняется текстура каждого
слоя. Поэтому для большей определенности стеклопластики дополни¬
тельно характеризуются строением текстурных слоев. Могут быть
такие текстуры: тканевая, когда в качестве наполнителя используются
стеклоткани; отечественной промышленностью выпускаются разно¬
образные по свойствам и структуре стеклоткани; строчная, в которой
в качестве наполнителя используются отдельные волокна или пряди
и жгуты с различным количеством волокон и с различным их перепле¬
тением; плетеная, когда в каждом слое волокна или нити переплетены
между собой различным образом; хаотичная — на основе рубленого
волокна.При применении стекловолокнистых материалов армирование по
той или иной схеме может быть выполнено с переплетением отдельных
слоев стеклянными нитями — так называемое прошивное армирование.
Тогда к обозначениям схем добавляется индекс П (например ОС.П,
ППС.П и т. д.).Характер анизотропии механических свойств стеклопластика зави¬
сит от относительного количества перекрещивающихся нитей в слое,
а древесных пластиков — от относительного количества перекрещи¬
вающихся волокон древесины в шпонах. Для учета этого фактора вво¬
дится показатель анизотропии, представляющий отношение числа ни¬
тей или площади сечения их (или волокон древесины) f-ro направления
(например, вдоль расчетного усилия) к общему числу нитей или их
площади (площади волокон древесины) в данном поперечном сечении
материала.Характеристикой макростроения стеклопластиков является про¬
центное содержание стекловолокна в общем объеме материала, от чего
также существенно зависят его механические свойства. В большой сте¬
пени свойства композиционных материалов зависят от толщины эле¬
ментарных слоев. Поэтому для них введен структурный показатель,
представляющий собой относительную толщину отдельных слоев по
сравнению с толщиной материала.Кроме связующего и наполнителей в композиционных материалах
Для придания им тех или иных свойств могут присутствовать различ¬
ные добавки: гипс, сажа, цемент, красители и т. п.21
§ 8. КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПЛАСТМАССЫОзнакомившись с основами структурного строения и составом по¬
лимерных материалов и пластмасс, перейдем к рассмотрению их ос¬
новных видов, применяемых в строительных несущих и ограждающих
конструкциях.Древесные пластики. Сортамент выпускаемых отечественной
промышленностью древесных пластиков приведен в табл. 1 при-
лож. 11 [10].Древеснослоистые пластики — ДСП (ГОСТ
13913—78) представляют собой материал из тонких листов лущеного
березового шпона, пропитанных фенольно- или крезольноформальде-
гидными смолами, получаемый в процессе термической обработки под
большим давлением. Плотность пластиков — 1,3 т/м3. ДСП произво¬
дятся в виде плоских листов толщиной 3...60 мм. В ответственных кон¬
струкциях применяется пластик ДСП-Б с соотношением поперечных
и продольных шпонов 20 : 1 и 10 : 1, в менее ответственных — марки
ДСП-В с соотношением 1:1. Из ДСП-Б изготовляются болты, нагели
и различные детали для безметальных соединений элементов деревян¬
ных и деревопластмассовых конструкций. Листовой материал приме¬
няют для обшивок плит и панелей, эксплуатируемых в агрессивных
условиях.Строительная фанера изготовляется из березового
(ГОСТ 3916—69) и лиственничного шпона склейкой их под давлением
фенольными (фанера марки ФСФ) и карбамидными (фанера марки ФК)
клеями. Плотность фанеры — 0,6 т/м3. Выпускается много сортов фа¬
неры, которые отличаются числом шпонов с совпадающим направле¬
нием волокон древесины в различных направлениях, порядком чере¬
дования шпонов и направлением волокон древесины в наружных шпо¬
нах (рубашках). Для несущих и ограждающих конструкций рекомен¬
дуется фанера марки ФСФ сорта не ниже В/ВВ. Стандартные размеры
листов фанеры 1220 X 1525 мм, толщина 6, 8, 9, 10, 12 мм (может быть
больше).Фанерные трубы (ГОСТ 7017—76) и профили швеллерного сечения
(ГОСТ 22242—76) представляют собой конструктивные элементы, со¬
стоящие из слоев лущеного шпона, склеенных между собой в спе¬
циальных пресс-формах, и применяются в качестве стержней решет¬
чатых несущих конструкций и в каркасах трехслойных ограждающих
панелей.Фанера бакелизированная (ГОСТ 11539—73) из¬
готовляется из нечетного числа очень тонких березовых шпонов,
склееных фенолоформальдегидными смолами при горячем прессовании.
Плотность материала — 1,05 т/м3. Высокопрочная фанера марок ФБС
и ФБС/В может применяться в несущих и ограждающих конструкциях,
не защищенных от атмосферных воздействий, и для ответственных уз¬
ловых деталей. Производится толщиной 5, 7, 12, 14, 16, 18 мм, длиной
от 1,5 до 7,7 м и шириной до 1,5 м.Древесноволокнистые плиты (ГОСТ 4598—74)
изготовляются горячим прессованием волокнистой массы древесины,22
смоченной канифольной эмульсией и фенолоформальдегидными смо¬
лами с добавлением антисептиков и гидрофобизаторов для обеспечения
во до- и огнестойкости. Выпускаются плиты трех видов: сверхтвердые
(плотность 0,95 т/м3), твердые и полутвердые (плотность 0,8 т/м3). Пер¬
вые два вида плит применяются для устройства обшивок панелей, под¬
весных потолков, перегородок, третий вид — в качестве теплоизоля¬
ционного и отделочного материала.Древесностружечные плиты (ГОСТ 10632—77)
изготовляются одно- и трехслойными из отходов лесопильного и дере¬
вообрабатывающего производства горячим прессованием стружки
с фенолоформальдегидной смолой. Выпускаются длиной 3,5 м, толщи¬
ной 10, 13, 16, 19, 22, 25 мм, шириной до 1,5 м. Применяются для внут¬
ренних обшивок панелей покрытий и стен в помещениях с невысокой
влажностью и с обязательной защитой от гниения.Стеклопластики. Стеклопластик полиэфирный из¬
готовляется из хаотически расположенного рубленого волокна по
схеме армирования PC и полиэфирных смол и выпускается в виде плос¬
ких и волнистых листов, имеет хорошую светопроницаемость. При¬
меняется в обшивках ограждающих панелей и для изготовления цель¬
нопрессованных панелей.СтеклотестолитКАСТ-В состоит из наполнителя (стекло¬
ткани по схеме армирования КС), связующего (фенолоформальдегид-
ных смол) и получается горячим прессованием. Выпускается
(ГОСТ 10292—74) в виде плоских листов толщиной 0,5...35 мм. Приме¬
няется в ограждающих конструкциях и для изготовления соединитель¬
ных элементов в узлах стержневых конструкций. Из него могут изготов¬
ляться уголки и швеллеры. Рекомендуется для применения в конст¬
рукциях, эксплуатируемых в условиях сильной химической агрессии.СтеклопластикСВ AM — это стекловолокнистый анизо¬
тропный материал, получаемый горячим прессованием из стеклошпо-
нов с ориентированным расположением стекловолокна по схеме ППС.
При показателе анизотропии 10 : 1 применяется в элементах несущих
конструкций.Стеклопластик АГ-4С (ГОСТ 20437—75) получается горячим прес¬
сованием из полуфабриката АГ-4, представляющего собой ленты и
брикеты на основе фенолоформальдегидной смолы и наполнителя в
виде однонаправленных нитей из непрерывного стекловолокна по схеме
ОС. Это высокопрочный материал. Из него могут изготовляться бол¬
ты, гайки, нагели для применения в соединениях элементов конструк¬
ций. Кроме листов из АГ-4С при прессовании могут изготовляться
стержни круглого, прямоугольного, углового, швеллерного, тавро¬
вого сечений.Термопласты. Органическое стекло выпускается авиационное
(ГОСТ 10667—74) сортов А, Б и поделочное сортов ПА, ПБ. Приме¬
няется в качестве светопрозрачных ограждающих элементов в виде
плоских и волнистых листов для куполов и оболочек. Легко склеи¬
вается и сваривается.Винипласт (ГОСТ 9639—71) выпускается двух марок: ВП
(прозрачный) и ВН (непрозрачный). Получают винипласт из непла-23
стифицированного поливинилхлорида прессованием или экструзией,
Плоские листы применяют в обшивках панелей, волнистые листы — в
качестве ограждающих элементов. Разнообразное применение находят
профильные изделия. Из винипласта производят также пленки, по¬
ставляемые в рулонах.Ткани и армированные пленки. Ткани и пленки применяются в пнев¬
матических и тентовых конструкциях. Основные требования, предъяв¬
ляемые к ним: воздухо- и влагонепроницаемость, эластичность, про-
шиваемость или склеиваемость, достаточная прочность и долговеч¬
ность.Ткани прорезиненные капроновые изготов¬
ляются в виде однослойной ткани № 60, применяемой для воздухо¬
опорных и тентовых конструкций, а также двухслойной № 109ф и
трехслойной № 110ф, которые применяются для сильно напряженных
пневмокаркасных конструкций.Пленки изготовляются из термопластов. Наиболее применимы
полиэтиленовые, полиамидные, полиэфирные пленки. При армирова¬
нии тканевыми сетками из капрона, лавсана, стекловолокна они при¬
обретают повышенную прочность и снижается их деформативность.
Они бывают светопроницаемыми, полупрозрачными и непрозрачными.
Применяются такие пленки для несильно напряженных воздухоопор¬
ных конструкций, а также в качестве ограждающих конструкций по
несущему каркасу.Пенопласты и сотопласты. Эти материалы применяются в трехслой¬
ных плитах (панелях) для заполнения внутреннего пространства между
внешними обшивками. Если они не соединены с обшивками, то служат
только для теплозвукоизоляции. Но поскольку пенопласты и сотопла¬
сты относятся к жестким конструкционным заполнителям, обладающим
жесткостью и прочностью, достаточной для восприятия сдвигающих
усилий и местной нагрузки, то их используют также в качестве кон¬
струкционного среднего слоя трехслойных панелей.Пенопласты имеют пористую структуру. Они изготовляются
из технически чистых полимеров путем добавки к ним порофоров, ко¬
торые после нагревания или инициирования переходят в газообразное
состояние, в результате чего полимер становится пористым. Благодаря
наличию замкнутых пор с толщиной стенок порядка 0,01 мм пенопла¬
сты легки и эффективны как теплозвукоизоляционные материалы и
применяются для трехслойных панелей (плотность пенопластов 0,03...
0,22 т/м3).Пенопласты могут быть изготовлены прессовым способом в виде
отдельных плит различных размеров и непосредственно в полости изго¬
товляемого изделия, когда вспененная масса заполняет весь объем по¬
лости, плотно прикасается к наружным обшивкам и надежно к ним при¬
клеивается при остывании.Наиболее распространены такие пенопласты: полистирольные ма¬
рок ПС-1, ПС-4, ПСБ, ПСБ-С; поливинилхлоридные марок ПХВ-1,
ПХВ-2, ПХВ-3; фенолоформальдегидные марки ФРП-1.Сотопласты изготовляются в виде сот из обычной бумаги,
прочной бумаги (крафт-бумаги), тканей, различных листовых материа-24
I	i ! I iЛРис. 14. Сото пласты:a — бумажные и тканевые, пропитанные смолами; б — из жестких
листовых материаловлов, стеклоткани и т. д. Для получения сот гибкий листовой материал
нарезают лентами требуемой ширины, которые складывают друг с дру¬
гом, чередуя места склейки в шахматном порядке. После склейки лен¬
ты растягиваются в перпендикулярном направлении и получают сото-
пласт с ячейками нужных размеров. Для укрепления стенок сотопла-
стов материал может пропитываться смолами (рис. 14, а). Для
изготовления сотопласта из жестких листовых материалов нарезанные
полосы под любым углом относительно друг друга вставляются в проре¬
зи, сделанные до половины ширины полос на расстояниях, равных раз¬
мерам ячейки (рис. 14, б).Полимербетоны, По виду применяемой смолы полимербетоны раз¬
деляются на фурановые, эпоксидные, полиэфирные, фенолоформаль-
дегидные и др. Наиболее распространен фурановый полимербетон на
основе фурфуролацетоновых мономеров ФА и ФАМ. Наполнители
полимербетонов составляются из щебня, песка и микронаполнителей.
Смолы содержится 8... 12, песка — 40, щебня — 50%.Технология получения полимербетона в целом аналогична техно¬
логии обычного бетона. Для получения полимербетона более высокого
качества лучше применить раздельное приготовление мастики, состав¬
ленной из смолы и молотого песка, и макронаполнителя, представляю¬
щего смесь песка со щебнем. При дальнейшем смешивании достигается
равномерное распределение мастики по всему объему.С целью придания полимербетонам большей сопротивляемости ра¬
стяжению их армируют как стержнями, так и проволочными сварными
сетками, расположенными рассредоточенно по всему сечению элемента.
Такой материал называется сталеполимербетоном.Более стойки к химической агрессии конструкции со стекло¬
пластиковой арматурой — стеклопластполимербетонные. Они менее
изучены и находятся в стадии экспериментальных исследований.Армополимербетонные элементы и конструкции изготовляются по
той же технологии, что и железобетонные, но с сухим прогревом.
Основная область их применения —это сооружения, эксплуатируемые в625
химически агрессивных средах. Требования к технологии изготовления,
к составу и правила проектирования армополимербетонов приведены
в Руководстве по расчету и применению конструкций из армополимер¬
бетонов в строительстве.§ 9. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАСС
Общая характеристикаРассмотренные выше строение и состав древесины, а также состав
и структура синтетических полимерных материалов имеют большое
практическое значение, так как объясняют физические свойства мате¬
риалов.Древесина.. Волокнисто-трубчатым строением древесины объяс¬
няются явления усушки и разбухания ее, изменение влажности.Строение древесины влияет также на такие важные показатели как
плотность, теплопроводность и термические свойства. Как и любой
строительный материал, древесина обладает положительными и отри¬
цательными качествами. Их необходимо учитывать при выборе породы
древесины, проектировании конструкций и сооружений и их эксплуата¬
ции.Положительные свойства: небольшая плотность, зависящая от
влажности и породы; малый коэффициент теплопроводности; незначи¬
тельный коэффициент температурного расширения вдоль волокон (в
деревянных сооружениях большой протяженности можно не устраивать
температурных швов); химическая стойкость (деревянные конструкции
в химически слабых и средних агрессивных средах могут применяться
без специальной защитной обработки); пластичность, которая позво¬
ляет применять пиломатериалы для изготовления криволинейных эле¬
ментов (благодаря релаксации происходит затухание внутренних на¬
пряжений от гнутья вследствие постепенного перехода упругой дефор¬
мации в пластическую); хорошие акустические свойства; достаточная
долговечность при соблюдении технических условий изготовления
и эксплуатации. Кроме этого, следует также отметить такие производ¬
ственные преимущества древесины: обширная сырьевая база; произ¬
водство работ не имеет сезонных ограничений; быстрота возведения
сооружений; простота и легкость механической обработки древесины;
удобство и легкость устройства соединений элементов конструкций;
легкость деревянных и деревопластмассовых конструкций по сравне¬
нию с другими конструкциями, что уменьшает транспортные расходы
и облегчает монтаж.Отрицательные свойства: опасность загнивания и возгорания;
неоднородность строения — анизотропия механических свойств; из¬
менение физико-механических свойств от влажности; усушка и разбу¬
хание, коробление, растрескивание; наличие естественных пороков;
подверженность разрушению насекомыми. Недостатки эти довольно
существенные, но вполне устранимы.Пластмассы. Рассмотренные выше различные виды пластмассовых
материалов отличаются своими физико-механическими свойствами,•26
зависящими от структуры, типа наполнителя и связующего, техноло¬
гии изготовления и др. Пластмассы имеют как положительные, так и
отрицательные свойства, выраженные в разной степени у различных
видов пластмасс.Положительные свойства: легкость, водостойкость и атмосферостой-
кость, не требующие дополнительной пароизоляции; биостойкость,
являющаяся особенно ценным свойством (только отдельные древесные
пластики могут подвергаться биологическому разрушению, однако и
эта опасность исключается введением антисептиков при их изготовле¬
нии); стойкость к химической агрессии; повышенные электроизоля¬
ционные свойства, немагнитность; возможность создания материалов
с различной расцветкой; достаточная поверхностная твердость и др.
Производственные преимущества: простота формования изделий, бла¬
годаря чему имеются широкие возможности создания разнообразных
пространственных архитектурных форм; легкость обработки простей¬
шими инструментами; клеящая способность и свариваемость; высокая
заводская готовность строительных элементов, что облегчает мон¬
таж их на стройплощадке.Отрицательные свойства: горючесть большинства пластмасс; низ¬
кая теплостойкость пластмасс на основе термопластичных смол; пол¬
зучесть и чувствительность к действию знакопеременных нагрузок;
старение. Основной производственный недостаток — токсичность не¬
которых синтетических смол.Отдельно следует остановиться на отношении полимеров к тепло¬
вому воздействию. По этому признаку они делятся на термопластичные
и термореактивные. Термопластичные полимеры при нагревании раз¬
мягчаются и вновь затвердевают при охлаждении, т. е. происходит
чередование процессов деструкции и повторной полимеризации полиме¬
ра. Это явление широко используется в технологии переработки термо¬
пластов в изделия, так как оно позволяет организовать высокопроиз¬
водительные и полностью автоматизированные производственные про¬
цессы экструзии, штампования, литья под давлением и т. п.К термопластам относятся полимеры с цепным и разветвленным
строением макромолекул: полиамиды, полиэтилен, полиметилметакри-
лат и др. Термореактивные полимеры при нагревании сначала раз¬
мягчаются, но затем переходят необратимо в твердое состояние, из
которого уже не могут вывести его ни последующий нагрев, ни охлаж¬
дение. К термореактивным полимерам относятся: эпоксидные, поли¬
эфирные, фенолоформальдегидные и другие смолы. Термореактивные
свойства полимеров исключительно ценны для инженерной практики.
На основе их получают материалы и конструкции температуро- и огне¬
стойкие, нерастворимые и т. п.Как уже указывалось, изготовление материалов на основе древе¬
сины и пластмасс и проектирование конструкций должно вестись
так, чтобы максимально использовать положительные свойства мате¬
риалов и максимально избегать влияния отрицательных свойств.Рассмотрим особо важные для строительных конструкций физи¬
ческие свойства материалов.27
Влажность материалов и ее влияние
на физико-механические свойстваВлажность древесины. Влага содержится в древесине в свободном
состоянии и в гигроскопическом, коллоидно связанном состоянии. Мо¬
лекула целлюлозы химически связана с молекулами воды. Все строи-
тзльные породы леса могут содержать до 30% гигроскопической влаги,
что называется точкой насыщения волокон. Это соответствует полной
насыщенности влагой клеточных оболочек при отсутствии свободной
влаги в полостях клеток. По содержанию влаги условно различают и
состояния древесины: воздушно-сухое с влажностью от 10 до 18%;
полусухое с влажностью от 18 до 23%; сырое с влажностью более 23%.
Процентное содержание влаги (абсолютная влажность) определяется
по отношениюW = -&—■*»-100%,	(1)£2где gi — масса влажного образца; g2 — масса того же образца после
высушивания до постоянной массы.При высыхании свежесрубленной древесины исчезновение свобод¬
ной влаги происходит сравнительно быстро —в течение 1...2 летних
месяцев. Оно не связано с изменением каких-либо свойств древесины,
кроме ее массы. Удаление гигроскопической влаги происходит значи¬
тельно труднее. Оно требует обычно искусственной сушки древесины
и сопровождается значительным изменением ее физико-механических
свойств. При этом механические свойства древесины повышаются, од¬
новременно происходит усушка — сокращение размеров элементов.
Обратный процесс (увлажнение до 30%) сопровождается разбуханием
древесины и понижением ее механических свойств.Наибольшей величины усушка достигает в плоскости поперечного
сечения элементов (поперек волокон) — 6... 10% в тангентальном t
и 3...5% в радиальном г направлениях при полном высыхании. В на¬
правлении вдоль волокон усушка почти не происходит (0,1%).Для исключения влияния влажности на показатели свойств древе¬
сины значения их, определяемые из испытаний, приводят к стандарт¬
ной влажности (12%) по формулеR12 = Rw[l +a(W—l2)].	(2)Вследствие этого любые определения физико-механических свойств
древесины должны сопровождаться одновременным определением ее
влажности.Конструкции, защищенные от увлажнения, должны изготовляться
из воздушно-сухого материала, что обеспечивает их стабильность, т. е.
устраняет опасность усушки, коробления и растрескивания после воз¬
ведения, опасность загнивания. Для изготовления проветриваемых
наземных сооружений постоянного назначения разрешается применять
лесоматериал с влажностью не более 25%. Для устройства закрытых
труднопроветриваемых конструкций влажность пиломатериалов
должна быть не более 20%, а для изготовления клееных конструкций —8... 12%. Влажность лесоматериалов, применяемых для шпонок, наге-28
Рис. 15. Усушка и коробление пиломатериала:а — схема напряженного состояния поперечного сечения усыхающего элемента; б — распо¬
ложение трещин в брусьях; в — сердцевинные трещины; г — устройство надрезов для пред¬
отвращения глубоких трещин; д <— изменение формы материалов, выпиленных из бревна;
/ —* сжатая зона; 2 — растянутая зона; 3 — главная трещина; 4 второстепенные трещинылей, вкладышей и других мелких деталей, не должна превышать 15%
и влажности окружающего материала. В отдельных случаях разре¬
шается применять древесину с влажностью более 25%, но не более
40% для изготовления проветриваемых наземных сооружений, в кото¬
рых усушка древесины не вызывает ухудшения качества соединений
или значительного провисания при условии проведения мероприятий
по защите древесины от гниения.Высыхание древесины (не путать с усушкой) происходит преиму¬
щественно вдоль волокон. Скорее всего просыхают торцы элементов.
Через боковую поверхность деревянные элементы просыхают труднее.
В пиломатериалах просыхание по боковым поверхностям происходит
скорее, чем в бревнах, благодаря наличию перерезанных волокон.Неравномерное высыхание древесины и неравномерная усушка ее
по направлениям rut вызывает коробление элементов и растрескивание
их. Коробление и растрескивание от усыхания тем больше, чем больше
плотность древесины и размеры элементов (рис. 15). Усушка, короб¬
ление и растрескивание сильно снижают качество деревянных конст¬
рукций и даже могут вывести их из строя. Широкие доски, содержа¬
щие большое количество заболони, коробятся особенно сильно. При
короблении досок выпуклость всегда направлена к сердцевине. Эго29
обстоятельство нужно учитывать при изготовлении конструкций и
располагать доски так, чтобы не ухудшить качество соединений и не
повредить кровли.Вследствие разницы между радиальной и тангенциальной усушкой,
а также из-за неравномерного высыхания древесины в элементе раз¬
виваются внутренние напряжения (рис. 15, а). В начальный период
высыхания наружная часть элемента бывает растянута поперек воло¬
кон, а внутренняя — сжата, при этом в растянутой части возникают
разрывы — трещины (рис. 15, б). В дальнейшем знак напряжений
может измениться и трещины образовываются внутри элемента
(рис. 16, в).Усушечные трещины имеют радиальное направление. Главная тре¬
щина идет по кратчайшему направлению от периметра сечения к центру
ствола. В балках прямоугольного сечения усушечные трещины распо¬
лагаются обычно на широких боковых гранях балок и совпадают с плос¬
костью наибольших напряжений сдвига при изгибе. Сильное развитие
таких трещин может вызывать расслоение балок, которые из цельных
становятся составными с гораздо пониженными расчетными геометриче¬
скими характеристиками. В балках делают вертикальные надрезы,
которые уменьшают внутренние напряжения по боковым граням и
предотвращают появление на них глубоких трещин (рис. 15, г).Опасными являются трещины, совпадающие с плоскостью какого-
либо соединения. Например, расположение болтов в нагельном соеди¬
нении по оси элемента в один ряд не рекомендуется, так как именно
здесь имеется опасность появления трещины и разрушения соединения.
Не рекомендуется применять в соединениях широкие металлические
накладки, которые препятствуют усыханию древесины поперек воло¬
кон и способствуют развитию продольных трещин.Влажность пластмасс. Большинство чистых полимерных веществ
(кроме мочевиноформальдегидных смол), применяемых в качестве свя¬
зующего при изготовлении конструкционных и теплоизоляционных
пластмасс, практически не поглощают воды. Эти материалы после дли¬
тельного пребывания их в воде существенно не изменяют своих свойств.Однако наполненные (армированные) пластмассы при увлажнении
изменяют свойства в худшую сторону, что связано с их структурой и
природой наполнителей. Наиболее часто для производства стеклово¬
локна используется бесщелочное алюмоборосиликатное стекло (основ¬
ной компонент — кремнезем Si02). Благодаря содержанию в стекле
глинозема А1203 улучшаются его текстильные свойства и повышается
его атмосферостойкость. Снижение физико-механических свойств бес-
щелочного стекловолокна при увлажнении носит обратимый характер,
при высыхании волокна их свойства восстанавливаются. При адсорб¬
ции влаги в микропромежутки между волокнами и связующим умень¬
шается адгезия между ними, в результате чего понижается механиче¬
ская прочность стеклопластика. Кроме того, происходит механическое
разрушение нитей — их вымывание и химическая деструкция — рас¬
творение компонентов стекла. Для предотвращения понижения проч¬
ности стеклопластиков прибегают к специальной обработке волокон
гидрофобными эмульсиями. Это, с одной стороны, предотвращает про¬30
никновение влаги внутрь материала, с другой, придает этому процессу
обратимый характер. Наибольшее влияние влаги и влажности наблю¬
дается для стеклопластиков на основе полиэфирных смол, затем эпок¬
сидных, меньше — для стеклопластиков на основе кремнийорганиче-
ских и фенолоформальдегидных смол.Влажность древесных пластиков. Изменение свойств древесных
пластиков при увлажнении в значительной мере определяется ослаб¬
лением увлажненной древесины, являющейся наполнителем этих ком¬
позиционных материалов. Влияние влаги на наполнители в свою оче¬
редь зависит от степени их пропитки связующим. Так, для сильно
пропитанной бакелизированной фанеры водопоглощение незначитель¬
но, для ДСП за 24 ч оно составляет не более 5%, для клееной фанеры
оно близко к 10%, для древесноволокнистых плит — 15%, а для дре¬
весностружечных плит, содержащих наполнитель в виде щепы, мало
пропитанной смолами, доходит до 40%. Изменение их физико-механи¬
ческих свойств в большей или меньшей степени близко к чистой древе¬
сине.Влажность полимербетонов. При различной относительной влаж¬
ности воздуха снижение прочности и модуля упругости полимербетонов
весьма растянуто во времени, в то время как в воде это снижение за¬
канчивается в первые полгода. Это объясняется темпом водопоглоще-
ния. При вымывании прочность полимербетонов через полгода сни¬
жается на 40% от первоначальной и стабилизируется, являясь для
них предельной. При относительной влажности воздуха 60% проч¬
ность снижается на 10%, а при 95% влажности — на 18%. Деформа¬
ционные свойства полимербетонов при воздействии влаги ухудшаются
в большей степени, чем прочностные. Так, модуль упругости снижает¬
ся при вымачивании до 33...48% первоначального, а при относительной
влажности воздуха 60 и 95% снижается соответственно до 72 и 64%.Вода, проникая в полимербетон диффузионно, расшатывает меж-
молекулярные связи, что и ведет к заметной потере прочности и жест¬
кости. Этот процесс не полностью обратим, так как хотя показатели
прочности и жесткости при высыхании возрастают (примерно на 30%),
но первоначальных значений не достигают.Несмотря на снижение механических характеристик при воздейст¬
вии повышенной влажности, высокие начальные величины их дают в
конечном счете возможность использовать материал в несущих строи¬
тельных конструкциях.Плотность материаловПлотность является важной физической характеристикой, посколь¬
ку от нее зависит сила тяжести конструкций, и часто с плотностью
связаны прочностные показатели материалов.Плотность древесины. Плотность р12 древесины, измеряемая при
стандартной влажности 12%, характеризует содержание древесного
вещества в единице объема и является косвенным показателем проч¬
ности древесины. Плотность р12 и прочность находятся в прямой зави¬
симости от содержания поздней древесины в годовых слоях. Последний31
признак является удобным средством для определения прочности
древесины в полевых условиях.Для древесины сосны содержание поздней древесины 20...25% —
хороший показатель ее механических свойств.Плотность древесного вещества всех пород — около 1,5. Сравнив ее
с плотностью различных пород, видим, что на долю пустот в древеси¬
не приходится от V2 до V4 ее объема.Плотность пластмасс. Плотность пластмасс, состоящих из ненапол-
ненного полимерного вещества, равна плотности полимера. К таким
пластмассам относятся органическое стекло (1,2 г/см3), винипласт
(1,4 г/см3). Плотность стеклопластиков в значительной мере опреде¬
ляется видом связующего и процентным содержанием стекловолокна и
изменяется от 1,4 г/см3 (полиэфирные стеклопластики с 25% армиро¬
ванием) до 1,9 г/см3 (СВАМ), от чего существенно зависят прочностные
свойства стеклопластиков.“ Плотность пенопластов (0,02...0,12 г/см3) зависит от вида синтети¬
ческой смолы и от технологии производства и в значительной мере оп¬
ределяет их прочность, как жестких конструкционных заполнителей в
трехслойных панелях, и теплотехнические свойства.Плотность древесных пластиков. Плотность древесных пластиков
зависит от способа изготовления пластика, вида шпона и связана с
его физико-механическими свойствами. Клееная фанера несколько
плотнее (0,7 г/см8) натуральной древесины, гораздо плотнее бакелизи-
рованная фанера (1,01 г/см3) и ДСП (1,3 г/см3). В зависимости от плот¬
ности возрастают и механические характеристики материалов.Плотность полимербетонов. Плотность полимербетонов зависит от
степени уплотнения смеси при их изготовлении, минералогического
состава наполнителя, его плотности и гранулометрического состава,
крупности микронаполнителя и режима виброуплотнения. Имеется
явная тенденция к возрастанию плотности и прочности с увеличением
частоты колебаний до 100 Гц при амплитуде колебаний 5 мм. При та¬
ком режиме увеличиваются плотность и прочность полимербетонов на30...20% по сравнению с режимом, обычным для бетонов.Термические свойстваК положительным свойствам древесины, пластмасс и материалов
на их основе относится малая теплопроводность, зависящая от степени
пористости материала.Коэффициент теплопроводности древесины сосны и ели поперек
волокон составляет от 0,12 до 0,18 Вт/(м* К). Они служат хорошим теп-
лоизолятором в ограждающих конструкциях. С увеличением плотности
и влажности теплопроводность древесины и древесных пластиков воз¬
растает. Теплопроводность древесины сосны и ели вдоль волокон со¬
ставляет от 0,4 до 0,5 Вт/(м*К).Смолы и материалы на их основе в плотном состоянии (при плот¬
ности 0,9...1,9 г/см3) имеют коэффициент теплопроводности в зависи¬
мости от вида наполнителя в пределах 0,18...76 Вт/(м*К). Вспенен¬32
ные пластмассы являются эффективными теплоизоляторами с коэффи¬
циентом теплопроводности 0,035...0,06 Вт/(м*К).Коэффициент линейного расширения древесины вдоль волокон для
хвойных пород составляет от 3,6 до 5,4 • Ю"-6, поперек волокон —
от 34 до 64-10“6, т. е. на порядок выше. Влияние большого теплового
расширения волокон компенсируется устройством усушечных щелей
между элементами.Значительно большие значения имеют коэффициенты линейного
расширения полимерных синтетических материалов. В отдельных слу¬
чаях они достигают 100 -10 6. Тепловые деформации конструкционных
пластмасс должны учитываться при конструировании введением де¬
формационных швов или эластичных компенсаторов с соответствую¬
щим их расчетом.Общим недостатком древесины и пластмасс является слабая тепло¬
стойкость, связанная с их органической природой. Большинство конст¬
рукционных пластмасс работает удовлетворительно лишь до +60° С.
Древесину можно применять в строительных конструкциях, если уста¬
новившаяся температура не превышает +50° С. Отрицательные грани¬
цы температуры для древесины и пластмасс не нормированы. Следует
иметь в виду, что при значительных отрицательных температурах мно¬
гие пластмассы становятся хрупкими. Хрупкость приобретает также
влажная древесина.§ 10. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАСС
Общая характеристика. Анизотропия механических свойствОсновными механическими характеристиками древесины и пласт¬
масс являются прочность, жесткость, твердость, трещиностойкость
(для полимербетонов) Их следует учитывать при воздействии на конст¬
рукции внешних нагрузок. В конструкциях древесина и пластмассы
подвергаются следующим видам деформации: растяжению, сжатию,
изгибу, сдвигу.Древесина и большинство конструкционных пластиков — мате¬
риалы g ярко выраженной анизотропией, т е. обладают разными ме¬
ханическими свойствами в разных направлениях. Анизотропия
обусловлена структурой, строением и составом материалов.Рассмотренные выше строение и состав древесины обусловливают
анизотропию ее свойств уже в самых начальных структурных элемен¬
тах древесины — цепных молекулах целлюлозы, мицеллах, фибриллах,
составляющих основу клеточной оболочки. С ростом структурных эле¬
ментов от микроструктуры к макроструктуре и вплоть до ствола дерева
неравномерность механических свойств проявляется все больше Само
строение древесины определяет три взаимно перпендикулярных направ¬
ления: вдоль волокон, поперек волокон радиально (по радиусу попереч¬
ного сечения ствола) и поперек волокон тангентально (по касательной
к годичному слою), по которым свойства древесины существенно раз¬
личаются. На схеме рис. 16, а эти направления обозначены буквами3 2-73433
Рис. 16. Направления анизотропии механических свойств в древесине и конструк¬
ционных пластмассах:а — в древесине; б — в стеклопластиках; в — в древеснослоистых пластиках с различным
расположением волокон в шпонаха, г, t. В направлении а (вдоль волокон) древесина обладает наиболь¬
шими прочностными и упругими свойствами, а в направлении поперек
волокон — наименьшими.Анизотропия армированных пластмасс обусловлена ориентацией
стекловолокна или древесных шпонов в определенном направлении
(рис. 16, б, в). К таким материалам относятся древеснослоистые пла¬
стики, фанера, стеклопластик СВАМ, стеклотекстолиты КАСТ и др.
Термопласты (оргстекло, винипласт), пенопласты можно отнести к
изотропным материалам. Полиэфирные стеклопластики с хаотично рас¬
положенным рубленым волокном по своим свойствам также ближе
к изотропным материалам.Рассмотренные особенности строения армированных пластмасс
и древесных пластиков, структурные факторы имеют взаимосвязь с
их физико-механическими свойствами, которая может быть установлена
эмпирическим путем (например, для древесных пластиков) или выведе¬
на теоретически для любого стеклопластика. Располагая такими зави¬
симостями, можно избежать элементов случайности при выборе армиро¬
ванных пластиков для применения в определенных видах конструк¬
ций. Более того, проектировщик имеет возможность проектировать сам
материал и выдавать технологам задание на получение армированных
пластиков с определенными механическими свойствами. Целенаправ¬
ленное проектирование материала в соответствии с его напряженным
состоянием в элементе (конструкции) повышает надежность конст¬34
рукции и дает экономию материалов. В этом существенное отличие и
преимущество композиционных конструкционных материалов перед
древесиной.ДеформацииОсновы реологии. В материалах, состоящих из компонентов с раз¬
личными упругими свойствами, происходит перераспределение внут¬
ренних напряжений между составными частями материала. В резуль¬
тате напряженное состояние и деформации элементов конструкций
во времени изменяются.Явления, происходящие в твердых телах при длительном действии
в них внутренних напряжений, изучает раздел механики, называемый
реологией.Сложность структур древесины и пластмасс и особенности работы
под нагрузкой их вязкого компонента вызывают нарастание дефор¬
маций при постоянной нагрузке, происходящее в течение долгого вре¬
мени. Такое явление называется ползучестью. Оно характерно для кон¬
струкций из древесины и пластмасс и должно учитываться при проекти¬
ровании (например, приданием строительного подъема балочным конст¬
рукциям покрытия).Следует различать мгновенные деформации и соответствующее им
напряженное состояние и вязкие деформации (деформации последейст¬
вия) с соответствующим напряженным состоянием. Мгновенные дефор¬
мации происходят со скоростью приложения нагрузки. Вязкие дефор¬
мации развиваются после того, как нагрузка перестает возрастать.
Скорость их развития зависит от уровня напряжений. Если последние
не превышают известного предела, то вязкие деформации затухают
(рис. 17, а). Мгновенные и вязкие деформации обратимы после снятия
нагрузки, они — упругие. Если напряжения выше предельного, то
вязкие деформации переходят в пластические, которые являются не¬
обратимыми и развиваются пропорционально времени со скоростью,
зависящей от степени напряжения материала. Развитие пластических
деформаций при достижении суммарной деформацией предельногоРис. 17. Развитие деформаций древесины под действием постоянной нагрузки при раз¬
личных напряжениях:а — упругие деформации; 6 — упруго-пластические деформации; в — релаксация напряже¬
ний; 1 — затухание деформаций последействия при о ^ Ядл* 2 — развитие пластических де¬
формаций при о > Ядл ; 3 — исчезновение деформаций после разгрузки при о < /?дл3*35
Рис. 18. Реологическая модель Фойгтат значения вызывает разрушение (рис. 17,6). Таким об-
* Г Т разом, древесину и пластмассы в общем случае можно от-
I—т—I нести к упругопластическим материалам.Релаксация. Релаксацией называется процесс уменыие-
щ ния напряжений при сохранении постоянного значения за¬
данной при загружении деформации. Релаксационные кри¬
вые (рис. 17, в) имеют вид, обратный кривым затухающей ползучести.
Физическая суть релаксации заключается в преобразовании получен¬
ной при загружении упругой деформации в вязкую деформацию.Изучают релаксацию при лабораторных исследованиях материалов.
Для наглядного представления процесса используются так называемые
реологические модели тел, деформирование которых происходит по
тому же закону, что и самого тела. Процессу затухающей ползучести
наиболее полно соответствует реологическая модель Фойгта (рис. 18).
Пружина Ех обеспечивает приложение нагрузки с образованием на¬
чальной (мгновенной) деформации, параллельно соединенные пружи¬
на Е2 и ползун обеспечивают вязкие деформации. По модели Фойгта
после окончания процесса ползучести полная деформация е = о0/Е1 +
+ о0/Е2. Если учесть, что модуль деформаций выражают через модули
упругости: Яд, = Ег • Е2/(Ег + £2), то получим е = oJEM.Реологические модели отражают качественный характер деформи¬
рования тел, но не имеют в своей природе количественного содержания.
Они не учитывают относительного содержания различных по своим
свойствам составляющих композиционных материалов и перераспре¬
деления внутренних напряжений между составными частями мате¬
риала.Значительно лучшие результаты и действительные количественные
соотношения получают по структурным диаграммам 16].Структурные диаграммы полимеровПолимер состоит из разнородных элементарных частиц, обладающих
различными пределами прочности, длительной прочности и модулями
упругости. При загружении с достаточно большой скоростью каждая
частица в начальный момент воспринимает некоторую долю внешней
нагрузки. При фиксированном значении нагрузки предел длительной
прочности одних частиц оказывается превзойденным, других — нет.
Первая группа частиц будет течь и разгружаться, вторая!— загру¬
жаться дополнительно. В процессе ползучести все частицы деформи¬
руются совместно, но характер деформации их различен: у одних —
это уже вязкие деформации, у других — еще упругие. Происходит
процесс перераспределения напряжений между отдельными компо¬
нентами полимера.Как уже отмечалось, недостатком полимеров является их неогра¬
ниченная ползучесть. Поэтому стремятся комбинировать полимер
с упругим волокнистым наполнителем так, чтобы обеспечить совмест¬
ность их работы под нагрузкой во всем объеме материала. Этим из-36
бегают неограниченной ползучести пластмасс, сохраняя в то же время
достаточную пластичность.В дереве сама природа позаботилась об этом, создав композицион¬
ный материал, в котором сочетаются вязкий компонент — лигнин и
кристаллический наполнитель — мицеллы (см. рис. 10).Механизм ползучести пластмасс можно представить структурной
диаграммой (рис. 19). По оси абсцисс откладываются площади попе-
речного сечения элемента, по оси ординат — напряжения. Рассмотрим
простейшую модель пластмассы, состоящую только из двух компонен¬
тов: из вязких частиц с модулем Е2, у которых длительная прочность
равна нулю, и упругих с модулем Еи у которых длительная прочность
совпадает с пределом прочности апч. Полная площадь поперечного се¬
чения F элемента изображается отрезком ODx и состоит из вязкого ком¬
понента площадью ОСх = mF и упругого компонента площадьюПри приложении фиксированной нагрузки при условии совместно¬
сти деформаций компонентов в элементе развиваются напряжения
а0, изображенные на графике прямой АВ (рис. 19, а). Одновременно
начинается процесс ползучести, сопровождающийся перераспределени¬
ем нагрузки между компонентами, причем доля загружения вязкого
компонента уменьшается, а упругого увеличивается (рис. 19, б). Про¬
цесс ползучести затухает вплоть до момента, когда вязкий компо¬
нент полностью перестает воспринимать внешнюю нагрузку. В упругом
компоненте напряжения, изображенные прямой Л252, еще не достигли
предела прочности, изображенного отрезком CD (рис. 19, в). При
этом начальные напряжения а0 возрастают до а в упругом компоненте,
а деформация элемента в целом увеличивается с е0 до е. Очевидно, что
если начальный уровень загружения повысить так, чтобы конечное зна¬
чение напряжений сделалось равным пределу прочности упругого
(а = апч) компонента, то будет достигнута длительная прочность мате¬
риала в целом (а0 = сгдл). При этом ползучесть из затухающей превра¬
щается в нарастающую и по истечении какого-то времени материал
разрушается.В случае загружения в пределах длительной прочности после окон¬
чания процесса ползучести имеем (рис. 19, г)C1D1 = (1 —т) F.o0F = о (1 — т) F = гЕ (1 — т) F.
Отсюда получим е = о0/Е (1 — т) = oJEj^.Аббо6nv С D
' ~Л==1/?FаВгРис. 19. Структурная диаграмма полимера37
Таким образом, величина Е (1 — т) является длительным модулем
деформаций, а его отношение к модулю упругости — длительным де¬
формационным коэффициентом ядл = (1 —т).При о = апч, когда а0 = имеем по структурной диаграммеОдл == Фпч (1 ^0 == Опч^-дл»Структурные диаграммы позволяют установить для конструкцион¬
ных пластмасс такие важные структурные критерии, как коэффициен¬
ты длительной прочности и деформативности (они могут быть равны
и неравны друг другу), которые используются при нахождении расчет¬
ных механических характеристик материалов.Длительное сопротивление древесины и пластмассУпругопластические материалы имеют значительно изменяющиеся
во времени прочность, сопротивляемость и деформативность при по¬
стоянной длительной нагрузке.При длительном действии нагрузки предел прочности уменьшается,
но это понижение наблюдается до определенного значения — предела
длительного сопротивления адл. Имея зависимость между разрушаю¬
щим напряжением и временем от начала загружения до разрушения
образца, можно построить кривую длительного сопротивления (рис. 20).
Любая точка этой кривой показывает, что для разрушения материала
при данном напряжении апч > оп > адл необходимо некоторое время
t (от 0 до оо). Величина апч (предел прочности) находится обычными
машинными испытаниями при t = 0, остальные точки кривой длитель¬
ного сопротивления находятся при длительных испытаниях. Преде¬
лом длительного сопротивления называется наименьшее значение пре¬
дела прочности материала, полученное при испытании постоянной ста¬
тической нагрузкой, действующей достаточно долгое время.Физическая суть рассмотренных особенностей длительной прочности
и жесткости объясняется композиционной структурой и составом
материалов. В древесине упругим элементом являются волокна древес¬
ного вещества, состоящие в основном из целлюлозы, а вязким — меж¬
клеточное вещество, состоящее преимущественно из лигнина. Нагру¬
жение древесины сопровождается переходом усилий с вязкого межкле¬
точного вещества на упругую целлюлозную основу. Этот процесс тре¬
бует времени и завершается тем скорее, чем выше напряжение. Если
в результате перераспределения сил прочность целлюлозной основыбудет превзойдена, то через промежуток
времени, определяемый длительным со¬
противлением материала, наступает его
разрушение. Длительное действие экс¬
плуатационных нагрузок учитывается
при нахождении расчетного сопротивле¬
ния древесины умножением предела
прочности на коэффициент £дл = 0,67.Рис. 20. Длительные сопротивления древесины
О 20 40 60 Q0 100 Ьремя и пластмасс90705030°ггоои38
Для древесных пластиков закономерности длительной прочности
и деформативности аналогичны чистой древесине и таким же образом
учитываются в расчетах конструкций.Рассмотренные закономерности длительной прочности и деформа¬
тивности в целом справедливы и для синтетических композиционных
материалов. Но в зависимости от структуры полимера (цепная или сет¬
чатая), связующего, от вида, объемного содержания и схемы армиро¬
вания стеклонаполнителя, от вида напряженного состояния в них в
разной степени (с различной скоростью и продолжительностью) прояв¬
ляются упругие, вязкие и пластические деформации. В расчетах дли¬
тельность нагрузки учитывается коэффициентом &дл, значение которо¬
го, например, для полиэфирных стеклопластиков составляет 0,2...0,4
для СВАМ — 0,6...0,7; для АГ = 4С — 0,75; для конструкционных
термопластов — 0,3, конструкционных тканей (капроновых) — 0,5,
полимербетонов — 0,45...0,63 и т. д.§ 11. РАБОТА ДРЕВЕСИНЫ И КОНСТРУКЦИОННЫХ ПЛАСТМАСССтандартные определения механических характеристик древесины
и пластмасс проводят на малых образцах по методикам, строго регла¬
ментированным соответствующими ГОСТами. При этом для испытания-F4-+4-100309030100-ф- »•1II *350а20X]|т xjьь41)))!1802U780 -С130018 12- ' Iilli)>2020- •===V/'////VS/TVT/V/60771120 IРис. 21. Стандартные образцы для испытания древесины:а — на растяжение; б — на изгиб; в — на сжатие вдоль волокон; г — на скалывание вдоль
волокон; д — на сжатие поперек волокон39
древесины применяются малые, чистые (т. е. без пороков) образ¬
цы (рис. 21). Для исследования свойств армированных пластмасс
образцы для испытаний вырезают из тонких листов или толстых плит
по направлениям главных осей анизотропии (рис. 22). Испытание круп¬
ных образцов производится лишь в отдельных случаях для получения
показателей работы древесины и пластмасс в условиях наиболее близ¬
ких к действительным.Результаты испытания образца обычно записываются в виде зависи¬
мостей а — е (напряжение — деформация). На основании стандарт¬
ных испытаний образцов могут быть получены: предел прочности —
напряжение, соответствующее разрушающей кратковременной нагруз¬
ке; предел пропорциональности сгпп — напряжение, соответствующее
точке перехода прямого участка зависимости в криволинейный (для
некоторых видов работ материалов зависимость может быть без четко
видимого перехода); модуль упругости Е — показатель жесткости ма¬
териала, равный тангенсу угла наклона зависимости а — е к оси абс-Рис. 22. Схемы выемки и формы образцов армированных и слоистых пласти ков для
испытанийх — вдоль слоев шпона, вдоль волокон, вдоль основы (тканей); у — поперек слоев шпона,
поперек волокон, вдоль утка (ткани); г — перпендикулярно слоям шпона или стеклоткани;
I, 2, 3 на растяжение; 4, 5, 6 — на сжатие; 7, 8, 9 ~ на скалывание; 10, 11, 12 — на из¬
гиб40
Рис. 23. Типичные кривые о — е для древесины сосны:1	— растяжение вдоль волокон; 2 — сжатие вдоль волокон; 3 — местное сжатие поперек
волокон; 4 — смятие по всей поверхности поперек волокон; 5 — растяжение (поперек воло¬
кон); 6 — перерезывание волокон; 7 — скалывание вдоль волокон; 8 -— скалывание поперек
волоконцисс. В качестве рабочей принимается величина модуля упругости на
прямолинейном участке зависимости.Древесина. Типичные зависимости о — е для основных видов со¬
противления древесины сосны приведены на рис. 23. Испытание древеси¬
ны на сжатие вдоль волокон проводится на призмочках размером2	х 2 X 3 см. Предел прочности древесины сосны составляет 40...
50 МПа. Перед разрушением наблюдается некоторое развитие пласти¬
ческих деформаций (график 2 на рис. 23). Примерно так же работает
древесина при сжатии вдоль волокон по торцовой поверхности, т. е.
при смятии.Показатели прочности древесины при сжатии и смятии поперек во¬
локон (графики 3, 4 на рис. 23) значительно ниже, чем вдоль волокон41
аРис. 24. Смятие древесины поперек волокон:а — по всей поверхности; б — на большей части поверхности при с > 1/л1 и а < А; в — на
иеиыией части поверхности при с ^ */3/ и а^ А(сказывается трубчатое строение древесины). Сопротивление древеси¬
ны смятию зависит от размеров сминаемой части и отношения ее ко всей
площади грани образца (рис. 24). Чем меньше сминаемая часть по от¬
ношению ко всей площади, тем выше сопротивление древесины смятию.
Это объясняется поддерживающим влиянием волокон ненагруженной
части сминаемого элемента. В расчетах это явление учитывается повы¬
шенным расчетным сопротивлением, которое можно находить по фор¬
муле8■Rcm 	= ^с9о(1 + т-Ьх)'(3)где i?C9o определяется по табл. 15; Ьш —длина площадки смятия, см.Предел прочности древесины сосны при растяжении вдоль волокон
составляет 80... 100 МПа (кривая 1 на рис. 23). Однако эта высокая
прочность чистой древесины не может быть использована в строитель¬
ных элементах из-за наличия пороков. Разрушение древесины при рас¬
тяжении происходит хрупко, без заметного развития пластических
деформаций (диаграмма а — е практически прямолинейна).При изгибе зависимости Р — / криволинейные без явно выраженно¬
го прямолинейного участка, но не такие крутые, как при сжатии. Изгиб
происходит со значительной деформацией и сопровождается перерас¬
пределением напряжений по сечению изгибаемого элемента на разных
этапах нагружения. В пределах пропорциональности распределение
напряжений соответствует треугольному закону (поз. 1 рис. 25). Раз¬
рушение начинается в крайних волокнах сжатой зоны, где образуются
складки, отражающие появление пластических деформаций (поз. 2
рис. 25). Затем зона пластичности развивается вглубь сечения, ней¬
тральная ось перемещается в сторону растянутой зоны и растут напря-42
о	JРис. 25. Работа древесины при изгибе:0 — 1—2 — кривая полных деформаций; 1 — работа на изгиб в пределах пропорциональнос¬
ти; 2 — работа после появления складок в сжатой зоне (начало разрушения); 3 — разрушение
от разрыва растянутых волоконжения растяжения. Разрушение заканчивается разрывом наиболее
растянутых волокон (поз. 3 рис. 25).Наибольшее сопротивление при работе на сдвиг древесина оказы¬
вает в случае перерезывания волокон в плоскости, перпендикулярной
к волокнам. При этом (рис. 23, кривая 6) проверка на перерезывание
волокон редко является решающей в определении размеров сечений
элементов строительных конструкций.Самым слабым видом сопротивления древесины является сопротив¬
ление при скалывании — сдвиге в плоскости, параллельной волокнам,
происходящем вдоль или поперек направления волокон (рис. 23, кри¬
вые 7 и 8). Предел прочности на скалывание вдоль волокон для сосны
составляет 6...7 МПа, разрушение имеет хрупкий характер. Предел
прочности на скалывание поперек волокон примерно в два раза мень¬
ше. В конструкциях чаще всего приходится иметь дело со скалыванием
вдоль волокон — в изгибаемых элементах во всех видах соединений.
Скалывание поперек волокон встречается реже.Во многом аналогично древесине работают при растяжении, сжа¬
тии, изгибе древесные пластики и стеклопластики (рис. 26).Прочность древесины, анизотропных и ортотропных пластиков на
растяжение, сжатие, смятие зависит от угла а между действующей
силой и волокнами древесины или армирующего материала в компози¬
ционных материалах. Для некоторых материалов такие зависимости
показаны на рис. 27. Аналогичный характер имеют зависимости мо¬
дулей упругости материалов от угла а. Типичные качественные
зависимости прочности и модуля упругости стеклопластиков от43
300200100ОРис. 26. Диаграммы деформаций материалов:а — при сжатии; 1 — СВАМ вдоль слоев (опп = 300 МПа); 2 — KACT-B по основе (опп =
= 71 МПа); 3 — ДСП-Б вдоль слоев шпона вдоль волокон рубашки (апп = 128 МПа); 4 —
ДСП-Б вдоль слоев шпона поперек волокон рубашки (опп = 100 МПа); 5 — ДСП-В вдоль
слоев шпона поперек волокон рубашки (опп = 745 МПа); б — при изгибе; 6 — ДСП-Б в плос¬
кости, параллельной слоям шпона (опп = 218 МПа); 7 — ДСП-Б — в плоскости, перпенди¬
кулярной слоям шпона (опп = 204 МПа); 8 — KACT-B по утку перпендикулярно плоскости
склейки (опп = 110 МПа); 9 — KACT-B по утку параллельно плоскости склейки (апп =
= 119 МПа); 10 — KACT-B по основе параллельно плоскости склейки (опп = 150 МПа).
11 — KACT-B по основе перпендикулярно плоскости склейки (апп = 149 МПа)угла между направлением усилия и осями анизотропии для рассмот¬
ренных на рис. 13 схем армирования показаны на рис. 28 (а — угол
между направлением расчетного усилия и осью абсцисс).Сопротивление стеклопластиков касательным напряжениям из-за
ортотропности материалов определяется направлением сдвигающих
усилий относительно плоскости упругой симметрии (рис. 16, б). Сдвиг
в плоскости х — у называется междуслойным, а сдвиг в плоскостях х — г
и у — 2 называется сдвигом из плоскости листа. Естественно, слабым
видом сопротивления является сопротивление междуслойному сдвигу,
которое характеризуется, главным образом, прочностью связующего иРис. 27. Зависимости прочности древесины и армированных пластиков от направле¬
ния усилия:а — древесина сосны; 1 — сжатие; 2 — растяжение; б — древеснослоистые пластики; 3 —
ДСП-Б (10 : 1); 4 — ДСП-В (1 ; 1); в *— стеклопластики при растяжении; 5 — KACT-B;
6 - CBAM (1 ; 1)44/<бпп/г"а	б
а	6	в	г	дРис. 28. Типичные качественные зависимости прочности и модуля упругости армо-
пластов от схемы армирования:и — при однонаправленной схеме; б — при продольно-поперечной; в — при косопоперечной;
г — при комбинированной; д — при равномернойструктурным критерием (см. § 7), зависящим от толщины слоя, по ко¬
торому происходит сдвиг. Применение прошивной схемы армирования
заметно увеличивает сопротивление междуслойному сдвигу. В кон¬
струкциях и элементах появление сдвигов из плоскости листа не ха¬
рактерно и такая работа не является определяющей при расчете.§ 12. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ
НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАССВлияние влажности. Влажность весьма существенно влияет на ме¬
ханические свойства древесины, древесных пластиков и ряда пласт¬
масс. В § 9 рассмотрена физическая природа изменения механических
свойств материалов при увлажнении.Механические свойства древесины при увлажнении ухудшаются,
при высыхании — улучшаются. Показатели механических свойств
должны приводиться к стандартной влажности по формуле (2), действи¬
тельной в пределах влажности от 7 до 22%. Коэффициент а отражает
влияние влажности на данное свойство и равняется при сжатии вдоль
волокон для древесины: сосны, лиственницы, березы, бука — 0,05,
для других пород — 0,04. Для всех пород при изгибе коэффициент а
принимается равным 0,04 и при скалывании вдоль волокон — 0,03.
Влияние влажности на прочность древесины при растяжении очень
мало.Влияние влажности сказывается в пределах от 0 до 30%, т. е. до
точки насыщения волокон. Следовательно, на прочности древесины
отражается только изменение гигроскопической влаги, но не свободной.
При высыхании свежесрубленной древесины до воздушно-сухого со¬
стояния ее прочность на сжатие повышается до 2 раз, на изгиб до1,5	раза с увеличением модуля упругости на 25...30%.При увлажнении прочность стеклопластиков уменьшается. При
кратковременном увлажнении в естественных условиях стеклопластики
на основе полиэфирной смолы теряют прочность на 20...30%, а проч¬
ность фенолоформальдегидных стеклопластиков в этом случае умень¬
шается на 10... 15%. Однако после высушивания прочность их восста¬
навливается. При длительном увлажнении прочность полиэфирных
и фенолоформальдегидных стеклопластиков снижается на 30...50%.
Наиболее стойкие к воздействию влаги и воды стеклопластики на эпо¬
ксидных смолах и их модификации.45
Элементы из оргстекла во влажной среде теряют прочность при рас¬
тяжении на 20, при изгибе — на 10, при сжатии и срезе — на 25%..
Элементы из винипласта в тех же условиях при растяжении, сжатии,
срезе — на 10, при изгибе — на 5%.Понижение прочности древесины, древесных пластиков, стекло¬
пластиков, термопластиков, полимербетонов в условиях повышенной
влажности учитывается в расчетах строительных конструкций соот¬
ветствующими коэффициентами условий работ, которые вводятся в
расчетную характеристику материалов.Коэффициенты условий работы т* и тн для деревянных конструк¬
ций приведены в табл. 1, а коэффициенты условий работы mw для
древесных пластиков и пластмасс — в табл. 2.Таблица 1. Коэффициенты условий работы тв для деревянных конструкций,
находящихся в условиях повышенной влажности и температуры, и коэффициент'/?*,,
для конструкций при ветровой, монтажной и сейсмической нагрузкахГруппа конст¬
рукций'"вВиды сопротивленииНагрузкиАх, А2, Б11Все виды сопротивления по¬Ветровая1,2перек волокон древесиныМонтажная1,2Сейсмическая1,4A3, Б20,9Смятие поперек волоконВетровая1,4В, Г10,85Монтажная1,4Г2, Д1, Д20,75Сейсмическая1,6Примечания: 1. Коэффициент тъ умножается на 0,8 при температуре воз¬
духа внутри помещения от 35 до 50° С и, если усилия в элементах от указанных
нагрузок превышают 0,8 от полной расчетной нагрузки.2. Расчетные сопротивления повышают на коэффициент тн независимо от вве¬
дения коэффициента для учета основных или особых сочетаний нагрузок.Таблица 2. Коэффициенты условий работы mw для древесных пластиков
и пластмассМатериалыК расчетным
сопротивле¬
ниямК модулю
упругостиДревесные пластики:фанера бакелизированная ФБС0,90,95древеснослоистый пластик ДСП-Б10,95древесноволокнистые плиты сверхтвердые0,50,5твердые0,40,4древесностружечные плиты0,70,7Стеклопластики:полиэфирный листовой0,750,8КАСТ-В, АГ-4С, СВАМ0,850,8Термопласты:стекло органическое0,950,95винипласт листовой марок ВН и ВП0,90,9Сотопласты на основе крафт-бумаги0,50,6Полимербетон ФАМ0,70,646
Влияние температуры. Прочность древесины при повышении тем¬
пературы уменьшается, при понижении — увеличивается. Замора¬
живание вызывает дальнейшее увеличение прочности древесины. Для
влажной древесины влияние температуры сильнее, чем для сухой.
Значительное повышение температуры при высокой влажности вызы¬
вает пластификацию древесины, что используется при гнутье деревян¬
ных элементов (не надо путать с изготовлением гнутоклееных дощатых
элементов). При замораживании влажной древесины увеличивается
хрупкость и опасность ее раскалывания (при забивке гвоздей, скоб
и механической обработке), что следует иметь в виду при производстве
работ в зимнее время. При повышении температуры модуль упругости
древесины уменьшается и деформации элементов и конструкций увели¬
чиваются.Резко реагируют на повышенные температуры пластмассы, что
объясняется деструктивными изменениями в их структуре. Эксплуата¬
ция конструкций из полиэфирных стеклопластиков допускается до
+40° С. Более термостойки фенолоформальдегидные и эпоксидные стек¬
лопластики, которые могут применяться в конструкциях до эксплуата¬
ционных температур 4-80° С.Изменение механических характеристик материалов от температу¬
ры учитывается в расчетах соответствующим коэффициентом условий
работ ти значения которого для различных материалов приведены в
табл. 3.Таблица 3. Коэффициенты условий работы mt для древесных пластиков
и пластмассПри температуре, °С4060МатериалыК расчет¬
ному со¬
противле¬
ниюК модулю
упру¬
гости и
сдвигаК расчет¬
ному со¬
противле¬
ниюК модули,
упругости
и сдвигаДревесные пластики:0,7фанера ФБС0,90,70,6ДСП-Б0,80,70,750,6Стеклопластики:полиэфирный листовой при растяжении,0,60,40,850,60,40,85сжатииизгибеКАСТ-В, АГ-4С, СВАМ0,650,65Термопласты:0,70,750,40,6стекло органическое ПАвинипласт марок ВН и ВП0,50,550,30,45Пеноп ласты:ПСБ, ПС-1, ПС-40,80,80,60,5ПХВ-10,80,80,50,4ФРП0,850,850,70,7Полимербетон ФАМ0,90,90,80,8Старение пластмасс. При эксплуатации строительные конструкции1
подвергаются воздействию не только влаги и температуры, но и света47
(солнечной радиации, теплового облучения), химической агрессии
и т. д. Для капитального строительства имеет важное значение устой¬
чивость материалов против длительного воздействия различных факто¬
ров. Способность материала сопротивляться разрушающему действию
внешней среды характеризуется его физико-химической стойкостью.
Большинство полимеров, как уже отмечалось, обладают достаточ¬
но высокой стойкостью к агрессивным химическим средам (кислот¬
ным, щелочным, соляным) Можно подобрать полимер, обладающий
антикоррозийными качествами против воздействия конкретного хими¬
ческого агента. Полимеры, как правило, не гниют.Вместе с тем при длительном воздействии различных атмосферных
факторов полимеры постепенно разрушаются. Этот процесс называется
старением и сопровождается нарушением структуры полимера, появле¬
нием трещин (поверхностных и в толще материала), помутнением по¬
верхности и т. д. В стеклопластиках наблюдается оголение наполни¬
теля, нарушение связи его со связующим, вымывание его.Старение вызывает снижение механических характеристик мате¬
риалов, что учитывается при расчете строительных конструкций соот¬
ветствующими коэффициентами условий работ. Выше рассмотрено
влияние температурно-влажностных факторов на различные материалы
и соответствующие коэффициенты т1 и mw.Для стеклопластиков, применяемых в несущих и ограждающих
конструкциях, эксплуатируемых в условиях воздействия солнечной
радиации и теплового облучения, старение учитывается коэффициентом
/п/, значения которого приведены в табл. 4 для различных районов
страны.Таблица 4. Коэффициенты условий работы для стеклопластиковК расчетным сопротивлениямК модулюупругостиМатериалыРайон сред¬Южные раГ'Район средЮжные рай¬ней полосьоныней полосыоныПолиэфирный ЛИСТОВОЙ0,750,650,850,8КАСТ-В0,70,70,80,8Следует отметить, что влияние атмосферных факторов на старение
пластмасс изучено еще недостаточно. Фактические данные наблюдений
за материалами в натурных условиях накапливаются, и это будет спо¬
собствовать совершенствованию проектирования для обеспечения дол¬
говечности конструкций.§ 13. ВЛИЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ ПОРОКОВ
НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫВ элементах деревянных конструкций приходится считаться с неиз¬
бежным наличием пороков и учитывать их влияние на прочность дре¬
весины. Наиболее распространенными пороками являются: косослой,
сучки и трещины (рис. 29). Невозможно найти лесоматериал без поро-48
6 6
Рис. 29. Пороки древесины:а — неправильности строения древесины; 1 — косослой; 2 “ свилеватость; 3 =* крепь;
6 — трещины; 1 — мети к; 2 — Морозовой; 3 — отлуп; в —• сучки; 1 — округло-овальныйз
2 — сшивной в еловой доске; 3 — лапчатый в сосновой доскеков. Поэтому древесину необходимо применять с учетом отрицательно¬
го влияния допустимого количества пороков.^Древесные волокна, вытянутые по длине ствола, сравнительно ред¬
ко направлены строго параллельно оси ствола. Чаще волокна имеют
спиральное (вокруг оси ствола) направление и образуют поверхность,
называемую косослоем (рис. 29, а, поз. 1). Волнистая поверхность
(рис. 29, а, поз. 2) называется свилеватостью. Местные искривления
при огибании волокнами древесины сучков называются завитками
(рис. 29, в, поз. 1).Естественные пороки древесины. Косослой — явление рас¬
пространенное, косослойные стволы сосны составляют до 80% об¬
щего количества деревьев. Древесные волокна в ряде годичных
слоев образуют спираль одного направления, а в других — спираль
другого направления. Количественно косослой характеризуется углом
закручивания спирали — углом между направлением волокон и осью
ствола и редко для сосны превышает 10®.Наиболее отрицательно косослой влияет на прочность при растя¬
жении вдоль волокон, так при содержании косослойной древесины до
10% от прямослойной предел прочности ее при растяжении составляет
80%, а при сжатии вдоль волокон — 97% от прочности целиком пря¬
мослойной древесины.Косослой влечет за собой и другие отрицательные явления. Так,
при высыхании косослойное бревно растрескивается сильнее, выпи¬
ленные из него доски при высыхании коробятся вдоль и перекручивают¬
ся, что объясняется неравномерной усушкой по длине ствола ввиду
перерезывания волокон и вскрытия их полостей.4 2-73449
200di'.tfjafa10,80,6oa0,2\\\ ■\\V,\Sч10,2 OA&bРис. 30. Сучковатость древесины:
a — способ определения сучковатости и нормативы;
б — сучок, выходящий на пласть; в — сучок, выхо¬
дящий на ребро; г сучок, выходящий на кромкуРис. 31. Кривые снижения проч¬
ности пиломатериала в зависимо¬
сти от относительных размеров
сучка:1 — при растяжении; 2 — при из¬
гибе; 3 — при сжатииСучковатость — наиболее распространенный, сильно сни¬
жающий качество древесины порок (рис. 29, в). Вред, причиняемый
сучками, зависит от размеров, количества, расположения и состояния
их, а также от размеров прилегающей к сучку зоны присучкового ко¬
сослоя — завитков. Для элементов деревянных конструкций различ¬
ной категории введены ограничения на наличие сучков в любом сече¬
нии элемента (напомним, что в сечение попадают все сучки на участке
длиной 20 см вдоль длины элемента) и на расстояние между сечениями
(рис. 30, а). Так, для элементов I категории суммарная сучковатость
Sdj (здесь dt — размер каждого сучка по ширине элемента) не должнапревышать Ъ (Ь — ширина элемента) и расстояние между сечения¬
ми I > 50 см; для элементов II категории ^ b и I ;> 40 см;для элементов III категории ^ Ь, а / не ограничивается.На рис. 31 показана зависимость коэффициента снижения проч¬
ности элементов kCH от отношения размеров сучков к ширине элемента. В большей мере сучковатость понижает прочность растянутыхэлементов и растянутой зоны изгибаемых элементов, в меньшей —
сжатых (рис. 31). Самыми опасными являются сучки, выходящие на
кромку или на ребро элемента. Наличие таких сучков вызывает боль¬
шое количество перерезанных волокон завитков, вследствие чего резко
снижается несущая способность элемента. Пиленые сортименты отно¬
сительно (на 15...20%) слабее круглых, не имеющих на своей поверх¬
ности перерезанных волокон. Мелкие элементы ослабляются сучками
сильнее крупных. Несимметричное положение сучка при осевом уси¬
лии вызывает внецентренный изгиб, неучитываемый расчетом.50
Таблица 5. Категории элементов деревянных конструкцийНаименование элементов и зон их поперечных сеченийКатегорияэлементовдеревянныхконструкцийИз мате¬
риала
сортаРастянутые элементыРастянутая зона составных балок на податливых связях
Растянутая зона (не менее 0,17 высоты сечения от кром¬
ки) клееных балок высотой более 50 смI1Сжатые и изгибаемые элементыСжатая зона (не менее 0,17 высоты сечения от кромки)
и растянутая зона (от 0,17 до 0,34 высоты сечения от
кромки) клееных дощатых балок высотой более 50 см
Сжатая и растянутая зоны (не менее 0,17 высоты сече¬
ния, но не менее двух досок от кромки) клееных балок
высотой менее 50 см, изгибаемых, сжато-изгибаемых и
сжатых элементовII2Средняя по высоте зона поперечного сечения клеевых из¬
гибаемых, сжато-изгибаемых и сжатых элементов
Настилы, обрешетки под кровлю и неответственные эле¬
менты, повреждение которых не нарушает целости несу¬
щих конструкцийIII3Примечание. Растянутые элементы опор воздушных линий, башен, выпол¬
няемые из круглого лесоматериала, при напряжениях до 70% расчетного допуска¬
ется относить ко II категории.Трещины нарушают цельность древесины, создают опасность
расслоения элементов. Наиболее опасны трещины по плоскостям ска¬
лывания и в соединениях. За развитием трещин должно быть установ¬
лено тщательное наблюдение. Вредное влияние трещин сказывается
и в том, что сквозь них внутрь элемента проникают пыль, сырость и
споры дереворазрушающих грибов.При проектировании деревянных конструкций влияние пороков в
расчетах учитывается при нахождении расчетного сопротивления ма¬
териала коэффициентом £ПОр, который при сопротивлении древесины
сжатию равен 0,67, при изгибе — 0,44, при растяжении — 0,36.Категории элементов деревянных конструкций. Для обеспечения
надежной работы конструкций СНиП 11-25-80 ограничивает наличие
пороков в соответствии с работой элементов, поскольку влияние поро¬
ков неодинаково для разных видов сопротивления древесины. Разде¬
ление элементов несущих конструкций на категории по их работе при¬
ведено в табл. 5. В соответствии с требованиями к лесоматериалам,
предъявляемым к элементам различной категории, в них могут быть
применены лесоматериалы определенного сорта. По ГОСТам кругляк
разделяется на три сорта, брусья — на пять, доски — на шесть.На рабочих чертежах конструкций обязательно указывается кате¬
гория элементов.4*51
§ 14. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРОВ
НА ИХ СВОЙСТВАСтеклопластики по своей структуре являются неоднородными мате¬
риалами. Степень неоднородности их структуры зависит от наличия
дефектов, образующихся в процессе переработки материала в изделия,
дефектов исходного сырья и дефектов, возникающих во время эксплуа¬
тации. Доминирующее влияние на качество материала оказывают тех¬
нологические дефекты. Источником образования их являются: несо¬
блюдение режимов подготовки исходного сырья, состояние технологи¬
ческого оборудования, нарушение технологических регламентов (ре¬
жим нагревания, охлаждения, давление, скорость протяжки).Основные дефекты структуры стеклопластиков следующие: поверх¬
ностные вздутия, расслоения, трещины, коробление, повышенная по¬
ристость, раковины; смещения, поворот и коробление отдельных слоев
армирующего материала; снижение адгезии связующего и наполните¬
ля; неравномерность усадки материалов и т. д. Эти дефекты приводят
к тому, что в материале (изделии) образуются участки со значительным
расхождением физико-механических свойств, появляются внутренние
остаточные напряжения, нарушается ориентация армирующего волок¬
на, появляются концентраторы напряжений и т. п.	'При проектировании снижение расчетных характеристик материа¬
лов учитывается коэффициентом неоднородности &одн, который для боль¬
шинства конструкционных пластмасс равен 0,6...0,8.§ 15. СОРТИМЕНТЫ ЛЕСНЫХ
И СОРТАМЕНТЫ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВЛесоматериалы, применяемые в строительстве, делятся на круглые
и пиленые, размеры которых определены соответствующими ГОСТами,
требованиями СНиПов и техническими условиями на заготовку,
производство и применение их (рис. 32). Пиломатериалы бывают сле¬
дующих видов: доски — толщиной не более 100 мм при отношении
Не > 2; бруски —толщиной не более 100 мм при отношении Не ^ 2;брусья —толщиной более 100 мм;
пластины и четвертины — брев¬
на, распиленные вдоль на две и
четыре равные части. Длина пи¬
ломатериала должна быть не бо¬
лее 6,5 м (для мостостроения —9,5	м).При проектировании деревян¬
ных конструкций следует стре¬
миться к сокращению числа при¬
меняемых сортиментов. Это об-Рис. 32. Лесоматериалы:1 — бревно; 2 — пластина; 3 — четвертина;
4 — горбыли; 5 — необрезные доски; 6 —
обрезные доски; 7 — полуобрезные доскиЗ
8 — лежень; 9 — четырехкантный брус52
легчает процесс лесопиления, деревообработки и сортировки лесома¬
териала по качественным категориям, повышает качество изготовле¬
ния конструкций и как результат их надежность. Рекомендуемый со¬
кращенный сортимент пиломатериалов для несущих деревянных кон¬
струкций (ГОСТ 8486—66) приведен в прилож. 6 [101.При применении в строительных конструкциях материалов на ос¬
нове полимеров (фанеры, древеснослоистых пластиков, стеклопласти¬
ков, пенопластов и др.) необходимо руководствоваться указаниями
соответствующих ГОСТов, ВТУ, МРТУ, регламентирующих их раз¬
меры и качественные показатели.Глава IIПРИМЕНЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ
И ПЛАСТМАССОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ В ЗДАНИЯХ§ 16. СТРОИТЕЛЬНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕИ ПЛАСТМАССОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ В ЗДАНИЯХ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯКонструкции, выполняемые из дерева или с применением пласт¬
масс, подразделяются на несущие и ограждающие. Могут быть и проме¬
жуточные их формы. Несущие конструкции воспринимают различные
нагрузки и подвергаются статическому расчету. Ограждающие конст¬
рукции отделяют производственные или жилые помещения от внешней
среды и рассчитываются на ее воздействие.В зависимости от температурно-влажностных условий эксплуата¬
ции выделены следующие группы деревянных конструкций:группа А1 — внутри отапливаемых помещений производственных,
общественных и жилых зданий с относительной влажностью воздуха
W = 60%;группа А2 — внутри отапливаемых помещений производственных
зданий с W до 75%;группа АЗ — то же, при W = 75%;группа Б1 — внутри неотапливаемых складских зданий без выде¬
ления водяных паров;группа Б2 — внутри неотапливаемых животноводческих зданий
с выделением водяных паров;группа В — опоры воздушных линий электропередач, связи, ос¬
ветительных сетей с расчетной температурой ниже минус 40° С;группа Г1 — шахтные крепи, шпалы, опоры, т. е. элементы конст¬
рукций, соприкасающиеся с грунтом;
группа Г2 — сваи;
группа Д1 — градирни;группа Д2 — гидротехнические сооружения.По форме конструкции делятся на плоские и пространственные.
Первые предназначены для работы в своей плоскости (обычно —53
Таблица 6 Ограждающие и несущие дереоннные и пластмассовые конструкции54Основной способизготовленияПостроечныйЗаводскойПостроечныйзаводскойЗаводскоеЗаводскойПостроечныйсоединенияВрубки,болтыПластинчатынагели.болты.винтыГвозди.болты.врубкиКлейКлей
Клей,болтыОсновнойматериалБревна
круглые или
окантованные,
пластиныБрусья
обзольные
или чистыеДоски
и брускиДоски тонкиевоздушносухиеСталь,стеклопластикиДоски тонкие
воздушносухие,
фанера
листоваяФанерныепрофили(трубы,швеллеры)Пространственные
несущие конструкцииБашни Вышки Мачты
Мосты, эстакады, галереиxjjpСетчатые Купола Гнутые
своды оболочки дощатые
сводыСводы-оболочки^-^.Оболочки:
призматические цилиндрические.ЛЛЛЛЛ. /WVYКупола Гипары Висячие
Башни Вышки МачтыПролетные строения мостовJXlXXlXMXl)^ Щсквозные
О 0 ФермыJ Стойки |ФермыАркиКомбинированныеФермы
Фермы ©сплошные
Трехшарнирные системыРамыАркиАрки Рамы
РамыгчпАРамы1*410АркиrsQIНесущие конструкции плоскиепростейшиеБалочныеРамные1 III ГБалки Деревягина	БалкиJrnril II II II 1^ I^fmrrq ■БалкиРамныеriHriБалкис плоской стенкойРЩс волнистой стенкойir —1Ограждающие __
конструкцииЬ£ПрогоныйПрогоны
Щиты обрешеткиПрогоны
Щиты покрытийшПлиты покрытий
Продолжение табл. 6ОграждающиеконструкцииСветопроницаемыепанели:волнистый лист
трехслойныецельно¬формованные!□□□□□!ТрехслойныеВМт-^0Куполаверхнего света
ПленкаЖР= О	.:ПленкаЛГУТПКДр>0сквозные
Фермы qаШшV3 Арки ®Мачты Вышки
Купола|ПневмобалкиДр = 3 МПаР- - JПневмоарки
—*Др = 3 .5 МПа
&пространственные сплошныеОболочки: из лоткообразных элементов:
плоские ^ цилиндрические& ^ ШШ2?одинарной кривизныМШШГдвоякой кривизны из воронкообразных элементовтут YYYj гиперболические^^^!^^	у_		**	**	ц	| купола из сборных элементов:1/2 сферы 3/4 сферы Пневмонадувные Др7777777777 7-7777777 7 >7SSW777S S7S > > S >7 W>Л юЛSSWJПневмокаркасные КомбинированныеДр=3...5МПаyfl—n—ft—а if'-P-'Tl ИКТ—И—IVAp>0/ \ Ap J AP ✓ 'K•гг?? ?Г7ГГТ-УГ? 7?\ > 7*S777Несущие конструкции IОсновной способОсновнойматериалКонструк¬ционныестеклогласти^листовыеволнистыепрофильныетрубыТрехслойные
конструкции
с применением
жестких
пенопластовТермопластыI	Ткани, пленкиПневматические
и каркасно¬
пленочные
конструкцииизготовленияЗаводскойЗаводскойЗаводскойЗаводскойсоединенияКлей
*' БолтыКлей JСваркае Клей,
прошивка
вертикальной) и воспринимают чаще всего вертикальные нагрузки
(например, вес снега), вторые должны воспринимать нагрузки любого
направления (например, ветер).По форме конструкции различают (см. табл. 6): плоские простей¬
шие — балочные, подкосные, шпренгельные, подвесные; плоские
сплошные — плиты, панели, составные балки, арки, рамы; плоские
сквозные — балочные и арочные фермы, рамы, комбинированные
системы; пространственные в покрытиях зданий — своды, купола,
складки, гипары, структурные конструкции; сооружения башенного,
мачтового и мостового типов (мосты, галереи, эстакады).В зависимости от вида основного материала конструкции бывают:
деревянные (в том числе из клееной древесины), в которых из других
материалов выполняются лишь детали узлов или неосновные элементы
(эти конструкции могут быть безметальными, т. е. не имеющими расчет¬
ных стальных частей; соединения выполняются из ФБС и нагелей из
ДСП-Б);металло-деревянные, в которых растянутый пояс (обычно — ниж¬
ний) и другие элементы выполнены из стали, а сжатые и сжато-изги-
баемые элементы — из дерева (соединения в узлах металлические);дерево-пластмассовые, в которых растянутые элементы выполнены
из высокопрочных конструкционных стеклопластиков (СВАМ, АГ-4С),
а сжатые и сжато-изгибаемые — из дерева. Соединения в узлах из
КАСТ-В и АГ-4С;клеефанерные, в которых элементы выполнены из древесины и фане¬
ры;пластмассовые, которые выполняют либо целиком из пластмасс
(например, оболочки и пневматические конструкции), либо из тради¬
ционных материалов со значительным использованием пластмасс.По производственному признаку различают конструкции:
заводского изготовления, выполняемые механизированным способом
в оборудованных цехах, удобные для перевозки, легко монтируемые
на месте установки;построечного изготовления, выполняемые на месте возведения с
применением малой механизации (электроинструментов) или вручную.
Способ применим в лесных районах, в местах, удаленных от промыш¬
ленных центров, при малом объеме работ.Конструкции применяются большей частью в виде статически
определимых систем, наиболее надежных в работе: усилия в них не за¬
висят от деформаций системы. Эти системы имеют меньшее число стерж¬
ней и опорных креплений, отличаются большей простотой изготовле¬
ния и монтажа по сравнению с системами статически неопределимыми.В некоторых случаях используются преимущества статически
неопределимых систем, в основном — их повышенная жесткость по
сравнению со статически определимыми (в неразрезных балках, успеш¬
но применяемых в покрытиях; в некоторых простейших системах, не¬
изменяемость которых обеспечивается жесткостью неразрезного про¬
гона). Особенно отчетливо повышенная жесткость статически неопре¬
делимых конструкций проявляется в куполах, оболочках и т. пНаличие или отсутствие распора, значительно влияющего на рабо-56
Таблица 7. Номенклатура типовых и рекомендованных к экспериментальному
строительству клееных деревянных конструкцийНаименованиеконструкцииПро¬лет,мРасчетнаянагрузка,МПаЗатраты дре¬
весины на
1 м2 площади
покрытия, м8Область примененияСерия из¬
делияТиповые конструкцииБалки прямолиней¬
ные постоянной вы¬
соты6; 7,5120...3800,006...0,025Сельскохозяйствен¬
ные производствен¬
ные здания1.462-2Балки двухскатные9; 12;
1890...2700,017...0,044Производственные
здания и склады1.462-2Рамы гнутоклееные12; 1860.. .1200,030...0,038Сельскохозяйствен¬
ные здания. Склады
минеральных удоб¬
рений1.822-1Арки треугольные
со стальной затяж¬
кой9; 12;
1860... 1200,015...0,025Здания различного
назначения кроме
складов1.860-2Фермы сегментные
с подвесным потол¬
ком15; 18;
21; 24180...2700,010...0,015Общественные зда¬
ния1.263-1То же, без подвес¬
ного потолка15; 18;
21; 24150...2400,010...0,014Производственные и
складские здания1.263-1Плиты покрытий
фанерные310...200,021(включаяфанернуюобшивку)Сельскохозяйствен¬
ные здания1.865-2Панели стен фанер¬
ные3—0,029То же1.823-1Рекомендованные к экспериментальному строительству конструкцииРамы из прямоли¬
нейных элементов (с
соединением на зуб¬
чатый шип)12; 1845...900,021...0,045Сельскохозяйствен¬
ные зданияГипро-сельхоз,ЦНИИСКАрки треугольные
с деревянной за¬
тяжкой9; 12;
1860...1200,028...0,043Производственные и
складские здания с
химически агрессив¬
ной средойТо жеАрки трехшарнир¬
ные кругового
очертания18; 24120...1900,016...0,023Производственныездания» »Арки трехшарнир¬
ные стрельчатые4590...1200,045...0,055Склады минераль¬
ных удобрений» »Плиты покрытий
фанерные610...200,049Промышленные и
сел ьскохозяйствен-
ные зданияГипролес-промПанели стен фанер¬
ные6450,033То жеЦНИИСК57
ту конструкций и их опор, является важной характеристикой. Наи¬
более распространены безраспорные несущие конструкции. К ним
относятся все балки и балочные фермы, а также конструкции с вос¬
принятым распором — арки и трехшарнирные системы с затяжками.К распорным системам относятся: подносные конструкции без за¬
тяжек, стропила с повышенной распоркой, подъемистые арки и рамы,
а также своды, работающие без затяжек.В табл. 6 приведены классификации наиболее распространенных
разновидностей несущих и ограждающих конструкций по форме, по
основному материалу, способу соединения и способу изготовления. Ге¬
неральные размеры несущих конструкций и наиболее характерные тех-
нико-экономические показатели (£м.к — коэффициент собственной
массы конструкции и kM — коэффициент содержания в ней металла
или другого материала) приведены дальше в главах VII, VIII, IX.В настоящее время в СССР создается мощная производственная
база для заводского изготовления несущих и ограждающих клееных
деревянных конструкций. Их рекомендуется в первую очередь приме¬
нять: в зданиях и сооружениях с химически агрессивной средой в от¬
ношении стали и железобетона; в производственных и общественных
зданиях и сооружениях различного назначения с температурно-влаж-
ностным режимом для групп конструкций Al, А2 и Б1.В нашей стране проводятся обширные работы по разработке, иссле¬
дованию, опытному проектированию и экспериментальному внедрению
в практику различных строительных конструкций из клееной древе¬
сины. Госстроем СССР утверждены типовые проекты и рекомендованы
к экспериментальному строительству клееные деревянные конструк¬
ции (табл. 7).Допускается применение конструкций из клееной древесины в од¬
ноэтажных производственных зданиях II степени огнестойкости, что
значительно расширяет их область применения (СНиП II-2-80).§ 17. СОСТАВЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ ЗДАНИЯ
(СООРУЖЕНИЯ)Составление конструктивной схемы здания (сооружения) вклю¬
чает в себя выбор типа и вида несущих и ограждающих конструкций.
Выбор конструкций зависит от следующих факторов: назначения зда¬
ния и архитектурных требований; основных размеров (пролет, высота,
длина); района строительства и расчетных нагрузок; наличия мате¬
риалов для несущих и ограждающих конструкций; способов соедине¬
ния несущих конструкций и условий их изготовления; условий эксп¬
луатации и производственных требований и др.Обычно из-за большого числа и разнообразия требований, предъяв¬
ляемых к проектируемым конструкциям, выбор наиболее рациональ¬
ного решения производится путем разработки и сравнения нескольких
вариантов конструкций. Оценку и выбор наиболее рационального ва¬
рианта производят по результатам анализа их технико-экономических
показателей и таких критериев, как удобство перевозки при централи¬58
зованном изготовлении, стойкость против возгорания и агрессивных
воздействий среды.Если нет каких-либо дополнительных требований, определяющих
тип и вид конструкций, составление конструктивной схемы здания
(сооружения) должно проводиться при комплексном учете всех перечис¬
ленных факторов. При этом один из факторов может определять тип и
вид конструктивного решения.Зависимость конструкции от назначения здания. Например, при
строительстве здания выставочного павильона, предназначенного для
демонстрации достижения народного хозяйства, само сооружение
должно отражать последние достижения науки и техники и носить, в
некоторой степени, рекламный характер. Из этих соображений сле¬
дует выбрать клеедощатые или пластмассовые конструкции простран¬
ственной формы (купол, оболочка, гипар и т. п.). Они в полной мере
отвечают архитектурно-эстетическим требованиям. Это единичные,
уникальные сооружения, и соображения экономичности здесь не яв¬
ляются решающими. Склады сыпучих материалов (в частности мине¬
ральных удобрений) по условиям рационального использования их
объема должны быть сооружениями арочного типа — треугольными
или стрельчатыми. При больших пролетах для них используются ин¬
дустриальные конструкции.Для зданий с химически агрессивной средой следует применять без-
метальные конструкции, например для изготовления ферм по перекры¬
тию больших пролетов используются конструктивные стеклопласти¬
ки. При небольших пролетах (до 12 м) в этом случае можно проектиро¬
вать клеедощатые или клеефанерные балки.В помещениях спортивных залов, столовых, выставочных павильо¬
нов и других подобных сооружений необходимо предотвращать скоп¬
ление пыли на несущих конструкциях, что может быть причиной не¬
учтенных нагрузок. Поэтому для этих сооружений следует применять
несущие конструкции, имеющие минимальную поверхность элемен¬
тов, например металло-деревянные и дерево-пластмассовые фермы
с нижними поясами, выполненными из круглых профилей, а так¬
же пространственные фермы из элементов с гладкими' поверхно¬
стями.Освещение и аэрация. Освещение и аэрация помещений промышлен¬
ного типа иногда осуществляются с помощью фонарей. Следует отме¬
тить, что наличие фонарей в деревянных покрытиях часто служит при¬
чиной их загнивания. Поэтому фонари рекомендуется заменять боко¬
выми остекленными поверхностями или применять светопроницаемые
плиты в покрытиях.Размеры сооружений. Тип несущей конструкции сооружения за¬
висит от перекрываемого пролета. Так, например, балочные фермы
применяются для пролетов не более 36 м. При больших пролетах пе¬
реходят к арочным и пространственным конструкциям. При малых
пролетах (5... 12 м) применяются цельные и составные балки, а также
простейшие подкосные конструкции.Выступающие вниз рыбообразные фермы и шпренгельные системы
неприменимы при ограниченной высоте помещений. Для сокращения59
строительной высоты покрытий и перекрытий следует применять клее¬
ные балки и панели.Район строительства. Район строительства влияет на расчетные
нагрузки (снег, ветер). При больших пролетах и нагрузках несущие
конструкции будут иметь сильно развитые сечения элементов. Такие
элементы могут быть клееными или составными на податливых связях
индустриального или построечного изготовления. При очень больших
пролетах перекрытий конструктивные схемы зданий выполняют много¬
пролетными с промежуточными стойками, но такое решение может
оказаться неудобным для размещения технологического оборудования,
что нужно учитывать при выборе схемы здания.Климатические условия, зависящие от района строительства, опре¬
деляют теплотехнические требования к ограждению, его конструкции
и используемым материалам.В лесных отдаленных районах следует проектировать простейшие
конструктивные решения. В индустриальных районах — современные
конструкции заводского изготовления.Зависимость наклона крыши от материала кровли. В зависимости
от материала кровли устанавливается угол наклона крыши, а следова¬
тельно и очертание несущей конструкции. Асбестовые, черепичные и
другие штучные кровли требуют крутых уклонов крыши, вследствие
чего для них наиболее применимы фермы треугольного очертания. При
рулонных кровлях, допускаемых при пологих крышах, применяются
пятиугольные, трапециевидные, сегментные и полигональные фермы.Наличие основных конструктивных материалов. Наличие лесома¬
териала, стали и пластиков определенной сортности и размеров также
определяет выбор типа конструкции: цельнодеревянной, металлоде¬
ревянной, деревопластмассовой, клеефанерной, пластмассовой.При отсутствии высококачественного лесоматериала для растяну¬
тых элементов рекомендуется применять металлодеревянные конст¬
рукции с металлическими растянутыми элементами (затяжкой или
нижним поясом) и с деревянными сжатыми и сжато-изгибаемыми эле¬
ментами из бревен, брусьев и клееных пакетов досок или деревопласт¬
массовые.Применение определенного сортимента лесоматериала влияет на
выбор способа соединения элементов и наоборот. Так, например, при
склеивании обязательно нужно применять воздушно-сухие тонкие доски.Следовательно, конструктивная схема, материал и способ соедине¬
ния взаимосвязаны и это нужно обязательно учитывать при отыскании
оптимального решения конструкции.Изготовление конструкций. На заводах обычно изготавливают сбор¬
ные или сборно-разборные конструкции, отдельные элементы и соеди¬
нения которых могут быть полностью выполнены механизированным
способом. К ним относятся клееные и клеефанерные конструкции раз¬
личных типов, кружально-сетчатые конструкции, пространственные
пластмассовые конструкции, трехслойные панели.Если элементы приходится изготавливать в условиях строительства
и для временных сооружений, то применяются простейшие конструк¬
ции: наслонные стропила, подкосные системы, фермы на лобовых60
врубках, балки на гвоздях с перекрестной стенкой, некоторые метал¬
лодеревянные фермы. Не следует применять сложные соединения, при
изготовлении которых трудно обеспечить точную подгонку элементов
в узлах и стыках.Требование условий эксплуатации. Условиями эксплуатации опре¬
деляются габариты перекрываемого помещения, степень огнестойкости
конструкций, освещенность, температура и влажность воздуха в поме¬
щении, наличие газов, корродирующих металл, наличие пыли, атмо¬
сферные воздействия для открытых конструкций.Для повышения огнестойкости рекомендуется применять конст¬
рукции из массивных элементов — бревен, брусьев или клееных па¬
кетов досок. При опасности коррозии металла следует применять без-
метальные конструкции — клееные балки, фермы и составные балки
с соединениями на дубовых цилиндрических нагелях, кружально-сет-
чатые конструкции с соединениями на врубках и с распором, восприни¬
маемым стенами или фундаментами и т. д.Незащищенные от атмосферных воздействий деревянные конструк¬
ции следует выполнять из бревен или брусьев с зазорами между эле¬
ментами в местах, где нет соединений, для лучшей просушки конструк¬
ций. Узловые соединения таких конструкций не должны способство¬
вать застою в них воды, а металлические части должны быть защищены
от ржавления окраской, покрытием лаком или оцинковкой.Проектирование несущих конструкций должно производиться с
учетом положений единой модульной системы, положений по унифика¬
ции конструктивных схем и применению стандартных деталей и эле¬
ментов, а также с соблюдением технических правил по экономному
расходованию материалов в строительстве.Соблюдение изложенных положений дает возможность достигнуть
рациональной компоновки конструкций. При этом обеспечивается наи¬
более эффективное использование материала в конструкциях, массовое
изготовление деталей и элементов в заводских условиях, сокращается
число их типоразмеров до необходимого минимума, облегчается и уско¬
ряется монтаж конструкций. Стоимость конструкций снижается без
ущерба для их качества.Главным фактором в снижении стоимости конструкции является
экономия древесины, пластмасс и стали, поскольку стоимость материа¬
лов составляет основную часть полной стоимости конструкций. Эко¬
номия материалов может быть получена при выборе рациональной
схемы, наиболее эффективного в данных условиях строительного
материала, наиболее целесообразного для данного строительства спо¬
соба изготовления и монтажа конструкций.Трудоемкость изготовления конструкций снижается путем комп¬
лексной механизации операций по заготовке элементов и соединений.
Для этого конструкциям придается наиболее простая форма за счет
уменьшения числа элементов и узлов, упрощения их, исключения
мелких дополнительных деталей.Трудоемкость монтажа снижается укрупнением собираемых эле¬
ментов и применением наиболее простых монтажных соединений, уве¬
личением жесткости монтажных элементов.61
Одновременно с выбором основных несущих конструкций назна¬
чают расстояния между ними, т. е. шаг конструкций, и устанавливают
способ раскрепления плоских конструкций в неизменяемую простран¬
ственную систему связями жесткости.При выборе шага несущих конструкций учитывают расстояния
между простенками и колоннами в продольных стенах здания, слу¬
жащих опорами ферм, длину лесоматериала, применяемого для прого¬
нов покрытия, а при сборных решениях крыши — размеры щитов
или плит.Проектирование ограждения (построечного или с использованием
готовых панелей стен и плит покрытий) должно быть согласовано с раз¬
работкой основных несущих конструкций с применением одинаковых
материалов, способов соединений, изготовления и монтажа.Выполнение разнообразных требований, предъявляемых к конст¬
руктивному решению, облегчается применением типовых проектов и
конструкций, разработанных с учетом лучших достижений отечест¬
венного и зарубежного строительства.§ 18. ЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ОТ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ, Краткие сведения о гниении древесины. Гниение древесины —
биохимический процесс, сопровождающийся ее разрушением. Воз¬
буждают гниение грибы, которые получают питание от живых или
мертвых растений. Последние — наиболее опасны, так как они раз¬
рушают древесину в конструкциях и на складах (домовые и биржевые
грибы).Последовательность развития гриба такая: спора — гифа — ми¬
целий (грибница) — плодовое тело — спора. Споры находятся повсю¬
ду. Попадая в благоприятные условия, они прорастают. Кроме того,
заражение может произойти путем соприкосновения здоровой древеси¬
ны с гнилой. Гифы — тончайшие нити (d до 0,005 мм) образуют в толще
древесины мицелий, а на поверхности ее— грибницу, пленки и шнуры
гриба. Плодовое тело гриба — плотное скопление грибницы, на по¬
верхности которого образуются споры.Домовые и биржевые грибы разрушают целлюлозу, основную струк¬
турную часть клеточных стенок. Такая гниль называется деструктив¬
ной. Дерево, пораженное деструктивной гнилью, не может быть исполь¬
зовано для изготовления строительных конструкций.Гниение древесины в конструкциях начинается с впитывания ею
воды (увлажнения), а продолжается при выделении влаги в гниющей
древесине. При этом происходит постепенное разрушение клеточной
ткани, древесина теряет в массе, в ней появляются продольные и по¬
перечные трещины, она распадается на кусочки или расслаивается по
годовым слоям. Разрушение идет до полной потери прочности древе¬
сины.Условиями, способствующими развитию гниения, являются: влаж¬
ность древесины, для различных грибов от 20 до 70%, температура —
от 15 до 30°, наличие кислорода, без которого гриб не растет (напри-62
Рис. 33. Конструктивные противогнилостные меры в утепленных покрытиях:
а — циркуляция воздуха при примыкании покрытия к стенке и в опорном узле фермы; б —
вентилирующее устройство у конька крыши; 1 — продух для наружного воздуха; 2 — термо¬
изоляция; 3 — пароизоляция; 4 — ферма; 5 — антисептированная подушка; 6 — гидроизо¬
ляция из двух слоев толя; 7 — зазор между стеной и торцом фермы не менее 5 см; 8 — мине¬
ральный войлокмер, под водой). Изменяя эти условия, можно предотвратить загни¬
вание древесины. Замораживание останавливает развитие гриба,
но не убивает его. Нагрев до +80° убивает грибницу, а при температу¬
ре выше +120° погибают споры, что однако не предотвращает после¬
дующего заражения древесины.Основным в борьбе с гниением древесины служит сохранение ее
влажности в пределах воздушно-сухого состояния (не выше 20%),
т. е. борьба с увлажнением древесины, если она сухая, и просушка,
если она избыточно влажная.Увлажнение может быть: капельно-жидким (атмосферным); эксплуа¬
тационным; биологическим — вследствие жизнедеятельности гриба;,
капиллярным — в результате засасывания влаги из грунта или кладки;
конденсационным — при осаждении влаги из паров окружающего
воздуха на материалы, имеющие температуру ниже «точки росы» этих
паров.Рис. 34. Конструкции опирания покрытия на верхний пояс фермы:с — недопустимое заглубление элементов несущей конструкции в толщу покрытия; 6 «+
рекомендуемое решение: 1 — элементы несущей конструкции; 2 крышаа
+ томительная температура
— отрицательная —»* —Рис. 35. Различные случаи расположения несущих деревянных конструкций по от¬
ношению к ограждающим:а — несущие конструкции расположены полностью в теплом помещении; б — полностью
на холоде (на чердаке); в — несущие конструкции проходят через теплый„подвесной пото¬
лок (не рекомендуется); 1 — теплая крыша; 2 — подвесной потолокСпособы конструктивной защиты от увлажнения и гниения. Конст¬
руктивная защита от гниения направлена на обеспечение воздушно¬
сухого состояния элементов деревянных конструкций во все время их
эксплуатации. При этом предусматривается: предохранение деревян¬
ных конструкций от непосредственного увлажнения капельно-дожде-
вой влагой; обеспечение достаточной термоизоляции с холодной стороны
и пароизоляции с теплой стороны стен, покрытий и других ограж¬
дающих частей отапливаемых зданий; обеспечение просушки древе¬
сины в закрытых частях зданий и во внутренних полостях ограждений
созданием в них осушающего температурно-влажностного режима.
Достигается это следующими основными мероприятиями: несущие де¬
ревянные конструкции делают открытыми, хорошо проветриваемыми,
доступными для осмотра (рис. 33); не допускают заделку частей несу¬
щих конструкций в стены или покрытия отапливаемых зданий (рис. 34) ирасполагают несущие конструкции
целиком в отапливаемом помещении
или вне его (рис. 35), поскольку
конденсат образуется преимущест-Рис. 36. Изоляция элемента несущей
конструкции опорного узла деревянной
арки:1 — паста антисептическая; 2 — гидроизо¬
ляция слоем битума; 3 — пергамин; 4 ж
стальной^башмак; 5 — фундаментРис. 37. Изоляция сквозной стальной
подвески:1 — стальной хомут; 2 — балка; 3— короб
для термоизоляции; 4 — термоизоляция;}
5 <=* прогон; 6 » пароизоляция64
Рис. 38. Опирание де¬
ревянных балок на ка¬
менные стены:
j	паста антисептиче¬
ская; 2 — слой битума
или смолы; 3 — изоляция
в два слоя пергамина на
битуме; 4 — продух; 5 —
кронштейн; 5 — анкервенно в зоне переменных по знаку температур; в покрытиях зданий
рекомендуется устраивать чердаки, обеспечивающие хорошую просуш¬
ку деревянных конструкций; при необходимости устройства совмещен¬
ных покрытий применяют беспустотные конструкции, не имеющие
деревянных частей в зоне низких температур; пустотные конструкции
зданий (стены, покрытия) делают вентилируемыми, обеспечивающими
просыхание древесины; для защиты от конденсации в местах соприкос¬
новения древесины с кладкой или с массивными металлическими час¬
тями (например, с опорными башмаками) дерево изолируют несколь¬
кими слоями толя на мастике с обработкой антисептической пастой
(рис. 36); металлические части, проходящие насквозь через стены и
покрытия, защищают от промерзания термоизоляцией с холодной сто¬
роны и пароизоляцией — с теплой (рис. 37); концы деревянных балок
отапливаемых зданий при тонких стенах (до толщины в 2,5 кирпича,
рис. 38, а) укладывают в глухие гнезда на подкладку из двух слоев
просмоленного толя, при этом концы балок скашивают и на длине
75 см от торца обрабатывают антисептической пастой, после чего покры¬
вают смолой или битумом заделываемую часть балки (кроме торца);
при толщине стен более, чем 2,5 кирпича концы балок опирают на за¬
кладные железобетонные части или укладывают в открытые гнезда
с указанной выше обработкой концов, но без осмолки или обмазки би¬
тумом (рис. 38, б).В деревянных покрытиях не следует применять внутренние водо¬
спуски, деревянные ендовы и фонари верхнего освещения, а при необ¬
ходимости устройства фонарей их делают с вертикальными стенками,
облегчающими отвод влаги; деревянные конструкции не следует при¬
менять в санитарных узлах, банях и других местах с повышенной влаж¬
ностью воздуха, а также в зданиях с относительной влажностью воз¬
духа более 70%.Конструктивная защита обязательна во всех случаях применения
деревянных конструкций, независимо от срока службы здания или соо¬
ружения.Способы химической защиты древесины от гниения. Химическая
защита (антисептирование) древесины производится: во всех случаях,
когда конструктивными мерами нельзя устранить увлажнение древе¬
сины при эксплуатации конструкций; при применении древесины с
влажностью более 20%, но не более 25% и затруднении быстрого ее
просушивания в конструкции; внутри плит покрытий; при соприкос¬5 2—73465
новении с грунтом деревянных элементов или их капельно-жидком
увлажнении.Способы антисептирования элементов деревянных конструкций вы¬
бирают в зависимости от рода сооружения, вида конструкции, состоя¬
ния влажной древесины, условий эксплуатации, условий изготовления
и других факторов. Антисептики бывают двух видов: водорастворимые
(неорганические) и масляные (органические).На деревообрабатывающих предприятиях антисептирование произво¬
дят под давлением в цилиндрах (автоклавах) или в специальных ваннах.Метод пропитки в цилиндрах под давлением наиболее надежен при
глубокой пропитке как маслянистыми, так и водорастворимыми анти¬
септиками. Пропитка в горяче-холодных ваннах производится при от¬
сутствии оборудования для пропитки под давлением. Влажность дре¬
весины, пропитываемой этими способами, не должна превышать 25%.
При этом заболонь пропитывается на 20 мм, а ядро — на 5 мм. Про¬
питку можно производить в одной ванне с заменой горячего раствора на
холодный. Температура горячего маслянистого раствора должна быть90...	110°, а холодного — 40...60°. При применении водорастворимых
антисептиков соответственно 90...95° и 20...30°.Если влажность древесины превышает 25%, то антисептирование ве¬
дут комбинированным методом в высокотемпературных горяче-холод¬
ных ваннах, совмещающих в себе прогрев и сушку древесины в невод¬
ных жидкостях (петролатум, масла) при температуре 110...120° С
(метод А. И. Фоломина). По окончании сушки древесина переносится
в холодную ванну с маслянистым антисептиком. Глубина пропитки
водорастворимыми антисептиками для заболони — не менее 10 мм,
для ядра — не менее 2 мм, для маслянистых антисептиков — 15 и
5 мм соответственно.Утеплители из материалов на основе древесины пропитываются
в ваннах горячим водным раствором фторидного антисептика при80...90°	С и при 60...70° С для фенольного антисептика.К водорастворимым антисептикам относятся фторид натрия
(с концентрацией раствора 3...4%), кремнефторид натрия в смеси с
фтористым натрием в пропорции 1 : 3. Для подземных деревянных
частей используют парофозную фенольную смолу. На 1 м3 древесины
требуется 4 кг фторида натрия на 16 л воды.К маслянистым антисептикам, применяемым в открытых и подзем¬
ных конструкциях, относятся: каменноугольное креозотовое и атраце-
новое масло, древесный деготь, древесная смола хвойных пород, слан¬
цевое масло и древесный креозот.Антисептирование на строительных площадках производят раство¬
рами антисептиков (поверхностно) или пастами. Пасту наносят равно¬
мерно при помощи гидропультов, краскопультов или погружением из¬
делий в ванну с пастой. Густые пасты марки М200 наносят кистью. На
морозе пасты подогревают до 30...40° С. Пасты марки М200 применя¬
ют для защиты массивных элементов, пасты марки М100—для тон¬
ких. Марки паст М100 и М200 различают по количеству расходуе¬
мого антисептика на 1 м древесины (соответственно 100 или 200 г,
дающие слой от 0,5 до 1 мм) и по составу (приложение 1).66
По виду связующих веществ пасты разделяют на битумные, экс¬
трактовые, силикатные и др. Как показывает опыт эксплуатации, пасты
на основе битумов водоустойчивы, не корродируют металлов, но огне¬
опасны во время изготовления, имеют резкий запах при высыхании.
Пасты применяются для элементов, подверженных постоянному или
периодическому увлажнению, соприкасающихся с землей и открытых
для атмосферных воздействий.Пасты на основе сульфитных щелоков (экстрактовые) не имеют за¬
паха, не горючи, не корродируют металлы, наносятся на древесину лю¬
бой влажности при любой температуре, за исключением строганых вер¬
тикальных плоскостей, но легко вымываются водой. Применяются в
жилищном и промышленном строительстве для элементов, защищен¬
ных от непосредственного воздействия воды.Силикатная паста не водостойка, на горизонтальные поверхности
наносится при любой влажности древесины и температуре воздуха,
охраняет древесину от дереворазрушающих насекомых и обладает не¬
которыми огнезащитными свойствами. Область применения та же,
что и экстрактовой. Антисептические пасты используются для запол¬
нения трещин в открытых деревянных конструкциях с целью предо¬
хранения их от загнивания.Поверхностное антисептирование растворами антисептиков про¬
изводят для защиты от загнивания древесины, имеющей повышенную
влажность и в случае высыхания ее в закрытых конструкциях. Для
поверхностной обработки желательно иметь растворы антисептиков
повышенной концентрации (8... 10%).§ 19. ОГНЕСТОЙКОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙОгнестойкость конструкций характеризуется продолжительностью
времени, в течение которого в условиях пожара они сохраняют свою
несущую способность и устойчивость. Огнестойкость деревянных кон¬
струкций (0,5...0,75 ч) относительно высокая по сравнению с металли¬
ческими конструкциями, но меньше, чем у железобетонных конст¬
рукций. Следовательно, деревянные конструкции пожаростойки, но
сгораемы. Под действием огня древесина обугливается со скоростью
0,6...1 мм в минуту. В результате обугливания уменьшается рабочее
сечение элементов, вследствие нагревания понижается прочность дре¬
весины, что служит причиной разрушения конструкций. Устойчивое
горение древесины происходит при нагреве ее до 250... 300° С.Пожаростойкость деревянных конструкций обеспечивается конст¬
руктивными и химическими мероприятиями.Конструктивные мероприятия: массивность деревянных элементов,
отсутствие острых ребер и выступающих частей, острожка граней,
отсутствие щелей и трещин, беспустотность ограждающих элементов
зданий, применение в них несгораемых утеплителей, защита поверх¬
ностей элементов обмазками, покрытием асбестоцементными или гип*
солитовыми листами, штукатуркой толщиной 1,5 см.Развитию пожара способствует параллельное расположение на
близком расстоянии деревянных элементов, в результате чего возни¬67
кает взаимный разогрев при горении, а также усиливается тяга воз¬
духа вдоль горящих элементов.Распространение пожара ограничивают следующими мерами: со¬
блюдением противопожарных разрывов, разбивкой зданий бранд¬
мауерами, устройством огнестойких дверных и оконных проемов,
огнестойких кровель и др.Благодаря химическим мерам защиты получают трудносгорае¬
мые или защищенные от возгорания деревянные элементы.К трудносгораемым относятся деревянные элементы, пропитанные
водными растворами антипиренов в цилиндрах под давлением с погло¬
щением их не менее 75 кг на 1 м3 древесины. Трудновоспламеняемыми
называются элементы с содержанием антипиренов не менее 50 кг на
1 м3 древесины с последующим покрытием атмосфероустойчивой огне¬
защитной окр аской.Защита от возгорания достигается покрытием огнезащитными крас¬
ками с расходом сухой соли не менее 100 г/м2. Защитный эффект за¬
ключается в том, что при нагревании антипирены плавятся и покры¬
вают поверхность древесины пленкой, прекращающей доступ кисло¬
рода, или разлагаются с выделением большого количества негорючих
газов, которые оттесняют воздух от горящей поверхности/Глубокая огнезащитная пропитка древесины производится в ци¬
линдрах под давлением и в горяче-холодных ваннах. Для комплекс¬
ной защиты от гниения и горения к антипиренам добавляют антисеп¬
тики. Влажность древесины, пропитываемой антипиренами в цилинд¬
рах под давлением, не должна превышать 25%. Температура раствора60...80° С.Основными антипиренами являются аммонийные соли фосфорной
и серной кислот. При нагреве они обезвоживают древесину, оставляя
малоактивный углерод, не принимающий участия в пламенной фазе
горения. Составы растворов даны в табл. 4 приложения 1.При глубокой пропитке прочность древесины несколько снижает¬
ся и повышается ее гигроскопичность. Поэтому не следует глубоко
пропитывать напряженные элементы несущих конструкций. Пропиты¬
вать нужно мелкий пиломатериал, составляющий основную по объему
массу ограждающих частей здания и архитектурной отделки.Огнезащитные краски по характеру связующих разделяются на
масляные, хлорвиниловые, силикатные и казеиновые. Масляные и
хлорвиниловые краски водостойки и служат для защиты открытых
конструкций. Силикатные и казеиновые не водостойки и применяются
для защиты элементов, не подвергающихся непосредственному дейст¬
вию воды. Окраска производится при температуре не ниже +10° и
при влажности воздуха не выше 70%.Наиболее распространенными обмазками являются суперфосфатная
и известково-глино-солевая (ИГС). Они затворяются на воде до необ¬
ходимой консистенции и наносятся кистями за два раза с промежуточ¬
ной сушкой слоев.68
§ 20. ОГНЕСТОЙКОСТЬ конструкций из пластмассБольшинство применяемых для изготовления строительных конст¬
рукций синтетических смол трудновоспламеняемы или негорючи.
Исключение составляют полиэфирные смолы. Из них предпочтение
следует отдавать самозатухающим смолам марок ПН-1C, ПН-62,
имеющим пониженную горючесть.Древесные пластики обладают различной степенью горючести.
Так, ДСП и бакелизированная фанера трудновоспламеняемы благода¬
ря пропитке их негорючей фенолоформальдегидной смолой, а клее¬
ная фанера — горючий материал, как и обычная древесина.В зависимости от применяемых для изготовления элементов конст¬
рукций материалов сами конструкции соответственно считаются него¬
рючими, хорошо сопротивляющимися возгоранию и горючими. Не¬
обходимо учитывать и назначение конструкций, их функциональную
роль. Например, хотя полиэфирные стеклопластики и горючи, но они
широко применяются благодаря их светопроницаемости (бесцветные
смолы ПН-1М, ПНМ-2М, ПНМ-8). К их горючести предъявляются
меньшие требования, поскольку элементы ограждения не входят в
несущий остов здания. Пластмассы широко применяются в ограждаю¬
щих конструкциях. Эти конструкции могут быть сгораемыми, трудно¬
сгораемыми и негорючими в зависимости от используемых в отдельных
слоях материалов.Применяемые в настоящее время пенопласты ФРП-2 (из феноло¬
формальдегидной смолы) и поливинилхлоридные смолы ПХВ-1 —
негорючи, полистирольные пенопласты ПС — горючие, пенопласт
полиуретановый ПУ-1 —трудновозгораемый. При изготовлении со-
гопластов для соблюдения противопожарных требований предпоч¬
тительнее применять несгораемые материалы — алюминиевую фольгу,
стеклоткани.Проведенные огневые испытания различных конструкций трех¬
слойных панелей показали в целом достаточную их огнестойкость,
позволяющую рекомендовать их к применению в зданиях II степени,
а в некоторых случаях III степени огнестойкости. В конструкциях па¬
нелей следует применять преимущественно негорючие материалы или
комбинировать сочетание негорючих материалов в обшивках, обрам¬
лении, каркасе, с трудновозгораемыми или даже с возгораемыми мате¬
риалами во внутренних полостях панелей. Наряду с клеевыми соеди¬
нениями в панелях следует предусматривать металлические (аварий¬
ные) крепления обшивок к каркасу и обрамлению, тем самым повышая
их огнестойкость при сгорании клеев.Механизм горения полимерных материалов изучен неполно. На ос¬
новании имеющихся сведений направления повышения огнестойкости
полимеров следующие: наполнение их материалами минерального про¬
исхождения, способными выдержать высокие температуры (асбест,
графит и др.); введение соединений фосфора, силикатов, способных
при термическом действии образовывать защитные пленки или выделя¬
ющих газы (введением хлора, брома), не поддерживающие горения;
модификация полимеров с целью достижения материалом высокой тем-69
пературы воспламенения и минимальной теплоты сгорания. Для этого
в молекулы полимеров вводятся атомы алюминия, титана, фосфора,
кремния.§ 21. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫДостоинство полимерных соединений как защитных агентов за¬
ключается в возможности совмещать различные виды защиты в одном
технологическом процессе. Свойства древесины улучшаются комплекс¬
но — достигается стабильность размеров и форм (снижается набуха¬
ние и усушка), устраняется загнивание, ограничивается возгорае¬
мость, в некоторых случаях повышаются механические характеристи¬
ки. При этом сохраняется способность древесины к склеиванию,
к механической обработке. Полимеры закрепляются в древесине бла¬
годаря адгезионным связям, что делает защитную обработку более
стабильной и долговечной в отношении вымывания, выветривания
и т. д. Полимерные соединения сравнительно легко поддаются моди¬
фикации, что позволяет направленно регулировать их защитные
свойства.Из разнообразных полимеров наиболее приемлемы для пропитки
древесины защитные составы на основе фенолоформальдегидных, фу-
рановых, кремнийорганических и карбамидных полимеров.Среди фенолоформальдегидных полимеров наиболее пригодны для
пропитки фенолоспирты, которые легко проникают не только в полости,
но и в стенки клеток древесины, закрепляясь в них при термоотверж¬
дении. Они могут быть использованы вместе с водорастворимыми ан¬
типиренами и антисептиками для лучшей их стабилизации в древесине.Из фурановых соединений могут быть использованы фурфурол,
фурфуроловый спирт и др. Достоинством их является малая вязкость,
небольшие размеры молекул, позволяющие проникать в межфибрил-
лярные капилляры древесины. Наиболее недефицитным является
фурфуролацетоновый мономер ФА. Древесина поглощает полимер
до 50% ее массы. Мономер глубоко проникает в древесину, заполня¬
ет субмикроскопические пространства в клеточных тканях и, равно¬
мерно распределяясь, повышает после отверждения физико-механи¬
ческие свойства древесины. По сути дела, получается новый материал
ДПМ — деревопластмассовый материал.Кремнийорганические полимеры, отличающиеся высокой термо¬
стойкостью, применяются в виде кремнийорганических жидкостей.
Пропитка ими древесины придает ей гидрофобные свойства, повышает
теплостойкость, снижает возгораемость.Карбамидные полимеры применяют преимущественно в качестве
связующего для изготовления древесностружечных плит. При пол¬
ной пропитке поверхность древесины становится трудновоспламеня-
емой и биостойкой. Древесина березы, пропитанная раствором
карбамидной смолы, становится устойчивой против возгорания и зараже¬
ния дереворазрушающими грибами и может применяться для несу¬
щих конструкций.70
Глава IIIОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА
ДЕРЕВЯННЫХ И ПЛАСТМАССОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
И СООРУЖЕНИЙ§ 22. РАСЧЕТ ПО МЕТОДУ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙДеревянные и пластмассовые конструкции рассчитываются по еди¬
ному для всех строительных конструкций методу предельных состоя¬
ний. Предельным называется такое состояние конструкций, при котором
их дальнейшая эксплуатация становится невозможной. Необходи¬
мость прекращения эксплуатации конструкций может быть вызвана:
потерей сопротивляемости материала действию внешних сил и раз¬
витием недопустимых общих деформаций. Расчет деревянных и пласт¬
массовых конструкций производится по двум предельным состояниям:
1) по несущей способности (прочности или устойчивости); 2) по дефор¬
мациям.Первое предельное состояние. При расчете на прочность и устой¬
чивость определяются расчетные усилия, выражающие продольную
силу, изгибающий момент, поперечную силу от расчетных нагрузок.
Расчетные усилия в элементе не должны превышать его наименьшей
несущей способности:N = s f (ttigb < Ф = f (S,Rm),	(4)1где Е/ (nig*) — сумма расчетных усилий в элементе конструкции при
наиболее невыгодном сочетании внешних нагрузок и силы тяжести;
f (SjRm) — несущая способность элемента, зависящая от геометри¬
ческой характеристики сечения (площади, момента сопротивления,
момента инерции и т. д.) и от расчетного сопротивления материала,
умноженного на коэффициент условий работы, Rm.Напряжения, возникающие в элементах при действии расчетных
усилий, не должны превосходить расчетных сопротивлений материа¬
лов — а При этом в целях экономии материалов следует стре¬
миться к тому, чтобы напряжения в материале приближались к рас¬
четному сопротивлению (а ^ R).Второе предельное состояние. При расчете по второму предель¬
ному состоянию должно выполняться условие, что деформации или
перемещения от нормативных нагруз( к, определяемые в предположе¬
нии упругой работы древесины или пластмасс, не превосходят этих
Деформаций, установленных нормами:f<lfl	(5)Для изгибаемых элементов деформации (прогибы) не должны пре¬
вышать значений, указанных в приложении 5.71
Расчет по второму предельному состоянию производится на дей¬
ствие нормативных нагрузок, т. е. при нормальных условиях эксплуа¬
тации, поскольку расчетные нагрузки проявляются редко и опасность
выхода конструкции из строя из-за превышения деформациями их
предельных значений невелика.Расчет сталеполимербетонных элементов конструкций кроме про¬
верки прочности и деформаций обязателен по трещиностойкости. При
расчете по трещиностойкости различают два случая; в первом рассчи¬
тываются конструкции, в которых не допускаются даже субмикроско-
пические трещины, во втором — конструкции, в которых допускает¬
ся образование трещин, но ограничивается их раскрытие.§ 23. РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВОсновные расчетные характеристики материалов, необходимые для
проектирования, следующие: расчетные сопротивления материалов,
модули упругости материалов, модули сдвигов, показатели попереч¬
ной деформации (коэффициенты Пуассона).Расчетное сопротивление R является предельным напряжением в
материале реальных элементов конструкции, отличающихся от стан¬
дартных образцов размерами и наличием неизбежных пороков и де¬
фектов в пределах допустимого их содержания. Кроме того, в расчет¬
ном сопротивлении отражено влияние длительного действия нагрузок
и условий эксплуатации.Лабораторные испытания большого числа стандартных образцов
материала дают значения величин временных сопротивлений RBp
(пределов прочности). В результате статистической обработки нахо¬
дят среднее арифметическое значение Rtip временных сопротивлений
и среднее квадратичное отклонение напряжений а'. Определяют коэф¬
фициент изменчивости V = -=?—. Тогда минимально возможное зна-^врчение временного сопротивления, которое называется нормативным
сопротивлением материала,#н = #вр(1 — схУ).	(6)В формуле (6) а — коэффициент изменчивости, на который следу¬
ет уменьшить среднее арифметическое значение пределов прочности
для получения нормативного сопротивления с вероятностью значения
искомой характеристики, достаточной для безопасной эксплуатации
конструкции. Опыт эксплуатации деревянных конструкций показы¬
вает, что нормативное сопротивление древесины достаточно опреде¬
лять с вероятностью 97,4%. Это требует уменьшения среднего ариф¬
метического по (6) с учетом коэффициента изменчивости а = 2,25.
Для древесных пластиков а = 2,5, для древесностружечных плит
а = 2,25.Расчетные сопротивления R древесины и фанеры при влажности
12%, длительном действии нагрузок и нормальных температурных72
условиях эксплуатации определяют по формулеR=-^.	(7)Здесь k — коэффициент безопасности по материалу (не надо пу¬
тать с коэффициентом безопасности для конструкций). Смысл его за¬
ключен в интегральной оценке влияния на прочность материалов рас¬
смотренных выше факторов: неоднородности структуры и состава,
наличия пороков и дефектов, масштабного фактора, длительного со¬
противления. Пороки больше всего влияют на работу древесины при
растяжении. Влияние увеличенных размеров строительных элемен¬
тов по сравнению со стандартными образцами учитывается коэффи¬
циентом Аразм, равном при сопротивлении растяжению вдоль волокон
0,75, сжатию вдоль волокон — 1, изгибу 0,9.С учетом рассмотренных в § 10 и 13 коэффициентов 6ДЛ и /zn0p>
коэффициент безопасности по материалу k для древесины сосны и
ели находится по формуле^= ~k k k ’ (®)
^дл^пор^размОтсюда значение коэффициента безопасности при сопротивлении
растяжению вдоль волокон самое большое — k = 1/(0,67 • 0,36 X
X 0,75) = 5,5, при сжатии и смятии вдоль волокон — k = 1/(0,67 X
X 0,67) = 2,2, при изгибе имеет среднее значение — k = 1 /(0,67 X
X 0,44 • 0,9) = 3,8. Вот почему, имея наибольшую механическую
прочность вдоль волокон (RBp = ЮО МПа и RH = 55 МПа), расчетное
сопротивление этому виду работы древесины самое низкое — /?р =
= 10 МПа.Расчетные сопротивления древесины сосны и ели, пригодной по
допустимым порокам для проектирования деревянных конструк¬
ций групп Al, А2 и Б1 (см. § 16), защищенных от нагрева, даны в
табл. 8. Для древесины других пород в табл. 1 приложения 2 приве¬
дены значения переходных коэффициентов к расчетным сопротивле¬
ниям.Условия эксплуатации деревянных конструкций с учетом темпера¬
турно-влажностного режима и воздействия кратковременных и особых
нагрузок (ветровой, монтажной, сейсмической) учитываются коэффи¬
циентами условий работ, соответственно тв и ти, приведенными
в табл. 1.Тогда с учетом всех факторов расчетное сопротивление древесины
сосны и ели и фанеры находится по формуле:R = R„-~mBmH.	(9)Учет специфического напряженного состояния гнутых элементов
производится коэффициентом тгн по табл. 2 приложения 2.Модуль упругости древесины вдоль волокон в конструкциях групп
Al, А2 и Б1, защищенных от нагрева и находящихся под воздействием73
Таблица 8. Расчетные сопротивления древесины сосны и елиВид напряженного состояния и характеристика элементоьОбозначенияРасчетные со¬
противления
древесины в
постоянных
сооружениях,
МПаИзгиб:а) элементы с высотой до 50 см, за исключением упо¬
мянутых в пп. б, вДи13б) элементы сплошного прямоугольного сечения с раз¬
мерами сторон 14 см и более при высоте до 50 смЯи15в) бревна, не имеющие врезок в расчетном сеченииRu16Растяжение вдоль волокон:а) элементы, не имеющие ослабления в расчетном се¬
ченииRp10б) элементы, имеющие ослабление в расчетном сеченииRp8Сжатие и смятие вдоль волоконRcu13Сжатие и смятие по всей поверхности поперек волокон^с90» #см901,8Смятие местное поперек волокон:
а) в опорных плоскостях конструкций^см902,4б) в лобовых врубках и шпонках^см903в) под шайбами при углах смятия от 90 до 60°^см904Скалывание вдоль волокон при изгибе и в соединениях
(для максимального напряжения)*ск2,4Скалывание поперек волокон (для максимального на¬
пряжения)^ск901,2Примечания: 1. Расчетное сопротивление древесины местному смятию по¬
перек волокон на части длины находится по формуле (3).2.	Расчетное сопротивление древесины смятию под углом а к направлению во¬
локон1 1 	1 sin3a\ Ксм90	/3.	Расчетное сопротивление скалыванию древесины под углом а к направлению
волокон^скаRtск1 + ( —	1 ) sin3 а^ск90постоянных и временных нагрузок, независимо от породы, принима¬
ется Е = 10 ООО МПа. Для других условий вводится поправочный коэф¬
фициент по табл. 1.Расчетные характеристики древесных пластиков даны в табл. 1
приложения 3.Для пластмасс коэффициенты безопасности по материалу, как для
древесины не установлены. Расчетные сопротивления их при длитель-74
ном действии нагрузки и нормальных температурно-влажностных ус-
виях находят по формулеR = ^?н^ДЛ^ОДН«	(Ю)Сопротивление пластмасс длительным нагрузкам и коэффици¬
енты длительного сопротивления Адл рассмотрены в § 10. Неоднород¬
ность структуры и состава пластмасс, масштабный и другие факторы,
а также степень вероятности результатов лабораторных испытаний
учитываются коэффициентом неоднородности А0дн- При определении
нормативного значения сопротивления по формуле (6) для сильно на¬
пряженных несущих конструкций из высокопрочных пластмасс
(СВАМ, ДСП-Б, полимербетоны) с вероятностью характеристики 99,7%
принимают а = 3; для средненапряженных конструкций и элементов
из полиэфирных стеклопластиков с вероятностью характеристики
98,7% принимают а = 2,5; для малонапряженных элементов конст¬
рукций, например, заполнителей трехслойных панелей из жестких пе-
нопластов принимают а = 2,25 и т. д.Расчетные характеристики пластмасс приведены в табл. 2 и 3 при¬
ложения 3.Условия эксплуатации при повышенной температуре и влажности
при проектировании для нахождения расчетного сопротивления учиты¬
ваются коэффициентами, приведенными в табл. 2, 3, 4:Rf'ttw = Rmftntmw.	(11)§ 24. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯНагрузки и воздействия на здания и сооружения регламентируют¬
ся главой СНиП II-6-74 «Нормы проектирования. Нагрузки и воздей¬
ствия» и другими нормативными документами. Основными характе¬
ристиками нагрузок являются их нормативные величины и коэффици¬
енты перегрузок л, учитывающие возможное отклонение нагрузок в
неблагоприятную сторону. Расчетные нагрузки определяются как
произведение нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузок —gP = g^n,В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразде¬
ляются на постоянные и временные: длительные, кратковременные,
особые. Расчет строительных конструкций производится на самые
невыгодные расположения нагрузок как для отдельных элементов,
так и для всего сооружения (конструкции) в целом. Расчетные усилия
в элементах находятся при двух видах сочетаний нагрузок: основные
сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратко¬
временных нагрузок; особые сочетания нагрузок, состоящие из по¬
стоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из осо¬
бых нагрузок.При расчетах на основные сочетания, включающие одну кратко¬
временную нагрузку, последняя учитывается без снижения, а при
расчете на основные сочетания, включающие две или более кратковре¬
менных нагрузок, расчетные величины этих нагрузок (или соответ¬75
ствующих им усилий) умножаются на коэффициент сочетаний л =
= 0,9.При расчете на особые сочетания расчетные величины кратковре¬
менных нагрузок (или соответствующих им усилий) умножаются на
коэффициент сочетания пс = 0,8.Нагрузки от собственного веса конструкций как несущих, так и ог¬
раждающих, являющиеся постоянными, находятся или по проектным
данным, или на стадии проектирования по формуле_ pH + gHgc.B — 1000	,	(12)где &м.к — коэффициент массы конструкции,_ юоо • gC B	/1очl(P* + g» + g с.в) ’	( }Коэффициент массы конструкции отражает в условных единицах
расход материалов на единицу нагрузки площади или пролета, пере¬
крываемых данной конструкцией. Чем меньше коэффициент массы
конструкции, тем эффективнее используется материал. В формуле при¬
няты обозначения: gc.B— собственный вес несущей конструкции на 1 м2
площади проекции покрытия или на 1 м пролета; рн и gH — соответ¬
ственно временная нагрузка и собственный вес ограждающих частей
покрытия или сооружения; I — расчетный пролет конструкции, м;
1000 — условный коэффициент.§ 25. РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНО-РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВПроверка прочности центрально-растянутых элементов произво¬
дится по формуле-^710<*Р’	(14)где N — расчетное продольное усилие, кН, действующее на элемент;
/Яр — коэффициент условий работы элемента; FHт = Fep — ^осл —
площадь нетто наиболее ослабленного сечения элемента (расчетная
площадь), см2; Rp — расчетное сопротивление материала растяже¬
нию, МПа; 10 — коэффициент, учитывающий соотношение единиц
(1 кН/см2 = 10 МПа).При определении площади ослабления растянутых элементов
все ослабления, расположенные на участке длиной 20 см, считаются
совмещенными в одном сечении во избежание разрыва по зигзагу.
Если ослабления элемента расположены несимметрично относительно
центра тяжести его поперечного сечения, то такой элемент рассчиты¬
вается как внецентренно растянутыйИзменение поперечного сечения элементов отверстиями, врубками,
которые вызывают концентрацию напряжений в ослабленном сечении,
значительно снижает прочность растянутых деревянных элементов,
что учитывается снижением расчетного сопротивления материала ко¬
эффициентом условий работ т?^= 0,8.76
Прочность древесины на растяжение поперек волокон незначи¬
тельна и проектирование конструкций или соединений не должно вы¬
зывать подобную работу материала.§ 26. РАСЧЕТ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВРазрушение центрально-сжатых стержней может произойти от
потери устойчивости или исчерпания прочности.Проверку прочности стержня делают в наиболее ослабленном се¬
чении по формуле(15)Устойчивость стержня проверяется по формулеNmcq>Fю <ЯС.	(16)В этих формулах N — расчетное продольное усилие, действующее
на элемент, кН; тс — коэффициент условия работы элемента на сжа¬
тие, принимаемый равным 1; Rc — расчетное сопротивление материала
сжатию, МПа; FHт = (7% — Л>сл) — площадь сечения нетто, опре¬
деляемая как для растянутого элемента, см2; FpaC4 — расчетная пло¬
щадь поперечного сечения элемента при проверке устойчивости,
см2, принимаемая: при отсутствии ослаблений — FpaC4 = ^бр; при
ослаблениях, не выходящих на кромку (рис. 39, а), если площадь
ослаблений не превышает 25% от площади Fep, то РраСч = F,бр; еслиплощадь ослаблений превышает 25% площади ^бр, то FPac4 =при симметричных ослаблениях, выходящих на кромку (рис. 39, б) —F расч = F нт*При несимметричных ослаблениях, выходящих на кромку, эле¬
менты рассчитываются как внецентренно сжатые.Входящий в формулу (16) коэффициент продольного изгиба ф
представляет собой отношение критического напряжения (т. е.
напряжения, при котором стержень теряет устойчивость) к пределу
прочности материала на сжатие — cfkp/#cP- Коэффициент ф обычно
меньше единицы (или равен единице), что свидетельствует о неполном
использовании прочностных свойств материала. При проектировании
целесообразно по возможности предусматривать меры по обеспечению
устойчивости сжатых стержней. Коэффициент ф зависит от гибкости
стержня X. Для стержней из различных материалов установлены гра¬
ничные значения гибкостей А™ин, при повышении которых элемент
работает в пределах пропорциональности, а при меньших значениях
за пределом пропорциональности.При работе элемента до условного предела пропорциональности при
^ > ^мин коэффициент ф находится по формуле Эйлера*-тиС"	<17>77
Таблица 9. Коэффициенты продольного изгиба ср при X > ХминМатериал^мин■еII£Материал*минФ = А/К-1Древесина753100 ДаСтеклопластикиФанера строительнаяСВАМ401260Д2и бакелизированная702500/А,2АГ-4С401230А2ДревеснослоистыеКАСТ-В623120 А2пластикиполиэфирный451180 А2ДСП-Б451380/А,2Стекло органическое43550А2ДСП-В401100/А2Винипласт38790/л2Результаты испытаний показывают, что отношение модуля упругос¬
ти к пределу прочности для большинства материалов можно принять
постоянным. Затем в формуле (17) значение n2E/Rnp заменяется на
постоянную величину для материала — А и коэффициент продольного
изгиба находится по формулам, приведенным в табл. 9.При работе элементов за пределами пропорциональности коэффи¬
циенты ф определяются по следующим формулам, полученным на ос¬
новании экспериментальных данных: для деревянных элементов при
А, <75ф= 1 — 0,8 (Х/100)2;	(18)для фанерных элементов при X < 70ф= 1 — (Х/100)2;	(19)для всех стеклопластиков при X < Хминф = 1 _ (Х/Хмин)2 (1 - RnJRr),	(20)где Rn.n — условный предел пропорциональности; RT — условный
предел текучести.По результатам исследований ЛИСИ для расчета элементов из фа¬
нерных труб, швеллеров и уголков можно применять следующие фор¬
мулы для определения коэффициентов продольного изгиба:для фанерных труб при	Х>69 ф = 2390/Х2,	(21)при	Х< 69 ф = 1 — 1,046 (Х/100)2;	(22)для фанерных профилей при	Х>60 ф = 2150/Х2,	(23)при	Х<60 ф = 1 — 1,12 (Х2/100)2.	(24)При расчете элементов трубчатого сечения (стеклопластиковых и
фанерных), кроме проверки общей устойчивости, проверяется устой¬
чивость стенки трубы по условию1Г < 2.21/ (1 — и*) л N ’	^где d — диаметр осевой линии стенки трубы; 6 — толщина стенки тру¬
бы; 10 — расчетная длина элемента; ц — коэффициент Пуассона.78
п¥а 5Коэффициент р!:'-Jb~777ГW7T777Гдля деревянных
элементов10,80,6521,12для пластмассовых
элементов10,70,5г1,05Рис. 39. Центрально-
сжатые элементы:
а — с симметричными
ослаблениями, не выходя¬
щими на кромку; б — с
симметричными ослабле¬
ниями, выходящими на
кромкуРис. 40. Расчетные длины центрально-сжатых элементовГибкости элементов К определяются в 'зави¬
симости от их расчетной длины и радиуса инер¬
ции поперечного сечения по формулеX = IJr, где г = К/бр/^бр	(26)приведенных в прило-и не должны превышать предельных значении,
жении 4.Расчетная длина элемента зависит от способа закрепления его кон¬
цов и равна /0 = /|л', где / — геометрическая длина. Значения коэффи¬
циента (л' для различно закрепленных стержней приведены на
рис. 40, здесь же показаны формы искривления стержней при потере
ими устойчивости. Для элементов из дерева и фанеры при наличии за¬
щемления на концах значение ц' несколько больше, чем для пластмас¬
совых элементов, так как вследствие поперечного обжатия или усуш¬
ки древесины полное защемление затруднительно.§ 27. РАСЧЕТ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ-	Изгибаемые деревянные элементы — настилы, обрешетки, обшивки,
стропильные ноги, прогоны, балки — наиболее распространенные
элементы деревянных зданий и сооружений. Поэтому рациональное
проектирование их с полным использованием несущей способности
ведет к значительной экономии лесоматериала. Балки цельного се¬
чения менее чувствительны к поро¬
кам древесины и поэтому их разреша¬
ется выполнять из древесины II кате¬
гории.Различают два вида работы эле¬
ментов на изгиб — (рис. 41, а)\ про¬
стой изгиб, когда нагрузка действует
в плоскости одной из главных осейflfrtrrРис. 41. Изгибаемый элемент:
а — расчетная схема элемента; б — напряженное
состояние поперечного сечения при простом изги¬
бе; в —. то же, при косом изгибео-6г С1%ЛУ+07£
инерции поперечного сечения элемента (рис. 41, б); косой изгиб,
когда направление нагрузки не совпадает ни с одной из главных
осей инерции сечения (рис. 41, в).Расчет элементов на прочность при простом изгибе производится
по формулету/ Ю ^ Яи>	(27)тИ W pacqгде М — расчетный изгибающий момент, кН • см; — коэффициент
условий работы элемента при изгибе, принимаемый равным 1, за
исключением случаев введения поправок на форму и размеры сече¬
ния (например тб и тГН для расчета клееных прямолинейных и гнутых
элементов); WvаСч — расчетный момент сопротивления (по площади
нетто) рассматриваемого поперечного сечения, см3; Rw — расчетное
сопротивление материала изгибу, МПа.Подбор сечения по заданному расчетному изгибающему момен¬
ту М при простом изгибе производится по формуле(28)По найденному моменту сопротивления находятся размеры по¬
перечного сечения и подбирается пиломатериал по сортименту. Напри¬
мер, для прямоугольного сеченияЛТР = ]/ ~^ТР--	(29)Пиломатериал подбирается так, чтобы принятое сечение имело
WRр > И7тр.Расчет элементов на прочность по нормальным напряжениям при
косом изгибе производится по формуле°л= {MJW х + My/Wy) 10 < RHJ	(30)где ах и а& — соответствующие моментам Мх и Му напряжения изги¬
ба; Мх и Mg — составляющие расчетного изгибающего момента от¬
носительно главных осей х и у\ Wx и Wy — расчетные моменты
сопротивления рассматриваемого поперечного сечения для осей х
и У* R» — расчетное сопротивление материала изгибу.~ Для подбора сечения при косом изгибе формулу (30) можно пре¬
образовать:+ (3»ЗдесьWx/Wy = h/b и MVIMX = tga,если сечение прямоугольное и пролеты изгибаемого элемента отно¬
сительно осей х и у одинаковы. Подставляя эти величины в формулу
(31) и решая ее относительно Wxt получим:‘яЛ1+	<32>80
Расчет изгибаемых элементов на скалывание производится в местах
наибольших поперечных сил (обычно — возле опор) по формуле,Qf6p 10</?ск,	(33)1бр^расчгде Q — расчетная поперечная сила в данном сечении, кН; 5бР, см3
и /бр, см4 — статический момент брутто и момент инерции брутто
сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси; 6расч —
расчетная ширина сечения, см; RCK — расчетное сопротивление мате¬
риала скалыванию при изгибе, МПа.Проверка на скалывание при изгибе цельных деревянных элемен¬
тов может оказаться решающей для коротких балок ^ 5j с боль¬
шими нагрузками или для балок с двумя сосредоточенными силами
возле опор. Для балок цельного сечения покрытий и перекрытий зда¬
ний с равномерной нагрузкой проверку на скалывание можно не про¬
водить.Для изгибаемых элементов из конструкционных пластмасс про¬
верка на скалывание обязательна.Проверка жесткости изгибаемого элемента состоит в определении
наибольшего изгиба от нормативных нагрузок и в сопоставлении его
с предельно допустимым (см. приложение 5). Обычно прогиб вычисля¬
ется как относительная величина fll в предположении упругой работы
древесины. Влиянием касательных напряжений на прогиб балок пря¬
моугольного сечения обычно пренебрегают и учитывают его лишь
при расчете клеедощатых балок таврового сечения с тонкими стен¬
ками.Вычисление прогибов производится по формулам сопротивления
материалов в соответствии с расчетными схемами. Для балок симмет¬
ричного сечения в плоскости изгиба прогибы можно находить по обоб¬
щенной формулегде сгн — максимальное напряжение от нормативной нагрузки, МПа;
k — коэффициент, зависящий от условий опирания и нагрузки; на¬
ходится по справочной литературе, например, для балки на двух
опорах при равномерной нагрузке k = б/24; для такой же балки
со сосредоточенной силой по середине пролета k = Ve и т. д. *При подборе сечения по условию жесткости необходимую высоту
балки получаем из выражения (34), приравнивая его предельному
прогибу:=	(35)Заменяем напряжения от нормативной нагрузки на напряжения от
расчетной нагрузки сгн == о/пср (здесь пср — усредненный коэффициент
перегрузки). Тогда при полном использовании прочности материа¬6 2-73481
ла — о = R, получим оптимальную высоту поперечного сечениябалкиhopt = k псрЕ [/] •Проверка жесткости при косом изгибе производится по полному
прогибу, равному геометрической сумме прогибов fx и fy:f = +	(37)где fx — прогиб относительно оси х; fy — прогиб относительно оси у.Косой изгиб всегда вызывает увеличение размеров изгибаемых эле¬
ментов, поэтому следует стремиться к его исключению или ограниче¬
нию, например, постановкой тяжей в плоскости ската крыши по се¬
редине пролета прогонов, уменьшая тем самым в два раза расчетный
пролет в плоскости ската.Расчет пластмассовых элементов на изгиб производится по общим
правилам расчета изгибаемых элементов. Особенностью конструкцион¬
ных пластмасс является то, что многие из них имеют высокую проч¬
ность R при малохм модуле упругости Е. Поэтому при расчете на изгиб
стеклопластиковых балок решающей часто оказывается проверка по
второму предельному состоянию. Но в этом случае материал в элемен¬
тах невозможно полностью использовать по прочности, так как при
этом нарушаются пределы его деформирования. Для уменьшения
этого экономически невыгодного явления сечениям изгибаемых элемен¬
тов стремятся придать форму, которая увеличивает геометрические
характеристики сечения / и W при одном и том же значении F, на¬
пример, применяя в балках коробчатые, двутавровые, швеллерные и
другие профильные сечения вместо сплошных прямоугольных.Другой особенностью работы изгибаемых пластмассовых элементов
является существенное влияние сдвига на прогиб. Этот дополнитель¬
ный прогиб, как правило, пропорционален квадрату отношения высоты
балки к пролету и соотношению модулей нормальной упругости и сдви¬
га. Жесткость изгибаемых пластмассовых элементов проверяется по
формулеfnjl = /// (1 +	бед) < [f/l],	(38)где /// — относительный прогиб, найденный без учета сдвига; G —модуль сдвига, принимаемый равным 12 ^ ^у ; &сД — коэффициентсдвига, зависящий от формы сечения и расчетной схемы балки; напри¬
мер, для прямоугольной балки свободно опертой при равномерной на¬
грузке &Сд = 0,96, а при сосредоточенной силе в середине пролета
£сд = 1,2.§ 28. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ, РАБОТАЮЩИХ НА СЛОЖНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕК элементам, работающим на сложное сопротивление, относятся
элементы, которые находятся одновременно под воздействием про¬
дольной силы N и изгибающего момента М. Сложное сопротивление82
M0=NetH„=N^Рис. 42. Схемы сжато-изгибаемых и рас-
тянуто-изгибаемых элементов:
а — внецентренное действие продольной си¬
лы; б — совместное действие продольной си¬
лы и поперечной нагрузки; в — действие про¬
дольной силы при кривизне элементов; г —
действие продольной силы при несимметричном
ослаблении поперечного сечения элементаэлементов вызывается следующими
усилиями (рис. 42): внецентренным
действием продольной силы; сов¬
местным действием продольной си¬
лы и нагрузки, вызывающей по¬
перечный изгиб; продольной силой
при кривизне элемента (например,
для верхних поясов ферм с сегмент¬
ным очертанием); продольной силой при несимметричном ослаблении
поперечного сечения элемента.В зависимости от знака продольного усилия различают сложное
сопротивление сжатию с изгибом и сложное сопротивление растяже¬
нию с изгибом. Верхние пояса балочных ферм при наличии на па¬
нелях местной поперечной нагрузки или при наличии несимметричных
ослаблений, вызванных конструкцией узлов, являются сжато-изги-
баемыми элементами. Нижние пояса ферм при тех же условиях будут
растянуто-изгибаемыми. К сжато-изгибаемым элементам относятся
стойки (колонны) каркасов зданий, нагруженные продольными верти¬
кальными и поперечными нагрузками от действия ветра.Сжато-изгибаемые элементы относятся ко II, а растянуто-изгибае-
мые к I категории элементов деревянных конструкций. В деревянных
конструкциях рекомендуется по возможности избегать применения
растянуто-изгибаемых элементов, наиболее чувствительных к порокам
и к местным ослаблениям сечений врубками и отверстиями.Предельное состояние элемента при сложном сопротивлении с уче¬
том различной прочности материала на сжатие и изгиб выражается
формулой* <39>mcF,С1 НТВ этой формуле Fht, U^ht — площадь и момент сопротивления
нетто рассчитываемого сечения; Rc, R„ — расчетные сопротивления
сжатию вдоль волокон и изгибу; N, М — расчетные усилия в рассмат¬
риваемом сечении.По расчетной схеме (рис. 43) находим, что расчетный изгибающийM=M0+tlfмомент М состоит из двух частей:мпМ = М0 + Nf =(40)Рис. 43. Расчетная схема сжато-изгибае-
мого элемента:/ — недеформированная ось стержня; 2 —>
изогнутая ось стержня от поперечной нагруз¬
ки g; 3 — то же, от суммарного действия по¬
перечной нагрузки g и продольной силы N6*83
/ 2 J Рис- 44. Расчетная схема растянуто-изги-
/ / /	баемого элемента:.# 1 — недеформированная ось стержня; 2 —
™ изогнутая ось стержня от поперечной нагоуз-
ки g\ 3— то же, от суммарного действия по¬
перечной нагрузки g и продольной силы Nгде М0 — момент от поперечной нагрузки или внецентренно приложен¬
ной продольной силы, по недеформированной схеме, не зависящий
от прогиба; Nf — момент от продольной силы N по деформированной
схеме, зависящий от прогиба /, т. е. дополнительный момент; этот
момент учитывается коэффициентом ?, который находится по формулеt _ 1 ^ NA RcF6p ■	(41>Значения величин А/Х2 для различных конструкционных материа¬
лов приведены в табл. 9.Окончательно формула для проверки прочности сечения при слож¬
ном сопротивлении сжатию с изгибом принимает вид:N , M0RC ^ Р
7	Г~Ш	р“^^с*нт	6 w расч^иСтержни с малыми гибкостями (при X < ^мин), когда напряжения
изгиба сги = M0/Wm не превышают 10% напряжений сжатия сгс =
= N/Fm, следует рассчитывать только на устойчивость по форму¬
ле (16) без учета изгибающего момента.Кроме расчета на прочность в плоскости изгиба сжато-изгибаемые
элементы должны быть проверены на устойчивость из плоскости из¬
гиба от действия одной продольной силы N по формуле (16).Расчетные значения поперечной силы Q и сдвигающего усилия
Т в сжато-изгибаемых элементах находятся по формулам:Q = <?„/£; 7’ = Г(Д=-М..	(43)Здесь Q0 и /0 — поперечная сила и сдвигающее усилие только от
поперечной нагрузки.Проверка на скалывающие напряжения производится по формуле (33).Прогибы сжато-изгибаемых элементов вычисляют исходя из фор¬
мул для изгибаемых элементов, но с учетом увеличения их от совмест¬
ного действия сжатия с изгибом:f = ЛД.	(44)где /о — прогиб, который находится только от поперечной нагрузки.Учет влияния сдвигающих напряжений на прогиб производится,
как для изгибаемых элементов по формуле (36).При расчете растянуто-изгибаемых элементов на растяжение с
изгибом влиянием прогиба стержня от поперечной нагрузки пренебре¬
гают, так как возникающий при этом дополнительный момент приводит
к уменьшению момента от поперечной нагрузки (рис. 44). Сечение
проверяют по формулеN I Мо . <" QF„ + Wm Я„	( '84
§ 29. РАСЧЕТ СТАЛЕПОЛИМЕРБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВРасчет центрально-растянутых элементов по трещинообразованию
для случая, когда трещин не должно быть совсем, основывается на
большой растяжимости полимербетона, Предельная деформация его
при растяжении (для полимербетона ФАМ) ер = 50 • 10”5, т. е.
полимербетоны имеют значительную сопротивляемость осевому растяже¬
нию и могут применяться в строительных конструкциях без предвари¬
тельного напряжения. Однако ер значительно меньше предельной рас¬
тяжимости арматуры еа. При малом проценте армирования, когда арма¬
тура недозагружается, предельное состояние элемента по прочности
определяется по полимербетону:N < ер£р.сек (F — Fa) + ep£aFa,	(46)здесь £р.сек — секущий модуль деформации при растяжении, рав¬
ный 5000 МПа; F — площадь сечения элемента; Fa — площадь арми¬
рования.При больших процентах армирования, если пренебречь полимербе-
тоном, предельное состояние элемента выражается формулойN<RaF„	(47)где Ra — расчетное сопротивление стали при растяжении.Оптимальный коэффициент армирования ц0 = FJF находится пу¬
тем приравнивания правых частей формул (46), (47) с учетом, что
ер£р.сек (F — Fа) = RPF6:Цо= в +/_.£ »	<48>*\а “г *\р — Бр-Саздесь — предел длительной трещиностойкости полимербетона
(расчетное сопротивление растяжению), значение которого дано
в табл. 2 приложения 3.Площадь поперечного сечения элемента из условия (46) находится
по формулеRp (1 —И-о) 4“ бр^аМ-о	^ ^Центрально-сжатые элементы. Их устойчивость проверяется по
формуле (16), которая с учетом армирования и длительного действия
нагрузки записывается так:N < Фдл [Rc (F - Fa) + RaFa].	(50)Коэффициент фдл, зависящий от гибкости и коэффициента армиро¬
вания, находится по графикам приложения 6.Изгибаемые элементы. Изгибаемые элементы рассчитываются по
прочности, трещинообразованию и прогибам. В основу расчета поло¬
жены следующие допущения: гипотеза плоских сечений и предполо¬
жения, что эпюры нормальных напряжений по высоте сечения эле¬
мента отвечают по форме диаграммам механических испытаний на осе¬
вое сжатие и растяжение. Расчетные формулы получают составлением
трех уравнений: уравнения равновесия моментов сил 2М =0 —
первое условие; уравнения равновесия проекций сил на нейтральную85
Рис. 45. Эпюры нормальных напряжений по высоте сечения сталеполимербетонного
элемента при изгибе:а — расчет по прочности; б — расчет по образованию трещинплоскость ИР = 0 — второе условие; уравнения соотношения крае¬
вых деформаций или высот сжатой и растянутой зон поперечного се¬
чения элемента — третье условие.Расчет на прочность. При длительном действии нагрузок растяну¬
тая зона в восприятии нагрузки не участвует и все усилие растяже¬
ния воспринимается арматурой. В сжатой зоне эпюра напряжений со¬
ответствует квадратной параболе (рис. 45, а). Для проверки элемента
по прочности, согласно первому условию, получаемМ < RaFa (ft0 — 0,375*).	(51)Площадь армирования Fa находим по коэффициенту армирования
Fa = \ibh0 (b — ширина поперечного сечения).Коэффициент армирования сечения \i находится следующим обра¬
зом. Высота сжатой зоны х находится из второго условия равно¬
весия:R*F* = %RcXb.	(52)Соотношение высот сжатой зоны полимербетона и рабочей высоты
сечения из условия сохранения сечением плоской формы:* - *с fa	(53)h„ — х1о л	‘-'дл.секИз совместного решения уравнений (52) и (53) определяется \i:Rc0,67-=!+■"дл .секRaRc(54)Расчет на образование трещин. При длительном действии нагрузок
в результате ползучести растянутая зона элемента выключается из
работы. Критерием безопасности по трещинообразованию является
достижение полимербетоном предельной растяжимости в крайнемрастянутом волокне Ер.„ (для ФАМ ер.„ = 65 • 10-5). В этот моментh 	^деформация арматуры еа.и = 6Р.„ £ __ — (рис. 45, б). Проверка эле¬
мента производится по формулем < кч.и£а^а (h0 — 0,33*),	(55)здесь М — расчетный момент от нормативных нагрузок.86
Коэффициент армирования \i находится следующим образом. При
практически возможных значениях коэффициента армирования эпю¬
ра нормальных напряжений в сжатой зоне принимается треугольной.
Тогда из второго условия равновесия0,5 Rcbx — ea.KEaFa = 0	(56)и из условия сохранения сечением плоской формы_V._ __ ес	(5?)h — х хКоэффициент \х определяется	совместным решением	уравнений (56)
и (57):.. _	0,5/?с	/со\V1 — “7	Z р \ -	(58)Вычисление прогибов. Прогибы балок прямоугольного сечения,
рассчитываемых на трещинообразование, вычисляют по формулам
сопротивления материалов в зависимости от схемы загружения. Для
этого определяется жесткость расчетного сеченияB = EaWa(h0- х),	(59)где Wa = Fa (h0 — 0,33*)-Глава IVСОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ
И ПЛАСТМАССОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ§ 30. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ,ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОЕДИНЕНИЯМ ЭЛЕМЕНТОВ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИЦельные деревянные элементы ограничены по сортаменту размера¬
ми поперечного сечения и длинами. При конструировании крупно¬
размерных элементов и конструкций применяют различные способы
соединения: сплачивание, применяемое для увеличения размеров по¬
перечного сечения; сращивание, применяемое для увеличения дли¬
ны элементов; узловое, применяемое для скрепления элементов под
углом.Соединения деревянных элементов выполняются при помощи: клея;
вкладышей в виде нагелей, шпонок и других деталей, заложенных
между соединяемыми элементами; врубок; стальных растянутых свя¬
зей (болтов, хомутов, накладок, листовых шарниров и др.).По производственному признаку различают заводские и построеч¬
ные соединения.87
Рис. 46. Деформации в нагельном соединении:а — при многократном нагружении; б — диаграммы работы соединений; 1 — затухающие де¬
формации в пределах несущей способности (Р < Т); 2 — незатухающие деформации за пре¬
делом несущей способности (Р > Т); ,3 — податливое и вязкое соединение; 4 — жесткое и
хрупкое соединение; Н — начальные деформации; О — остаточные деформации; У — упру¬
гие деформации; П — пластические деформацииВсе соединения, кроме клеевых, обладают податливостью, т. е.
дают при расчетных нагрузках значительные смещения соединяемых
элементов (от 0,2 до 2 мм). Податливость соединений обусловливается
происходящими в них деформациями. Кроме упругих и пластических
деформаций, свойственных древесине, в соединениях наблюдаются
остаточные деформации, происходящие в пределах несущей способнос¬
ти соединений. Значительную часть их составляют начальные деформа¬
ции, происходящие в начале нагружения, величина которых зависит
от точности пригонки элементов и постановки связей в соединении.При проектировании и изготовлении соединений необходимо,
чтобы начальные деформации были как можно меньшими (избежать их
полностью невозможно), поскольку этим обеспечивается важное
в работе соединений свойство — их плотность.Большое значение для работы конструкций имеет характер раз¬
рушения соединения. Если разрушение происходит постепенно,
с сильным развитием пластических деформаций, то оно называется
вязким. При отсутствии пластических деформаций происходит хруп¬
кое разрушение. Такое разрушение наблюдается в тех соединениях,
которые разрушаются от скалывания, раскалывания или разрыва
древесины, а вязкое — там, где прочность зависит от смятия.На рис. 46, а изображена диаграмма работы вязкого соединения
(на нагелях) при многократном его нагружении и разгружении. При
усилиях, не превышающих несущей способности соединения (Р < Г),
нарастание остаточных деформаций затухает, и работа соединения
становится упругой. При усилиях выше несущей способности (Р >88
> Т) рост возникающих при этом пластических деформаций не зату¬
хает и наступает разрушение. Площадь между кривой нагрузки и
кривой разгрузки дает количественное выражение энергии (работы),
затраченной в необратимой форме (ЛПОт), а площадь, заключенная
между кривой нагрузки и осью абсцисс, является мерой полной работы,
затраченной на деформацию (А). При Р > Т с увеличением числа
повторных нагружений необратимая энергия растет и А — Апот -> 0.Диаграммы вязкой и хрупкой работы соединений показаны на
рис. 46, б. Соединения с вязким характером разрушения имеют боль¬
шую удельную площадь диаграммы работы {^- > ] по сравнениюс хрупкими. Поэтому вязкость соединения является гарантией надеж¬
ности сопротивления конструкции повторным загружениям.Хрупкость соединений является недостатком, нередко вызывающим
разрушение конструкции, причиной которого являются непредусмот¬
ренные в расчете перенапряжения одних частей составного элемента
за счет разгрузки других. Так, например, при нескольких совместно
работающих связях (Т = п7\, где 7\ — несущая способность одной
связи) может произойти перегрузка более плотно поставленных свя¬
зей (или одной связи) за счет менее плотных, и, если связи хрупкие,
они разрушаются одна за другой (рис. 47, а). Вязкие соединения ком¬
пенсируют хрупкую работу древесины, выравнивая усилия в связях
и в элементах составной конструкции, и работают совместно и равно¬
мерно (рис. 47, б). Таким образом, гарантией надежности работы кон¬
струкции является плотность соединений в сочетании с вязкостью.При выполнении соединений следует считаться с возможностью
наличия в этих местах пороков древесины — сучков, трещин, косо¬
слоя. Вызванное этим ослабление работы соединения и элементов бу¬
дет тем больше, чем мощнее связь. Для избежания этого следует
соблюдать принцип дробности связей — распределение усилия на
большое количество относительно слабых связей. При этом увеличи¬
вается число плоскостей скалывания и уменьшается опасность раз¬
рушения соединения от скалывания и раскалывания (рис. 48).Ррасч-шш--шт-т.т, [т,-fpdcTРрасчшЖ\ Т[ < Ррася
Последовательное
разрушение связейаРрасч/4Т( >Ррася/3Tfor1 Совместная7* Л/7/5/)/77/7 nftcnPfl////— jJUUUlifUL LUrfJCLL5Рис. 47. Совместная работа нескольких связей в соединении:
а — жесткие связи; б — связи плотные и вязкие89
Рис. 48. Два способа передачи усилия свя¬
зями:а — концентрировано, одной мощной связью; б —
дробно, многими совместно работающими связя-
Z ми; 1 — трещина; 2 — скалывание древесиныРасчетные связи в соединении
должны быть однотипными и иметь
одинаковую жесткость. Связи долж¬
ны размещаться симметрично относи¬
тельно оси элемента и не вызывать в
нем дополнительных усилий (изгибаю¬
щего или крутящего моментов). Кро¬
ме того, следует стремиться к мини¬
мальному ослаблению соединяемых
5	элементов.Из производственных соображений следует отдавать предпочтение
тем соединениям, которые допускают их механизированное изготов¬
ление, просты в сборке и доступны для контроля.§ 31. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ
И КОНСТРУИРОВАНИЮ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙРасчет соединений элементов деревянных конструкций должен
производиться в соответствии со СНиП 11-25-80.Расчетное усилие, действующее на соединение или на отдельную
связь, не должно превышать их несущей способности. При расчете
соединений предполагают, что распределение усилий в них происхо¬
дит пропорционально несущей способности поставленных в них свя¬
зей. Передача части усилия от одного элемента другому непосредст¬
венно, а другой части — через промежуточную деталь не допускается.В зависимости от типа соединения и вида отдельной связи они
работают на смятие и скалывание древесины соединяемых элементов
(или связи) и изгиб связи. Проверка несущей способности соединения
производится по формулам:из условия смятия древесиныN см ^ Т — Rc.whxF см;	(60)из условия скалывания древесины/Vck<7' = №ck;	(61)из условия изгиба связиЛ^<ГИ з,	(62)где Л/см, Nск — расчетные сминающее и скалывающее усилия; Т —
несущая способность соединения или отдельной связи; Rcua — рас¬
четное сопротивление смятию древесины под углом а и по направлению
волокон, определяемое по формуле п. 2 примечаний к табл. 8; FCMt
Fck — расчетные площади смятия и скалывания; = Pin — расчет¬
ное усилие на одну связь (Р — суммарное усилие по плоскости сдви¬90
га, п — число связей сдвига); Тт — несущая способность связи на
изгиб; /?ска — расчетное среднее по площади скалывания сопротив¬
ление скалыванию, определяемое по формуле(63)I	+ P-SLздесь Яска — расчетное сопротивление древесины скалыванию под
углом а к направлению волокон, которое находится по формуле п. 3
примечаний к табл. 8; р — коэффициент, зависящий от схемы прило¬
жения усилий скалывания; /ск — расчетная длина площадки скалы¬
вания; е — плечо усилия скалывания (см. § 34 и рис. 65).Кроме этого, в случае необходимости производится расчет до¬
полнительных элементов соединений: аварийных связей, болтов,
воспринимающих распор в распорных соединениях, накладок, про¬
кладок и т. п. Производится проверка прочности соединяемых элемен¬
тов на растяжение, сжатие, сложное сопротивление по ослабленным
сечениям.При проектировании соединений разгружающее действие сил тре¬
ния не учитывают вследствие их непостоянства. В тех случаях, когда
равновесие системы обеспечивается только силами трения, их следует
учитывать при условии постоянного обжатия по плоскостям трения
и при отсутствии вибрационной нагрузки. Коэффициенты трения де¬
рева по дереву принимаются: торца по боковой поверхности — 0,3;
боковых поверхностей между собой — 0,2.Если трение ухудшает условия работы конструкций и вызывает
в элементах дополнительные напряжения, то силы трения необходи¬
мо учитывать, принимая коэффициент трения равным 0,6.§ 32. КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙОбщие сведения. Клеевые соединения деревянных конструкций
должны применяться и выполняться в соответствии с указаниями
и рекомендациями соответствующей главы СНиП 11-25-80 и Руковод¬
ства по индустриальному изготовлению деревянных клееных конст¬
рукций для строительства [3].Клеевое соединение полностью обеспечивает монолитность соеди¬
нения. Применение клеевого соединения позволяет из маломерного
пиломатериала создавать конструкции больших размеров, различных
форм сечения и очертания. В клееных элементах больших сечений
возможно рационально размещать пиломатериалы различного каче¬
ства по высоте поперечного сечения в соответствии с напряженным
состоянием элемента и требованиями табл. 6 относительно категорий
элементов конструкций. Этим достигается повышенная прочность
клееных элементов и их экономическая эффективность. Многослойные
клееные элементы обладают повышенной прочностью еще и потому,
что благодаря дробному распределению пороков древесины по сече¬
нию элемента и по длине отрицательное влияние их на работу древе¬
сины значительно понижается. Кроме того, недопустимые пороки91
могут быть вырезаны из досок при компоновке клееного пакета. Посколь¬
ку склеиванию подвергаются относительно тонкие, хорошо просушен¬
ные доски, снижаются внутренние усушечные напряжения и коробле¬
ние и растрескивание элементов сводится к минимуму.Клеевое соединение предназначено в основном для работы на сдвиг
вдоль клеевых швов. В отдельных случаях клеевые швы подвергаются
работе на растяжение перпендикулярно шву (на отрыв). Работа на
отрыв понижает прочность клеевых соединений, поэтому ее следует
ограничивать.При склеивании деревянные элементы соединяются без ослабления
их поперечного сечения. Сечениям может быть придана двутавровая,
коробчатая и другая, наиболее рациональная для работы элементов
форма.Перечисленные выше преимущества клеевых соединений и клееных
элементов дают основание считать клееные конструкции наиболее
прогрессивной формой деревянных конструкций заводского изготов¬
ления.Для несущих конструкций используется древесина (пиломатериа¬
лы) и фанера, а для ограждающих — древесина, фанера, листовой и
волнистый стеклопластик, асбестоцемент.Для клееных конструкций применяются пиломатериалы хвойных
пород согласно ГОСТ 8486-66 «Пиломатериалы хвойных пород» с
преимущественной поставкой их в рассортированном виде. Примене¬
ние пиломатериалов лиственных пород допускается только по реко¬
мендациям соответствующих технических условий.Пиломатериалы должны иметь влажность во время изготовления
и приемки конструкций 8... 12% и удовлетворять требованиям
ГОСТ 20850-75 «Конструкции деревянные клееные несущие. Общие
технические требования».Для изготовления прямолинейных элементов рекомендуется ис¬
пользовать пиломатериалы толщиной не более 50 мм (до острожки).
Для гнутоклееных элементов толщина досок не должна превышать
V150 радиуса изгиба и не должна быть более 40 мм. Ширину досок
необходимо согласовывать с номинальной шириной клееного элемента
с учетом суммарной величины припусков на сушку и механическую
обработку (острожку) по ширине, которая принимается для пилома¬
териалов шириной, мм: от 80 до 100 — 10; от 110 до 180 — 15; от 200
до 250 — 20. Склеиваемые поверхности должны быть чисто остроганы
непосредственно перед нанесением на них клея и запрессовкой паке¬
та, шероховатость поверхности должна быть не ниже 6-го класса по
ГОСТ 7016-75 «Древесина. Классы шероховатости и обозначения».Для склеивания заготовок (досок или готовых блоков) по длине
следует применять зубчатые (преимущественно) или усовые клеевые
соединения. Применение усовых соединений усложняет процесс склеи¬
вания и увеличивает расход материала. Размеры применяемых зуб¬
чатых соединений (ГОСТ 19414-79) даны в табл. 10.Для склеивания по длине досок необходимо использовать соедине¬
ния типов 1-32, II-20 (для прямолинейных элементов из толстых и
тонких досок соответственно) и II-10 (для криволинейных элементов).92
Таблица 10. Размеры основных зубчатых клеевых соединенийЭскизТипы соеди¬
ненияРазмеры, ммдлина Lшаг tзатупление b1-501-32II-20
II-10
II-550322010512863,51,751,510,50,2Для склеивания по всему сечению многослойных заготовочных блоков
несущих конструкций используются соединения типов 1-50 и 1-32.
Для склеивания по длине и ширине фанеры — соединения типов 11-10
и И-5.Клеи. При изготовлении клееных конструкций необходимо исполь¬
зовать жидкие клеи на основе синтетических смол. Для конструкций,
которые в процессе эксплуатации будут находиться в условиях повы¬
шенной влажности (более 75%), следует применять фенолоформаль-
дегидный клей марки КБ-3, резорциноформальдегидные клеи марок
ФР-12, ФР-100, ДФК-1АМ, обеспечивающие получение клеевых со¬
единений повышенной водостойкости и долговечности.Для конструкций, не подвергающихся значительному увлажнению,
могут использоваться мочевиноформальдегидные (карбамидные) клеи
марок УКС, КС-68, М19-62. Составы рекомендуемых клеев даны в
приложении 7, порядок их приготовления и применения приведен в [3].Для получения клеев в синтетические смолы добавляют ряд ком¬
понентов: отвердители — для отверждения смолы без нагрева в нор¬
мальных условиях при температуре 15...40° С; пластификаторы —
для придания клеевому шву пластичности, уменьшения его хрупкости;
наполнители — порошки тонкого помола (цемент, древесная мука
и др.) для придания клею зазорозаполняющего свойства и уменьшения
усадки и расхода смолы; разбавители — для придания клею маловяз¬
кой консистенции.Фенолоформальдегидный клей КБ-3 дает хрупкий шов, поэтому
для склеивания древесины с высокопрочными материалами, такими
как стеклопластики, древеснослоистые пластики, лучше применять
модификации фенолоформальдегидных клеев: клей горячего отверж¬
дения марки ФЭ-10 с добавкой 10% эпоксидной смолы или клеи ма¬
рок ВК-3, ВК-32 с добавкой каучука.Резорциноформальдегидные клеи дают эластичное и достаточно
прочное соединение. Но резорцин значительно дороже, чем фенол.Мочевиноформальдегидные клеи приготовляют на основе карбамид-
ной смолы. Это клеи холодного отверждения. При склеивании ими93
Рис. 49. Способы нагрева склеиваемых пакетов:а — контактный нагрев; б — высокочастотный нагрев; 1 — склеиваемый пакет; 2 — горя¬
чие плиты; 3 — металлические электроды; 4 — высокочастотный генератордревесины с пористыми материалами вводят наполнитель — древес¬
ную муку.Из других клеев могут применяться эпоксидные, полиэфирные и
каучуковые. Эпоксидный клей марки ЭПЦ-1 —это высокопрочный
клей, который может использоваться для склеивания металлов, по¬
лимербетонов, стеклопластиков. Его применение ограничивается до¬
роговизной. Полиэфирные клеи имеют тот же состав, что и смолы.
Клеи холодного отверждения дают светопроницаемое соединение.
Каучуковые клеи, получаемые на основе полихлоропренового каучука
с модификаторами (например, клей марки 88Н) эластичны и применя¬
ются для склеивания материалов с сильно отличающимися коэффи¬
циентами температурных деформаций.Клеи выпускают не только в жидком состоянии, но и в виде
пленок из ткани, бумаги, сетки, пропитанных клеями. Расчетные
сопротивления клеевых соединений даны в приложении 8.Склеивание древесины. При нормальной температуре цеха (18...
20° С) склеивание продолжается длительное время, цикл изготов¬
ления клееных элементов растягивается, требуются большие произ¬
водственные площади, много сложных прессов и другого производ¬
ственного оборудования. На современных предприятиях для ускоре¬
ния процесса затвердения клея склеиваемая древесина нагревается.
Склеиваемые элементы могут нагреваться различными способами, но
в практике чаще применяются контактный и высокочастотный на¬
гревы.При двустороннем контактном нагреве склеиваемый пакет нахо¬
дится между горячими плитами (рис. 49, а) и тепло пакету переда¬
ется путем теплопроводности. Применение контактного нагрева сокра¬
щает выдержку склеиваемых элементов в запрессованном состоянии
в 4...6 раз и в свободном в 10 раз по сравнению с холодным склеива¬
нием. Контактный нагрев выполняется на обычных прессах с подогре¬
вом плит электричеством или паром без специального оборудования —
в этом его преимущество. Однако контактный нагрев имеет и ряд не¬
достатков:относительно длительную выдержку (до 60 мин), препятствующую
осуществлению конвейеризации производства;при конвекционном прогреве толстых пакетов требуется большой94
перепад начальных температур плит, величина которого ограничена,
так как при t = 200° древесина обугливается; толщина склеиваемых
пакетов ограничена (до 150 мм);пересыхание внешних слоев досок, что вызывает нежелательные
усадочные напряжения в клеевом пакете, вследствие этого и неодно¬
временного схватывания клея в швах по толщине пакета в них раз¬
виваются внутренние напряжения, ослабляющие прочность соеди¬
нения.Высокочастотный нагрев позволяет избежать этих недостатков.
Склеиваемый пакет практически по всей толщине прогревается одина¬
ково. Более того, вследствие повышенной диэлектрической проницае¬
мости клеевой шов поглощает больше электрической энергии и прогре¬
вается значительно быстрее древесины. Это способствует значительному
ускорению процесса склеивания, продолжительность которого может
быть доведена до 1...5 мин. Применение токов высокой частоты для
ускорения схватывания стало возможным с использованием термо¬
реактивных клеев. Затраты на создание промышленных высокочас¬
тотных нагревательных установок при автоматизированном конвей¬
ерном производстве массовых клееных деревянных конструкций пол¬
ностью себя оправдывают.Суть высокочастотного нагрева заключается в следующем. Склеи¬
ваемый пакет помещается между металлическими электродахми
(рис. 49, б), к которым подводится энергия от высокочастотного генера¬
тора. В результате образуется электрический конденсатор, у которого
обкладками являются электроды, а диэлектриком — находящийся
между ними склеиваемый пакет из досок.Клееные элементы. Склеиванием могут быть получены прямоли¬
нейные и криволинейные стержни, которые применяются как балки
или элементы верхних поясов ферм и арок. Стержни могут быть полу¬
чены любой длины. Расположение материала в клееных элементах по
качественным категориям в поперечном сечении и продольном направ¬
лении показано на схемах рис. 50.В клееном пакете из досок каждая доска при своем стремлении
покоробиться в том или ином направлении (от усушки или разбуха¬
ния) встречает упругое противодействие со стороны расположенных
рядом других досок. В результате этого на поверхности доски возни¬
кают нормальные и тангентальные напряжения. От них в клеевых
швах между досками развиваются отдирающие и касательные напря¬
жения (рис. 51). В зависимости от взаимного расположения годовых
колец смежных досок в пакете (несогласованного, рис. 52, а, и со¬
гласованного, рис. 52, б) в клеевых швах могут преобладать либо
касательные, либо нормальные напряжения. При компоновке паке¬
та необходимо располагать доски так, чтобы коробление их вызвало
минимальные растягивающие напряжения поперек клеевых швов
(рис. 52, б), т. е. направление годовых слоев должно быть согласовано,
или нужно применять сплачивание досок по высоте и ширине
(рис. 52, в).Отдельные доски пакета стыкуются зубчатыми соединениями пре¬
имущественно с зубьями, выходящими на кромку (рис. 53), при этом95
чЦК—VаПк ШкИи^Х-=Г^=!к НК-VШКшк~\я-gOS'Л ■J £
<^г§h^SOcMh >50смg	шк шкРис. 50. Расположение досок по качественным категориям в клеедощатых
элементах:а — растянутый стержень; 6 — изгибаемые и сжато-изгибаемые элементы; в —•
сжатый стерженьРис. 51. Внутренние напряжения в клеевых швах между досками:
а — отдирающие напряжения; б — касательные напряженияИЗад	бРис. 52. Укладка досок в сечениях элементов:а — несогласованное направление годовых слоев; б согласованное направление
годовых слоев; в «— сплачивание по высоте и ширине
Рис. 53. Стыкование досок
по длинеРис. 54. Стыкование клееных пакетов по длине:а — с зубьями, выходящими на пласть; 6 — с зубья¬
ми, выходящими на кромкурасстояние между зубчатыми соединениями в одной доске должно быть
не менее 1500 мм. Стыки соседних досок в пакете располагаются враз¬
бежку с расстоянием между ними не менее 20 толщин стыкуемых досок.
По ширине клееного пакета швы склеиваемых кромок следует распола¬
гать в разбежку со сдвижкой склеиваемых кромок не менее чем на
4 см по отношению к швам в соседних слоях досок (рис. 52, в).В клееных пакетах доски стыкуются зубчатым соединением с
зубьями, выходящими на пласть и на кромку составляющих паке¬
ты досок (рис. 54).При примыканиях элементов под углом 30...45° между волокнами
допускается применять клеевые соединения досок шириной не более
15 см с восприятием отрывающих усилий болтами, шурупами или
гвоздями. При примыканиях элементов под углом меньше 30° и боль¬
ше 45° клеевые соединения не допускаются.При склеивании досок с фанерными элементами конструкции жела¬
тельно, чтобы направление волокон наружных шпонов фанеры совпа¬
дало с направлением волокон древесины доски. Если угол между во¬
локнами составляет 90°, ширина досок должна быть не менее 10 см
(во избежание возникновения значительных внутренних напряжений
в клеевом соединении разномодульных материалов, рис. 55).Укрупнительная сборка большепролетных конструкций из от¬
дельных клееных элементов или блоков производится с помощью мон¬
тажных стыков, устраиваемых, как правило, в узлах, где изгибающие
моменты равны нулю или малы. Стыки, воспринимающие сжимающие
усилия от расчетных нагрузок, конструируются впритык при тщатель-Рис. 55. Эпюры внутренних напряжений и характер разрушения клеефанерного эле¬
мента:а — эпюра нормальных (отдирающих) напряжений; 6 — эпюра касательных напряже¬
ний; в — характер разрушения; г — ограничен* ширины доски* приминающей к фанерной
стенке7 2-734	97
Рис. 56. Растянутые монтажные стыки клеедощатых элементов:а, б — со стяжными болтами; в — с клиньями; г — со скосами на концах накладок; 7 — сое¬
диняемые элементы; 2 — накладки; 3 — клеевой шов; 4 — стальные тяжи; 5 — уголки;
€ — клинья; 7 — стяжные болтыной приторцовке стыкуемых элементов и с постановкой монтажных
накладок на болтах. В растянутых стыках можно применять клееные
накладки со стальными тяжами (рис. 56). Чтобы лучше восприни¬
мать отдирающие усилия, уголки хомутов стягиваются между собой
поперечными стяжными болтами (рис. 56, а9 б), а в стыках (соединени¬
ях) ставятся обжимные клинья (рис. 56, в) или устраиваются скосы на
концах накладок (рис. 56, г).В узлах решетчатых конструкций могут применяться соединения
на вклеенных стальных штырях, которые допускаются в конструкциях
групп эксплуатации Al, А2, Б1 и Б2 при температуре, не превышающей
35° С. Для этих соединений используется арматура периодического
профиля класса А-II и выше диаметром 12...25 мм.Стержни предварительно очищенные и обезжиренные вклеиваются в
просверленные отверстия (или в профрезерованные пазы). Диаметры
отверстий при диаметре стержней 12... 14 мм принимаются более диа¬
метра вклеенных стержней на 4 мм, а при диаметре стержней более
14 мм — на 5 мм.	«Стержни вклеиваются с помощью состава ЭПЦ-1 на основе эпо¬
ксидной смолы.В зависимости от конструкции соединения (стыка) и действующих
в нем усилий штыри работают на продавливание или выдергивание
вдоль (рис. 57, а), поперек и под углом (рис. 57, б) к волокнам деревян¬
ных элементов.Расчетная несущая способность вклеенного штыря определяется
по формулеТшт= ЯскЯ(б* + 0,5)/6с,	(64)где Я™ — расчетное сопротивление древесины скалыванию; d — диа¬
метр вклеенного штыря, I — длина заделываемой части штыря (длястержней из арматуры класса А-II—	I = 20d; A-III — I = 25d); kc —Рис. 57. Соединения на вклеенных сталь¬
ных штырях:а — стык элементов; б — узловые соединения4ту* v
и ь *1! li о98
абРис. 58. Правила расстановки штырей:а — при работе на выдергивание вдоль волокон; 6 — то же; поперек волоконкоэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряже¬
ний сдвига в заделке, определяемый по формулеft. = 1,2 —0,02-2--Вдоль волокон древесины RCK = 0,21 МПа; поперек волокон —
в соединениях элементов из цельной древесины Rcк9о = 1 МПа; в сое¬
динениях элементов из клееной древесины R^o = 0,7 МПа; под уг¬
лом к волокнам /?ск определяется по формуле табл. 8.Для древесины других пород расчетные сопротивления, приведен¬
ные выше, умножаются на коэффициенты, указанные в приложении 2.При расстановке штырей расстояние между осями вклеенных шты¬
рей, работающих на выдергивание или продавливание вдоль волокон,
s2 должно быть не менее 3d, а расстояние до наружных граней s3 —
не менее 2d (рис. 58, а). Расстояние между осями вклеенных штырей,
работающих на выдергивание поперек волокон (и под углом к волок¬
нам), s4 должно быть не менее 3,5d, а работающих на выдергивание
вдоль элемента s± — не менее 6d, расстояние до наружных граней s5 —
не менее 3d (рис. 58, б).§ 33. НАГЕЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙОбщие сведения. Нагелями называются вкладыши, препятствую¬
щие взаимному сдвигу соединяемых элементов и работающие в основ¬
ном на изгиб. По форме нагели бывают цилиндрическими и пластинча¬
тыми. К цилиндрическим нагелям относятся: болты, штыри, гвозди
и винты. К пластинчатым нагелям относятся дубовые пластинки (за¬
кладываемые r гнездо) и стальные пластинки (закладные и забивные).Область применения нагелей: болты и штыри — в стыках эле¬
ментов для сплачивания составных сжатых элементов, в узловых
соединениях; гвозди — для сплачивания составных сжатых элементов
из досок, реже — в узловых соединениях; пластинчатые нагели,—
для сплачивания брусьев в составных балках; глухари и шурупы —
в соединениях со стальными накладками.В зависимости от вида деформации нагелей (относительно середины
их длины) различают: симметричные соединения (рис. 59) и несиммет¬
ричные (рис. 60). По числу плоскостей сдвига между соединяемыми7*99
Рис. 59. Симметричные соединения на цилиндрических нагелях:а — двухсрезное с боковыми деревянными накладками; б — двухсрезное с боковыми тон¬
кими накладками; в — многосрезное (четырехсрезное); г — двухсрезное с листовым шар¬
ниромэлементами соединения делятся на односрезные, двухсрезные и много¬
срезные. Здесь понятие «срез» не относится к характеру работы и раз¬
рушения нагеля, а означает только место пересечения им плоскости
сдвига.Работа нагельного соединения. В правильно запроектированном
нагельном соединении происходит смятие древесины гнезда (вязкость
соединения) и изгиб нагеля (рис. 61, а), при жестком нагеле может
произойти раскалывание древесины между гнездами (хрупкое разру-|Г	(г ,|гf-Г+Л= t——-1с—ас¥аРис. 60. Несимметричные соединения на цилиндрических нагелях:а — односрезное при равных толщинах элементов; б — то же, при различных толщинах:
в —* односрезное на гвоздях; г — односрезное с накладками; д — двухсрезное в составной
изгибаемой балке100
Рис. 61. Работа нагельного соединения и характер его разрушения:
а — работа гибкого нагеля; б —« работа жесткого нагеляшение) (рис. 61, б). Поэтому применять жесткие нагели не рекоменду¬
ется. Нагельные соединения отличаются плотностью. На рис. 62 пока¬
зана работа различных видов односрезных нагельных соединений и схе¬
мы действия на них сдвигающих сил в виде распределенных напряже¬
ний смятия (тсм, эпюр изгибающих моментов М и поперечных сил Q.
Нагельные соединения (безраспорные) — Тгех = Т2е2.Соединения на цилиндрических нагелях. Стальные цилиндриче¬
ские нагели изготовляются диаметром 12...24 мм с градацией через2	мм, дубовые — диаметром 12...30 мм с градацией через 4 мм (выта¬
чиваются из брусков). Нагели вставляются в отверстия равного с ними
диаметра.Нагели и болты могут выполняться также из других материалов.
Металлические нагели неприемлемы при работе конструкций в хими¬
чески агрессивной среде и для этих условий нагели изготовляются пол¬
ностью деревянными или деревопластмассовыми, например, из ориен¬
тированного прессматериала АГ-4С и из ДСП-Б. Из этих материалов
прессованием изготовляются болты, нагели, гайки и шайбы.Винты и шурупы диаметром до 10 мм и глухари диаметром до 20 мм
завинчиваются в предварительно рассверленные сверлом меньшего диа¬
метра отверстия.Гвозди диаметром до 6 мм забиваются в цельную древесину; при
большем диаметре гвоздей предварительно просверливаются гнезда
сверлом меньшего диаметра (нерекомендуемое соединение).Расчет соединения. Ввиду плотности нагельного соеди¬
нения, деформации нагеля и древесины тесно связаны между собой.Рис. 62. Работа защемленного нагеля в гнезде:а — схема действия сил на нагель; б — схема работы болта, штыря или дубового (пластмас¬
сового) нагеля в гнезде; в — схема работы гвоздя; г — схема работы пластинчатого нагеля101
Таблица 11. Расчетная несущая способность цилиндрического нагеляРасчетная несущая способностьT, кН, на один срезВид соедине¬
нияРасчетноеусловиестальногонагелягвоздядубовогонагелянагели из
АГ-4Снагели из
ДСП-БСимметричноеСмятие:
в средних элемен¬0,5cd0,5cdRCMтахв крайних элемен¬0,5ей0,5а*0,3 cdНесимметрич¬ноетах
Смятие:
во всех элементах
равной толщины, а
также в более
толстых элементах
односрезных со¬00,8 ad0,5 adOSad0,8 cdRCMединенийв более тонких0,35 cd0,35 cd0,2 cct0,35 cd—крайиих элементах0,8ad0,8ad0,5 ad0,8ad—СимметричноеИзгиб нагеля1,8d2 -f-%bd2 +0,45d2 +1,45 d2 +0,8 d2 +и несиммет¬+ 0,02а2,+ 0,01a2,+ 0,02a2,4- 0,02a2,4- 0,02a2ричноено не бо¬
лее 2,5 d2но не бо¬
лее 4,0 d2но не бо¬
лее 0,65d2но не бо¬
лее 1,8 d2но не бо¬
лее \,0d2Примечание. RCM = 1; 0,95; 0,85 кН/см2 соответственно в отверстиях диаметром 4 =
— 12; 18; 25 мм (для других значение по интерполяции).Поэтому несущая способность нагельного соединения определяется
тем видом сопротивления (т. е. изгибом нагеля или смятием древесины
стенок гнезда), который раньше достигает предельного состояния и на¬
ходится для одного среза нагеля по формулам:по смятию гнезда^см = К cd; Т\м = k2ad;	(65)по изгибу нагеляТ„ = k3d2 + 64а2.	(66)В этих формулах с я а — толщины соединяемых элементов, k —
коэффициенты, принимаемые по табл. 11. За расчетную несущую спо¬
собность на один срез принимается минимальная из полученных ве¬
личин.По формулам (65) и (66) рассчитываются соединения, работающие
вдоль волокон. В тех случаях, когда передаваемое нагелем усилие на¬
правлено под углом а к волокнам элементов, расчетная несущая спо¬
собность находится по указанным формулам с умножением на коэффи¬
циент ka (табл. 12) при расчете по смятию древесины гнезда и наТаблица 12. Коэффициент kQКоэффициент ka для нагелейa0стальных d, смдубо¬пластмассовых d, см1.2 || 1,622,4вых1.21 l’6 11 2 12,4300,950,90,90,910,850,80,80,8600,750,70,650,60,80,530,50,460,42900,70,60,550,50,70,420,360,330,3Примечание. Для промежуточных углов и диаметров значение находится
по интерполяции.102
при расчете по изгибу нагеля. Угол принимается равным большему
из углов смятия нагелем элементов, прилегающих к рассматриваемо¬
му шву.В соединении на нагелях из пластмасс кроме смятия древесины гнез¬
да и изгиба нагеля может произойти срез нагеля. Несущая способ¬
ность нагеля на один срез при этом виде сопротивления находится по
формулеГер = -?£- Яср,	(67)где RCp — расчетное сопротивление материала нагеля срезу.За расчетную несущую способность нагеля на один срез в этом слу¬
чае принимается минимальное значение, получаемое по формулам
(65), (66) и (67).При проектировании соединений элементов, работающих при по¬
вышенной влажности или температуре, при проверке соединений на
воздействие только постоянной и временной длительной нагрузок
или рассчитываемых на воздействие кратковременных нагрузок, не¬
сущую способность на один срез следует определять по формулам
(65)...(67) с умножением на соответствующие поправочные коэффициенты
по табл. 1, 2, 3, 4 при расчете из условия смятия древесины и на корень
квадратный из их коэффициентов при расчете из условия изгиба на¬
геля.Число нагелей в соединении определяется по формулеNпи =^миы^ср(68)где N — расчетное усилие в соединении; Тмин — расчетная несущая
способность одного среза; яср — число срезов нагеля.Конструирование соединения. Нагели в соеди¬
нении размещаются с учетом предотвращения разрушения древесины от
раскалывания в результате недопустимого ослабления соединяемых
элементов. Нормативные расстояния между рядами нагелей s2, между
нагелями в ряду Sj зависят от типа нагеля, от толщины соединяемого
пакета и от способа расстановки (рис. 63 и табл. 13). Чем толще пакет,
тем больше опасность искажения правильной разбивки нагелей на
обратной стороне пакета (из-за увода сверла при сверлении). Поэто¬
му в толстых пакетах при b > \Ы принимаются увеличенные расстоя¬
ния между нагелями.Нагели следует размещать, как правило, по двум, реже — четырем
продольным рядам. Размещение нагелей по одному или трем продоль-Таблица 13. Нормативные расстояния между нагелямиРасстояние s,Расстояние s2Расстояние s3Тип нагелейпри
Ъ ^ 10</ь > mприЬ ^ 10 dь> mпри
Ь ^ 10 db > lOdБолты, штыри
Дубовые нагели6й
4dId
5d3d
2,5 d3,5 d
3d2,5d
2,5 d3d
2,5 d103
Рис. 63. Размещение цилиндрических нагелей:а — болтов, штырей и нагелей прямыми рядами; б — то же, в шахматном порядке; в — гвоз¬
дей прямыми рядами; г — то же, в шахматном порядке; д — то же, косыми рядаминым рядам не допускается, чтобы избежать совпадений среднего ря¬
да с сердцевинной плоскостью элемента, где появляется усушечная
трещина.Размещение нагелей в шахматном порядке не рекомендуется.
Трудоемкий процесс разметки облегчает применение шаблонов. Рас¬
сверливание отверстий электросверлами с направляющей рамой так¬
же облегчает работу и повышает качество отверстий. Рассверливание
ведется через весь пакет досок, временно соединяемых струбцинами
или гвоздями.Забивают нагели в отверстия равного диаметра легкими ударами
молотка. Забивка нагелей в отверстия меньшего диаметра может вы¬
звать раскалывание древесины по рядам отверстий.В нагельных соединениях должны быть поставлены стяжные бол¬
ты: в растянутых стыках с деревянными накладками в размере 25..*
40% от общего числа нагелей; в растянутых стыках со стальными на¬
кладками в размере 50% от общего числа нагелей; в узловых соедине¬
ниях ставят не менее одного стяжного болта в центре узла.Соединяемые элементы проверяются на прочность с учетом ослаб¬
ления отверстиями.Применение нагельных соединений с тонкими прокладками, сталь¬
ными или пластмассовыми накладками (рис. 59, б, г и рис. 60, г) до¬
пустимо, если нагели в отверстия поставлены плотно. Это достигается
сквозным просверливанием пакета. Прокладки и накладки проверяют¬
ся на растяжение по ослабленному сечению, на продольный изгиб,
на смятие стенок отверстий по формулам:(69)(70)
здесь N — расчетное усилие в прокладке или одной накладке; FHT —
расчетная площадь ослабленного отверстиями сечения; Fep — пло¬
щадь брутто сечения накладки; ф — коэффициент продольного изгиба
при гибкости накладки, определенной на расчетной длине между
точками закрепления; d — диаметр отверстия; 8Н — толщина наклад¬
ки (прокладки); пн — число отверстий; Rpt Rc, RCM — расчетные со¬
противления материала накладок (прокладки) растяжению, сжатию,
смятию.Гвоздевые соединения. Нормальной толщиной пробиваемого эле¬
мента следует считать с = lOd™, при которой s± ^ 15drB, минимальной
толщиной является с = 4^, при которой = 25drB. Для проме¬
жуточных значений с наименьшее расстояние s± определяется по интер¬
поляции. Для элементов, не пробиваемых гвоздем насквозь, независи¬
мо от их толщины, принимается s1 ^ 15drB. Расстояние вдоль волокон
от гвоздя до торца элемента во всех случаях должно быть не менее
15drB. При расстановке гвоздей косыми рядами в шахматном порядке
расстояние s2 может быть уменьшено до 3drQ.Встречная забивка гвоздей с противоположных сторон пакета до¬
пускается лишь в том случае, когда их концы заглубляются в средний
элемент пакета не более чем на 2/3 его толщины.Забьвка гвоздей в древесину твердых лиственных пород и в лист¬
венницу не допускается из-за опасности появления трещин.Расстояние между гвоздями вдоль волокон древесины в элементах,
выполненных из осины, ольхи и тополя, следует увеличивать до 50%
по сравнению с указанными выше.Нагели из круглой стали в соединениях с листовыми шарнирами.
Соединения с листовыми шарнирами применяются в основном для
крепления массивных растянутых элементов в узлах и стыках
(рис. 64).Стальная полоса к элементу крепится болтами и штырями. Число
болтов должно составлять 25...50% от общего числа нагелей. Для обес¬
печения необходимой плотности соединения сверление отверстий для
нагелей производится сверлом для металла через древесину и стальную
полосу, заранее вставленную в прорезь деревянного элемента.В соединениях с листовыми шарнирами применяются двухсрезные
симметричные нагели. Несущая способность одного среза нагеля, кН,
определяется по формулеТг = (2 + 0,25а) d2,	(72)hгде d — диаметр нагеля, см; а = 	коэффициент, равный отно¬
шению половины толщины соединяемого элемента к диаметру на¬
геля d.Несущая способность одного двухсрезного нагеля Тп = 27\.Для обеспечения равнопрочности нагеля по смятию и изгибу зна¬
чения коэффициента а рекомендуется поинимать в пределах 4...5.
Размеры поперечного сечения полосы or редэляются из условия проч¬
ности ее на разрыв по ослабленному нагелями сечению.105
аРис. 64. Соединения с листовыми шарнирами:а — растянутый стык; б — сборно-разборный стык со стальными накладками на болтах;
в — узловое соединение нижнего пояса фермы; 1 — стальная полоса; 2 — стальные наклад¬
ки; 3 — болт; 4 — нагель из круглой сталиРазмещают нагели в соединениях с листовым шарниром по об¬
щим правилам размещения нагелей из круглой стали, причем расстоя¬
ния между нагелями вдоль волокон и от крайнего нагеля до торца эле¬
мента принимаются sx ^ 7,5d.§ 34. ДРУГИЕ ВИДЫ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИСоединения на врубках. Врубки являются старейшим способом
соединения деревянных элементов. В настоящее время применяются
лобовые врубки — в узловых соединениях и лобовые упоры — в сты¬
ках сжатых элементов (рис. 65).Лобовые врубки применяются в конструкциях из бревен
и брусьев. Наиболее распространена лобовая врубка одним зубом
(рис. 65, а). Направление рабочей плоскости смятия назначают под
углом 90°, а саму плоскость размещают центрально относительно оси
примыкающего элемента. Этим достигается обжатие по плоскости ска¬
лывания, которое обеспечивает хорошую работу врубки на сдвиг.
Глубина врубки не должна превышать V3 высоты или диаметра эле¬
мента в опорных узлах и х/4 — в промежуточных узлах ферм (и долж¬
на быть не менее 2 см в брусьях и 3 см в бревнах). Длина плоскости ска¬
лывания /ск должна быть не более 10 Явр, этого достаточно для предо¬106
Рис. 65. Примеры узловых соединений элементов на врубхе:а — врубка с одним зубом; б — лобовой упор; в — то же, с врубкой; г — лобовой упор че¬
рез промежуточный вкладыш; д — лобовой упор с боковыми накладкамитвращения возможного выкалывания древесины по косослою, и не
менее l,5/i во избежание появления больших растягивающих напряже¬
ний, перпендикулярных плоскости скалывания.Расчет врубки производится по формулам (60) и (61). Ослабленный
врубкой элемент проверяется с учетом ослабления и внецентренного
действия усилия. Расчетные усилия по рабочим плоскостям находятся
разложением продольного усилия примыкающего элемента по нор¬
малям к этим плоскостям.Соединения лобовыми упорами применяются для передачи усилия
от одного сжатого элемента другому под углом (рис. 65, б) или вдоль107
аРис. 66. Соединения на шпонках и колодках:а — на продольных призматических шпонках; 6 — поперечных призматических шпонках?
в — на колодкахосей элементов (рис. 65, д) — стыки верхних поясов ферм и для соеди¬
нения сжатого элемента с растянутым под углом через подушку или
вкладыш (рис. 65, в9 г) — промежуточные узлы ферм. Подушка рас¬
считывается по формулам (60) и (61), а вкладыш по формуле (61), за¬
тем проектируется нагельное соединение для прикрепления вклады¬
ша к элементам пояса.Соединения на шпонках. Шпонками называются вкладыши, пре¬
пятствующие взаимному сдвигу соединяемых элементов. Шпонки мо¬
гут быть призматическими, в виде колодок и кольцевыми.Призматические деревянные шпонки предназначены для спла¬
чивания составных балок из брусьев и бревен. Они бывают двух типов:
продольные и поперечные. Продольные (рис. 66, а) работают на смятие
и скалывание вдоль волокон. Поперечные натяжные (рис. 66, б) допус¬
кают уплотнение путем подклинивания; работают на смятие и скалы¬
вание поперек волокон (выполняются из дуба).Отличительным признаком работы призматических шпонок явля¬
ется распор, который образуется вследствие поворота шпонки. Рас-
пор воспринимается болтами. Рассчитываются такие шпонки по форму¬
лам (60) и (61), стяжные болты рассчитываются на растяжение.Колодки (шпонки большого размера) предназначены для спла¬
чивания элементов с зазором (рис. 66, в). Их применение рекомендует¬
ся для наружных элементов с большими нагрузками, где наличие за¬
зора способствует просушке элементов и увеличивает изгибную жест¬
кость (например, в мостовых балках).Соединения на пластинчатых нагелях (рис. 67) выполняются из
высококачественного дуба влажностью <10%. Толщина нагелей дела¬
ется точно по размеру гнезда. После установки нагели разбухают от
прикосновения с более влажной древесиной и достигается плотное за¬
щемление их в гнездах. Соединение работает на изгиб, смятие поперек
волокон и перерезывание волокон нагеля, а древесина соединяемых
элементов — на скалывание между нагелями. Размеры пластинок:
толщины бпл = 1,2 см и 6 = 1,6 см; длины /щ, = 5,4 см и 1^ = 7,2 см.
Несущая способность одного нагеляТПЛ = 14/ПЛ&ПЛ ^ 63бпл^пл-	(73)Конструкции соединения и конструктивные требования приведены
на рис. 67.
f}S/ri/2l„,+0JCHЬ>15смtj,a=5,4(uau 7,2)см flpa2f!SjrSt6(mu7A}cif
6Рис. 67. Соединения на пластинчатых нагелях:а — сквозная расстановка нагелей нри Ь ^ 15 см; б — глухая расстановка на¬
гелей при b > 15 смСоединения на гвоздевых пластинках. В последнее время одновре¬
менно с экспериментальными исследованиями их свойств начинают
применяться для соединения досок, брусьев и клеедощатых элементов
под любым углом впритык гвоздевые пластинки (рис. 68). Работа та¬
кого соединения мало отличается от работы нагельных соединений.
Несущая способность соединения зависит от количества гвоздей в
пластинке. Получаются гвоздевые пластинки различных размеряв и
толщин штамповкой.Рис. 68. Соединения на гвоздевых пластинках:
и —'общий вид гвоздевой пластинки; б — узлы ферм109
Соединения на растянутых связях. К растянутым связям относят¬
ся: гвозди и винты, работающие на выдергивание; скобы, хомуты; на¬
кладки, планки, прокладки из листовой стали, из КАСТ-В и из фане¬
ры; расчетные болты и тяжи, стяжные болты (могут выполняться из
СВАМ). Стальные связи должны защищаться от коррозии.Г в о з д и, работающие на выдергивание, учитываются только
при расчете второстепенных элементов (подшивка потолка, укладка
пола, настила и др.), а также в конструкциях, где гвозди одновремен¬
но работают на сдвиг при забивке их поперек волокон древесины
(рис. 69, а).Расстановка гвоздей производится по правилам для гвоздей, ра¬
ботающих на сдвиг.Винты (глухари, шурупы) (рис. 69, б) могут применяться для
крепления в ответственных местах. При расстановке принимается
sx = 10d, s2 = s3 = 5d.Расчетная несущая способность гвоздя или винтаТ = R*Andll9	(74)где #Вд — расчетное сопротивление выдергиванию (для гвоздя из
сухой древесины — 0,3 МПа; из сырой — 0,1 МПа; для винта —
1 МПа); 1г — расчетная длина защемленной части.Скобы выполняются из круглой стали d = 12... 18 мм и приме¬
няются в нерасчетных соединениях при сплачивании составной балки
(рис. 69, в) или при вязке узла (рис. 69, г).Хомуты охватывают присоединяемый элемент и при поможщ
болтов и гаек подтягивают его к другому (рис. 69, д). Выполняются
хомуты из круглой или полосовой стали с подкладками, обеспечиваю¬
щими допустимую площадь смятия элемента.На рис. 69, е показан пример решения опорного узла фермы с при¬
менением натяжных гнутых хомутов.Накладки (планки) применяются, в основном, как крепления
растянутых элементов. Они крепятся винтами и глухими нагелями.
В последнее время роль этих креплений в деревянных и пластмассо¬
вых конструкциях возросла, так как появились различные системы
сквозных конструкций, основанных на применении полосовой стали
и листовых высокопрочных материалов КАСТ-В, ФБС, ДСП-Б в рас¬
тянутых креплениях стыков и в узловых соединениях решеток ферм
с поясами. Расчет накладок в соединении рассмотрен выше.Расчетные болты и тяжи, работающие на растяже¬
ние, применяются в подвесках, анкерах, в растянутых элементах ферм,
затяжках арок и сводов и т. п.Болты имеют на одном конце нарезку, а на другом — головку.
Тяжи имеют нарезку с обоих концов, а также могут иметь на одном
или обоих концах петли. Применение петель дает положительный эф¬
фект, так как оно не вызывает ослабления соединяемых стержней. Не¬
достатком его является отсутствие напряжения в соединении, которое
в случае необходимости производится при помощи особого натяжного
устройства.ПО
l^lOd^Zaaz4<$g.al,=0,6l„6-+4~£Рис. 69. Соединения на растянутых связях:а, 6 «— связи, работающие на выдергивание; в — скобы для сплачивания брусьев (бревен);
г — вязка узла скобами; д — подвесные хомуты; е — опорный узел фермы с натяжными хому¬
тами; / — упорный вкладыш; 2 — натяжной хомут; 3 — прокладки из полосовой стали для
предотвращения смятия древесины хомутами; 4 — вилка для удержания хомута; 5 — под-
балка; 6 ^-г подушка; 7, 8 => стальные башмаки из уголков, передающие усилие от подкоса^на
хомуты111
При наличии нарезки хотя бы на одном конце тяжа сечение его
определяют по площади нетто. Стальные растянутые элементы прове¬
ряют по формуле(75)где — расчетное сопротивление растяжению прокатной стали со¬
ответствующей марки при проверке по ненарезанной части, а при про¬
верке сечения по нарезке — с введением поправочного коэффициента
0,8; при расчете двойных и тройных тяжей и болтов в обоих случаях
дополнительно вводится поправочный коэффициент 0,85.Площадь шайбы определяется из расчета на смятие под углом а =
= 90...60° к волокнам:F^NIRcMa,	(76)где /?сма — расчетное сопротивление смятию древесины под шайба¬
ми (табл. 8). Толщина шайбы определяется из расчета на изгиб.В ответственных соединениях на тяжах следует ставить контр¬
гайки, которые закрепляют гайки в необходимом положении и пред¬
охраняют нарезку от случайного срыва.Стяжные болты в соединениях ставятся без расчета на рас¬
тяжение. Если соединение должно быть разборным, то отверстия де¬
лают на 0,5 мм более диаметра болта. При учете стяжных болтов в ра¬
боте на сдвиг диаметры болтов и отверстий делают одинаковыми. Ди¬
аметр стяжных болтов принимают не менее */40 толщины пакета.
Размеры шайб для них назначают 3,5d х 3,5d X 0,3d, где d — диа¬
метр болта.§ 35. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯО	СОЕДИНЕНИЯХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАСТМАССОВЫХ КОНСТРУКЦИЯЭлементы пластмассовых конструкций соединяются между собой
четырьмя способами: склеиванием, сваркой, механическим и комбини¬
рованным (клеемеханическим). Каждый вид соединения обладает
определенными достоинствами и недостатками.Склеивание является основным средством соединения пластмассовых
элементов. По сравнению с другими видами соединений, клеевые сое¬
динения обладают рядом преимуществ: отсутствие ослаблений, плот¬
ность и непрерывность, возможность эффективного соединения раз¬
нородных материалов, легкость конструкции. Общим недостатком
клеевых соединений является их пониженная теплостойкость и невоз¬
можность применения в условиях строительства.Сварка, являющаяся самым прогрессивным соединением для эле¬
ментов из термопластов, приводит к возникновению в зоне сварного
шва значительных внутренних напряжений, а также к термическому
отпуску, что вызывает снижение прочности соединений.Механические соединения (нагели, болты, винты, заклепки) оказы¬
ваются наиболее удобным видом соединения при монтажной укруи-
нитедьной сборке. Их преимущество — простота конструкции и осу¬
ществления; недостаток — ослабление несущих соединяемых эле¬
ментов.112
Комбинированные соединения дают возможность избежать недо¬
статков, присущих нагельным и клеевым соединениям. В них клеевые
швы сочетаются с местными точечными креплениями в виде шурупов,
винтов, заклепок, болтов. Клей придает шву непрерывность и монолит¬
ность, дискретные механические крепления увеличивают прочность
шва, выполняют роль аварийных в случае пожара, при изготовлении
соединения заменяют запрессовочные устройства.§ 36. СКЛЕИВАНИЕ ПЛАСТМАССДля склеивания применяются клеи, основанные на синтетических
смолах. Могут применяться также марки клеев, рассмотренные в
§ 32. Склеивание элементов из высокопрочных стеклопластиков (СВАМ,I4* £17"10X12 %L15111316JL1719а20212526. -—^I1	1	1	с■■4 1 - ■23«24	:	(tz: ^ i
		г	1 |		—*=11rL=1 —*Рис.’ 70.' ,Виды клеевых «соединений пластмассовых элементов:а — листовых; 6 — трубчатых; 1, 16, 21 — впритык; 2, 9 — на ус; Я,- 10 — в полсеченея;
4, 7 — внахлестку; 5, 5, 8, 9, 14, 17, 19, 20 — с накладками; 10, 12, 18 — врезные; И, 13 —
в шпунт; 24 — с вкладышами; 25 « в раструб; 26 — с муфтой; 27 — с втулкой8 2-734113
О 0,2 Qt5 1 2 5 10 20 60 А
аО 20 40 т 60 30
оРис. 71. Графики для расчета клеевых соединений:
а — нахождение величины &шв; б — нахождение величины Т)КАСТ) может производиться эпоксидными клеями на основе смол
ЭД-5, ЭД-6. Соединение элементов светопроницаемых конструкций
(панелей) из полиэфирного стеклопластика целесообразно выполнять
на полиэфирных клеях. Для склеивания разнородных материалов,
имеющих сильно отличающиеся коэффициенты расширения н усадки,
а также модули упругости, пригодны эластичные высокопрочные
каучуковые клеи, например, 88-Н.Стеклопластики, древесные пластики соединяются между собой и
другими материалами разнообразными видами клеевых соединений
(рис. 70). Расчет соединений внахлестку, с накладками, врезных,
в полсечения, в шпунт, с муфтами (втулками), в раструб на сдвиг
производится по формулет=^-<т/?ск,	(77)Г Шгде N — расчетное усилие; km — коэффициент распределения сдви¬
гающих напряжений по длине шва, определяемый по графику на
рис. 71, а в зависимости от величины А; Fm — площадь шва; т — коэф¬
фициент условий работы, равный единице; RCK — расчетное сопротив¬
ление сдвигу клеевого шва.Величина А определяется по формуле^Ш^пр/ Si \
( ~Ё~]где т] — коэффициент, характеризующий влияние изгибающего мо¬
мента на распределение сдвигающих напряжений по длине клеевого
шва (для соединений видов 6, 9, 11, 13, 22, 23, 24, 25, 26, 27
(рис. 70) принимается т] = 1; для соединений видов 4, 5, 7, 8, 10, 12
по графику на рис. 71, б в зависимости от IJб2 и е == N/Eпрб2); /ш —
длина клеевого шва; в соединениях пластмасс принимается не менее
2062; 8х, 62, 6Ш — соответственно меньшая и большая толщины соеди¬
няемых элементов и клеевого шва; Епр => Е/( 1 — |а2).Расчет соединений видов 2, 7, 22, 24 производится по формулам:
N sin a cos а ^ 0	N sin2 аX =з* ^ Rcр>(78)114
60°..70°3 LаU,5Ло5гар г „	1[Tv45 ПМ>5I П45°в6-Рис. 72. Виды сварных швов:а впритык; б — угловые; л — валиковыйгде Rck и — расчетные сопротивления клеевого шва на сдвиг и
растяжение; а — угол наклона уса.Расчетные характеристики клеевых соединений различных конст¬
рукционных строительных материалов приведены в «Пособии по расчет¬
ным характеристикам клеевых соединений для строительных конст¬
рукций».§ 37. СВАРКА ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПЛАСТМАССБлагодаря сравнительно низкой термостойкости термопластмасс,
температура сварки у них невысока. Нагрев обычно совмещают с дав¬
лением, это дает возможность не доводить материал в месте стыка до
полного расплавления, ограничиваясь только переходом его в вязко¬
текучее состояние.На практике применяются четыре способа сварки: воздушно-газо¬
вый, контактно-термический, токами высокой частоты, нагретым ин¬
струментом или присадочным материалом.Виды сварных швов показаны на рис. 72.Прочность сварных швов зависит от типа шва и способа сварки.
Прочность стыковых швов на растяжение относительно прочности
материала составляет: для жесткого винипласта — 75...90%, для
оргстекла — 75...85%; на сжатие соответственно — 86...100% и 86...
98%; на срез — 64...76% и 64...73%.§ 38. МЕХАНИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПЛАСТМАССВ механических соединениях тонколистовых материалов могут
применяться следующие крепления: заклепки, самонарезающие винты,
трубчатые заклепки (рис. 73). При присоединении тонколистовых ма¬
териалов к массивным деревянным элементам используются нагели,
болты, шурупы.Заклепки, самонарезающие винты, трубчатые заклепки, шурупы
обычно применяются для присоединения наружных обшивок к обрам-
—,^E3fEвРис. 73. Механические соединения пластмасс:
а — заклепочное; 6 — винтовое; в — трубчатыми заклепкамилению и ребрам панелей ограждения и для стыкования листовых ма¬
териалов по длине и ширине. Проектирование этих видов соединения
ведется в соответствии с главами СНиП II-B. 3-72 и П-24-74.Глава VСОСТАВНЫЕ СТЕРЖНИ НА ПОДАТЛИВЫХ СВЯЗЯХ§ 39. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯСтержни, имеющие развитую площадь поперечного сечения, вы¬
полняются обычно составными (из-за ограниченности сортимента пило¬
материалов) в виде пакета из досок и брусьев, соединенных между собой
по длине связями. Так могут быть выполнены: крупные балки, колон¬
ны, стойки, пояса и раскосы ферм, арки, рамы и другие элементы кон¬
струкций.Так как все виды механических соединений обладают податливос¬
тью, то в составных стержнях в работе под нагрузкой происходит вза¬
имное смещение отдельных ветвей вдоль рабочих швов. Вследствие
этого составные стержни имеют меньшую жесткость и меньшую несу¬
щую способность, чем равновеликие им по площади стержни цельного
сечения.Основные положения метода расчета составных стержней рассмот¬
рим на примере работы составной балки. Балка (рис. 74) представлена
в трех вариантах: пакет из брусьев без связей по плоскостям сплачива-
нйя, тип «О»; пакет с податливыми связями, тип «С»; балка цельного
селения, тип «Ц» (из одного элемента или клеедощатая).При одинаковой площади поперечного сечения момент инерции
и момент сопротивления балки типа «О» гораздо меньше, чем балки
цёльного сечения «Ц», так как каждый элемент балки сопротивляется
иЗгибу самостоятельно и меньше, чем балки типа «С» за счет податли-116
Рис. 74. Три состояния составного изги¬
баемого элемента:О — без связей; С — с податливыми связями;
Ц — с абсолютно жесткими связями; 1 — по¬
датливые связи; 2 — жесткие связивости соединения. Соотношения мо¬
ментов инерции балок обратно про¬
порциональны соотношениям их
прогибов:/0: /с: /ц = /ц: /0: /0,значит /ц > /с > /0.!* Геометрические характеристики
поперечного сечения для балки с
податливыми связями выражаютсяшжшннжни4*1 J0Аа<Аччерез геометрические характеристики сечения цельной балки:
момент инерции/о =/с(79)момент сопротивленияWc = kwWn.Коэффициенты кж и kw учитывают податливость соединения в соот¬
ветствии с конструкцией составной балки.При расчете сжатых составных стержней необходимо знать их рас¬
четные гибкости. Выражая гибкость составного стержня через его
момент инерции, получим/VkZ К ~ ^ц-(80)VlJF VknVu/F
Совместная работа отдельных элементов составной балки обеспе¬
чивается связями сдвига по плоскостям сплачивания, которые, пре¬
пятствуя взаимному сдвигу элементов, воспринимают усилия сдвига.Таким образом, особенности расчета составных стержней сводятся
к нахождению поправочных коэффициентов &ж, kw, ^ к основным гео¬
метрическим характеристикам поперечного сечения и расчетным гиб¬
костям стержней, а также к расчету связей сдвига.§ 40. РАСЧЕТ ИЗГИБАЕМЫХ СОСТАВНЫХ СТЕРЖНЕЙ
НА ПОДАТЛИВЫХ СВЯЗЯХРасчет по прочности и жесткости производится по формулам (27)
и (34):мо =fll = kkwWnoHl<!///].(81)(82)117
^шшпшпппшщ ?^тТТТШТШТТТТГт^^^1rt пТпРис. 75. К расчету связей сдвига в составной
балке:а — эпюра Ml б — эпюра Q; в — эпюра сдвигаю¬
щих сил и несущей способности связей ТКоэффициенты податливости со¬
единений kw и &ж для составных де¬
ревянных элементов в зависимости от
пролета и числа слоев в элементе для
нагелей приведены в приложении 9.Связи сдвига рассчитываются по
погонному сдвигающему усилиюТх = ,	(83)бргде Q — поперечная сила в данном сечении; Sep — статический мо¬
мент брутто сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси;
/бР — момент инерции брутто сечения равновеликого цельного бруса.Полное сдвигающее усилие на участке от опоры (л; = 0) до сече¬
ния с наибольшим моментом (х = а) получим интегрированиемT^l^dx = ^-\QdK =J /бР	7бР Jбр'бр(84)Величина AM выражает приращение изгибающего момента на
участке балки от сечения х = 0 до сечения х = а. В разрезных балках,
нагруженных равномерной нагрузкой или другой симметричной на-Iгрузкой, это приращение для сечения х = -у равняется расчетному из¬
гибающему моменту М.Связи, воспринимающие сдвигающую силу, должны быть равно¬
мерно нагружены усилиями, не превышающими их несущей способ¬
ности Гсв. Для этого размещение связей должно соответствовать эпю¬
ре сдвигающих сил и расстояния между ними at должны быть равными
расстояниям между центрами тяжести (ЦТ) равновеликих площадей
F{ эпюры Т (рис. 75). Число связей на половине длины балки определя¬
ется формулойTf(85)Для упрощения изготовления составных балок связи размещают
равномерно по их длине. Крайние связи у опор оказываются перегру¬
женными. Во избежание перегрузки число связей, найденное по фор¬
муле (85), умножается на коэффициент kH, учитывающий неравномер¬
ность распределения сдвигающих усилий по длине. При равномерно
распределенной нагрузке сдвигающие силы распределяются по длине
балки по косинусоиде ВОВ'. Площадь, ограниченная косинусоидой,
на полупролете составляет 2/3 площади объемлющего ее прямоуголь¬
ника ABCD; при этом kB = 1,5. Для этого наиболее распространенного118
случая число связей сдвига(86)QB	1 СВ брСоставным балкам с постоянным направлением изгиба придают
строительный подъем обратным выгибом элементов до постановки
связей сдвига. Стрелу выгиба назначают равной расчетному прогибу
балки.§ 41. РАСЧЕТ СОСТАВНЫХ СТЕРЖНЕЙ НА ПРОДОЛЬНЫЙ ИЗГИБУстойчивость составного сжатого стержня проверяют по общей
формулеN -<£о	(87)расчв которой коэффициент продольного изгиба определяется по при¬
веденной гибкости ЯпР, учитывающей податливость соединений и кон¬
структивные особенности составного стержня при расчете его относи¬
тельно оси у, параллельной швам сплачивания (рис. 76). Приведенная
гибкость в общем случае выражается формулой(88)здесь Ху — гибкость всего элемента относительно оси у, определен¬
ная по расчетной длине элемента /0 без учета податливости соединений;
Хг — гибкость отдельной ветви относительно ее оси 1—1, вычислен¬
ная по расчетной длине ветви 1г\ при 1г меньше семи толщин ветви
(k < 7с) принимается X = 0; |i„ — коэффициент приведения гиб¬
кости составного стержня, учитываю¬
щий податливость связей,=/i +bhti ц^0Лс(89)где Ъ и h — полная ширина и высота
сечения элемента, см; пш — число ра¬
бочих швов в элементах, по которым
суммируются взаимные сдвиги вет¬
вей; 10 — расчетная длина элемента,
м; пс — расчетное число срезов в од¬
ном шве на 1 м длины элемента (при
нескольких швах с различным числом
срезов принимается среднее для всехРис. 76. К расчету составного стержня на
продольный изгиб относительно оси у:а — сплошного стержня; б — стержня с коротки¬
ми прокладкамиX:Усх Jt: 11.УhПри Lf-7c 1^0119
lit a i t б	i б	i \ гРис. 77. Основные типы составных сжатых стержней:а — стержень-пакет; б — стержень со сплошной прокладкой; в — стержень с боковыми на¬
кладками; г — стержень с короткими прокладками; / — опертая ветвь; 2 — неопертая ветвьшвов число срезов); kQ — коэффициент податливости соединений,
определяемый по табл. 2 приложения 9.Наиболее распространены четыре типа сжатых составных стерж¬
ней (рис. 77):1.	Стержни-пакеты, состоящие из ветвей равной длины, вплотную
прилегающих друг к другу (рис. 77, а). Расстояние между связями
в таких стержнях обычно 1г < 7с и = 0. Относительно оси х стер¬
жень рассчитывается как цельный.2.	Стержни со сплошными прокладками, состоящие из ветвей,
разделенных длинными прокладками почти на всю длину стержня
(рис. 77, б). Как и в первом случае при ^ = 0 приведенная гибкость
^пр = Основные ветви доходят до опоры и воспринимают на¬
грузку непосредственно, а прокладки до конца не доходят и воспри¬
нимают нагрузки через связи (неопертые ветви). При расчете относи¬
тельно оси у расчетные моменты инерции определяются с учетом всех
ветвей (опертых и неопертых): 1У = /0 + /н.о* При расчете относи¬
тельно оси х расчетный момент инерции /х = /0 + 0,5/н.о.Расчетная площадь поперечного сечения равна сечению только
опертых ветвей (F = F0).Расчетный радиус инерции и гибкость относительно оси у:3.	Стержни с боковыми накладками, расположенными почти по
всей длине (рис. 77, в). Накладки нужны для увеличения жесткости
элемента относительно оси у. Расчет таких стержней производится
по тем же формулам, что и стержней со сплошными прокладками.(91)то же, относительно оси х:(91)
4.	Стержни с коротк ими прокладками (рис. 77, г), расположенными
на некотором расстоянии друг от друга, которое обычно не превышает
7с, где с — наименьший размер сечения ветви. Приведенная гибкость
стержня определяется по формуле (88), расчетная длина ветви при¬
нимается равной расстоянию 1г между крайними связями прокладок.При проектировании составных стержней, расчет которых ведется
с учетом гибкости отдельной ветви, длину ветви необходимо назна¬
чать из условия, чтобы ее гибкость не превышала гибкости всего стерж¬
ня, т. е. lx ^§ 42. РАСЧЕТ СОСТАВНЫХ СТЕРЖНЕЙ НА ВНЕЦЕНТРЕННОЕ СЖАТИЕПрочность стержней проверяют по формуле-Г-+ |Г°\	<92>1 нт	расчАиВлияние составности стержня учитывается при вычислении коэф¬
фициента £ по формуле (41) с учетом приведенной гибкости ^пр*Если в составных стержнях расчетная длина ветви превышает
ее семикратную толщину, то производится дополнительная проверка
наиболее напряженной ветви на устойчивость по формуле+ (93)
где N, М0—расчетные усилия в рассматриваемом сечении;№бР — геометрические характеристики сечения брутто; фх — коэф¬
фициент продольного изгиба ветви.Число связей в шве на половине расчетной длины внецентренно-
сжатого составного стержня находится по формулеl,5Af0S6n«ев = ЕГ	(94)Ь1 СВ брГлава VIПРИМЕНЕНИЕ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС
В ОГРАЖДАЮЩИХ ЧАСТЯХ ЗДАНИЙ§ 43. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯВ ограждающих частях зданий (покрытиях, перекрытиях, стенах)
широко используются положительные свойства древесины: малая
теплопроводность, морозостойкость, высокая удельная прочность,
гвоздимость, легкость обработки, внесезонность производства работ
При использовании пластмасс в ограждениях зданий сюда нужно до¬
бавить: легкость, водо- и паронепроницаемость многих пластмасс,121
их высокую биостойкость и химическую стойкость, светопроницае¬
мость некоторых пластмасс, эластичность синтетических тканей и пле¬
нок и другие особенности.Отрицательные свойства древесины, к которым относится загнива-
емость, возгораемость, усушка и коробление, могут быть устранены
при применении воздушно-сухого лесоматериала, профилактическими
мерами против загнивания и горения, созданием благоприятного тем¬
ператур но-влажностно го режима в ограждениях, который должен спо¬
собствовать осушению деревянных частей и термоизоляции во время
возведения и эксплуатации здания. При изготовлении и монтаже
ограждения его необходимо предохранять от попадания дождя и про¬
изводственной влаги.В зависимости от назначения здания ограждения выполняются не¬
утепленными или утепленными. Первые предназначаются для защи¬
ты зданий от атмосферных осадков, ветра и солнца; вторые, кроме
того, должны обеспечить надлежащую термоизоляцию помещений.
Теплопроводность и теплоустойчивость ограждений определяются их
теплотехническим расчетом.В дальнейшем рассматривается применение древесины и пластмасс
в покрытиях, основные положения проектирования которых относят¬
ся и к другим ограждающим конструкциям.Покрытия могут быть построечного изготовления и индустриаль¬
ными. При построечном изготовлении покрытия устраиваются из
отдельных элементов (прогонов, стропил, обрешетки, кровли) с при¬
менением в некоторых случаях сборно-щитовых кровелььых основа¬
ний. Такой метод не отвечает современным требованиям индустриали¬
зации строительства. В последнее время широкое распространение
получают крупноразмерные плиты заводского изготовления, совме¬
щающие в себе все функции покрытия. После укладки и закрепления
плит и заделки стыковых швов получают готовые ограждения.§ 44. ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПОСТРОЕЧНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯНеутепленные покрытия. Наиболее простым типом покрытий яв¬
ляются неутепленные покрытия. Составные части такого покрытия
по фермам показаны на рис. 78. Конструкция неутепленного покрытия
зависит от кровельного материала и от способа производства работ.
При рулонном кровельном материале применяются малые углы на¬
клона крыш и требуется сплошное (дощатое) основание для наклейки
кровли. При штучном кровельном материале (асбестоцементные пли¬
ты, черепица и др.) и кровельной стали требуется большой угол на¬
клона кровли и сквозное основание в виде обрешетки из брусков или
досок.	-цВ обоих случаях основание может быть изготовлено на месте про¬
изводства работ сшивкой из отдельных брусков или досок. Более ра¬
циональным является сборно-щитовое решение кровельного основа¬
ния (рис. 79), допускающее заблаговременную заготовку стандартных
щитов покрытия в мастерской или на заводе, включая оклейку их пер¬
вым слоем битумокартона при рулонных кровлях. Кровельные щиты122
Рис. 78. Конструктивная схема холодного покрытия по фермам со сквозным основа¬
нием:1	— кровля из волнистых асбестоцементных листов; 2 — обрешетка; 3 — стропильная нога;
4 — прогон; 5 — фермаснабжаются раскосами и обладают необходимой жесткостью в плос¬
кости крыши для восприятия действующих в этой плоскости сил. Рас¬
косы придают щитам жесткость, необходимую при перевозке и монта¬
же. Сборные щиты предохраняют несущие конструкции от выпучивания2-2,тКчкОсь фермы'
^2000аОсь \прогонаh Ось прогона
2000..3000Рис. 79. Жесткие решетчатые кровельные
щиты:а — план и разрезы щита'под асбестоцемент¬
ную кровлю; б — план и разрезы щита под
рулонную кровлю; 1 — бруски обрешетки;2	— решетка щита; 3 — сплошной дощатый
настил123
^ Движение паров
теплого воздуха
- Осушение .— Гидроизоляция
Термоизоляция
ПароюоляцияРис. 80. Схемы двух типов покрытий:а -* совмещенного (бесчердачного); б раздельного (чердачного); / продух; 2 — выход*
ное отверстие продухав плоскости крыши, т. е. являются связями жесткости для верхних
поясов ферм.Щиты, оклеенные одним слоем битумокартона, могут служить
временной кровлей, требующей для своей водонепроницаемости лишь
наклейки лент вдоль стыковых швов. Наклейка верхнего слоя рулон¬
ной кровли, в случае надобности, может быть произведена позднее при
наиболее благоприятной погоде.Утепленные покрытия.. По своему назначению утепленные покры¬
тия должны обеспечивать: гидроизоляцию — защиту от атмосферных
осадков, термоизоляцию — защиту от потери тепла, пароизоляцию —
защиту от проникновения паров внутреннего теплового воздуха в
толщу покрытия.Утепленные покрытия бывают совмещенные — бесчер дачные
(рис. 80, а) и раздельные — чердачные (рис. 80, б).Слои гидро-, термо- и пароизоляции, а также воздушных прослоек
должны обеспечивать осушающий режим, препятствующий загнива¬
нию деревянных частей покрытия и понижению его термоизоляцион¬
ных свойств от увлажнения.Осушение необходимо для удаления собственной влаги строитель¬
ных материалов, влаги от случайных протеканий кровли, а также от
систематического конденсата паров внутреннего воздуха в толще по¬
крытия. Осушающий режим удобнее создавать в чердачных покрыти¬
ях, которые рекомендуются к применению, несмотря на их более вы¬
сокую стоимость по сравнению с бесчердачными.Применение чердачных покрытий невозможно в помещениях с верх¬
ним светом, а также при сводчатых покрытиях. Промышленные утеп¬
ленные здания с малым уклоном кровли обычно имеют совмещенные
покрытия. Совмещенные (бесчердачные) покрытия разделяются на
пустотные и беспустотные.Пустотные покрытия характеризуются наличием воздушной про¬
слойки между основанием кровли и термоизоляционным слоем и
устраиваются при воздухонепроницаемой кровле. Воздушная прослой¬
ка необходима для вентилирования толщи покрытия. Вентиляция про¬
изводится холодным наружным воздухом, поступающим в покрытия
в его пониженной части у карниза (рис. 81, а).Сплошное деревянное основание кровли выполняется из двух сло¬
ев: верхнего косого защитного настила и нижнего рабочего, который
укладывается с зазорами для предотвращения выпучивания при раз-124
Рис. 81. Схемы покрытий:а — пустотное утепленное; б — беспустотное утепленное с воздухонепроницаемой рулонной
кровлей; в — с воздухопроницаемой штучной кровлей; 1 — рулонная кровля: 2 — защит¬
ный настил (в «а») или стяжка (в «б»); 3 — рабочий настил; 4 — термоизоляция; 5 — паро-
нзоляция; 6 — сухая штукатурка; 7 — щит; 8 — прогон; 9 — верхний пояс фермы; 10 —
стропильная ногабухании, а также для просушки защитного настила. Оба слоя настила
сшиваются гвоздями между собой и с прогонами, причем образуется
жесткая в плоскости крыши пластинка, способная воспринимать скат¬
ные составляющие нагрузок и облегчать этим работу прогонов.Термоизоляционный слой покрытия выполняется из плитных или
из засыпных утеплителей. Следует отдавать предпочтение плитным
утеплителям из материалов, не подвергающихся гниению и возгора¬
нию. Утеплитель в пустотных покрытиях располагается между про¬
гонами или скатными брусьями, или — на них. Несущей основой для
утеплителя служит накат, подшивка или настил. Часто применяется
щитовой накат, который располагается между прогонами или скатны¬
ми брусьями на специальных пришивных брусках.Пароизоляционный слой (толь, пергамин, слой битума) укладыва¬
ется между утеплителем и накатом (подшивкой, настилом) или нано¬
сится снизу его. Пароизоляционный слой должен быть непрерывным
по всей поверхности покрытия. Швы рулонного ковра тщательно про¬
клеиваются клебемассой.Беспустотные покрытия (рис. 81, в) не имеют воздушной прослой¬
ки, устройство которой излишне при применении воздухопроницаемых
кровель (этернита, черепицы, асбестоцементных плит и др.), так как
проветривание покрытия происходит наружу сквозь щели кровли.Беспустотные покрытия с воздухонепроницаемой кровлей (рулон¬
ной) могут применяться лишь в покрытиях над сухими помещениями
с относительной влажностью воздуха не более 50% при t = 18°
(рис. 81, б). Просыхание такого покрытия может происходить только
изнутри помещения, вследствие чего применение в данном случае па-
роизоляции не рекомендуется. Преимуществом беспустотных конструк¬
ций является их большая огнестойкость по сравнению с пустотными.§ 45. РАСЧЕТ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОКРЫТИЙНастилы и обрешетки. Их рассчитывают по прочности и по проги¬
бу, условно рассматривая их как двухпролетные неразрезные балки.
Междуэтажные перекрытия, помимо обычного расчета на прогиб,125
Рена — продольно-наклонный настил; б — поперечно-наклонный настилрекомендуется проверять на зыбкость по правилам, изложенным в
СНиП 11-25-80.Расчет настилов и обрешеток производится при следующих сочета¬
ниях нагрузок: сила тяжести покрытия g и снег рсн', сила тяжести
покрытия g и сосредоточенный груз Р = 1 кН с коэффициентом пере¬
грузки последнего п = 1,2.Обычно настилы и обрешетки расположены наклонно, причем мо¬
жет быть два варианта: когда настил расположен перпендикулярно
к коньку крыши — продольно наклонный настил (рис. 82, а) и когда
он расположен параллельно коньку крыши — поперечно наклонный
настил (рис. 82, б).В расчетах учитывают, что нагрузка g относится к единице поверх¬
ности покрытия, а нагрузка рсн — к единице горизонтальной проекции
покрытия. Расчет ведется для полосы настила шириной 1 м.Продольно-наклонный настил рассчитывается без учета влияния
скатных составляющих, действующих вдоль настила или обрешетки,
при обычных углах а < 459 наклона крыши пренебрегают. Расчет
ведется на составляющие нагрузок, перпендикулярные к скату крыши.
За расчетный пролет настила принимают горизонтальную проекцию
расстояния между прогонами — /р = /пр/cos а. Тогда расчетная схема
настила выглядит, как показано на рис. 83, а.Поперечно-наклонный настил рассчитывается с учетом того, что
скатные составляющие нагрузок воспринимаются жесткой основой
крыши. Настил воспринимает лишь перпендикулярные к скату состав¬
ляющие нагрузок. Расчетный пролет равен расстоянию между стро-0,432 ip0,432 LpРр /Рсн1ppcosk р cos2ку|д/cos а в Рсн $=tnp/cosaд/cosa'%/д cos а-Ш7Рис. 83. Расчетные схемы элементов крыши:а — продольно-наклонного настила; 6 — поперечно-наклонного настила; в — на¬
клонных балок126
пильными ногами — /р = /стр. Расчетная схема настила в этом случае
выглядит, как показано на рис. 83, б. Расчет элементов произво¬
дится на соответственно расчетные и нормативные нагрузки по извест¬
ным формулам: на прочность по формуле (27), по жесткости по форму¬
ле (34).В зависимости от типа настила значение силы Рр от груза Р нахо¬
дится так: а) при двойном перекрестном настиле груз распределяется
на ширину 0,5 м, откуда Рр = 1/0,5 = 2 кН; б) при сплошном одинар¬
ном настиле груз передается на две доски и Рр = V2ft, где b — ширина
доски в м; при разреженном настиле из досок или обрешетках из
брусков при Ъ ^ 15 см Рр принимается, как в случае (б); при Ь >
> 15 см Яр = 1/ft, где Ъ — расстояние между осями досок или брус¬
ков, м.Наклонные балки. К ним относятся стропильные ноги, скатные
брусья и т. п. Нагрузка раскладывается по двум направлениям: вдоль
оси балки и перпендикулярно к ней. Учет продольной составляющей
необходим при крутых (а ^ 45°) углах наклона балок и тяжелых кры¬
шах. Обычно расчет их производят только на изгиб. Расчетная схема
балки показана на рис. 83, в, расчетные нагрузки по длине находятся
умножением равномерно распределенных нагрузок на расстояние
между балками.Прогоны. Могут быть разрезными, консольно-балочными и нераз¬
резными. Работают прогоны на косой изгиб.Разрезные прогоны цельного сечения из бруса или составные из
досок на ребро рассчитываются по правилам, изложенным в § 27. Вы¬
сокие прогоны прямоугольного сечения должны быть предохранены
от бокового выпучивания настилами или иными связями, располо¬
женными по длине прогона на расстоянии не более 20-кратной их
толщины. Стыкуются разрезные прогоны над опорами.Более выгодными по расходу материала, чем разрезные прогоны,
являются консольно-балочные и неразрезные, но они более сложны
в конструктивном отношении.Консольно-балочные прогоны (рис. 84, а) применяются чаще всего
в покрытиях и чердачных перекрытиях зданий при преобладающейРис. 84. Консольно-балочные и неразрезные прогоны:а?— схема консольно-балочного прогона; б — схема неразрезного прогона; в <— стык косым
прирубом; г гвоздевой стык127
равномерно распределенной нагрузке во всех пролетах. Стыки про¬
гонов размещаются по два через пролет. Расстояние х стыков от опор
может быть принято в двух вариантах.Вариант I. х = 0,15/ принимается для получения равномо-
мэнтной схемы, в которой все опорные и наибольшие пролетные мо¬
менты равны: Моп = Мср = -yg-; крайние пролеты сокращаются по
этим соображениям до (0,8...0,85) I. Наибольший прогиб прогона на¬
блюдается в пролетах без шарниров, где он составляет	или40% от прогиба по разрезной схеме.Вариант И. х = 0,21/ принимается для получения равнопро-
гибной схемы, в которой прогибы во всех пролетах приблизительно1 gl* оравны и не превышают	. Эта схема рекомендуется к приме¬нению в тех случаях, когда сечение прогонов назначается из условия
жесткости. Для равнопрогибной схемы наибольшие моменты над опо¬
рами Моп = -утр; моменты в середине пролетов равны 2Мои. Стыкипрогонов выполняются в виде косого прируба и соединяются одним
вертикальным болтом (рис. 84, в).Неразрезные прогоны выполняются из двух спаренных досок, сое¬
диненных между собой по всей длине гвоздями (рис. 84, б). Каждая
половина такого прогона выполняется по цепной равнопрогибной схе¬
ме со стыками, расположенными в одну сторону от опор, другая поло¬
вина прогона выполняется по той же схеме, но со стыками, располо¬
женными в другую сторону от опор. В таких прогонах нет удлиненных
элементов и длины всех их равняются /. Стыки располагаются в зоне
наименьших моментов. Имеющаяся в стыке одна неразрезная доска
достаточна для воспринятия усилия в этом сечении. Поскольку в зо¬
нах наибольших моментов сечение прогона не имеет ослаблений, нераз¬
резные прогоны рассматриваются как балки постоянного сечения.
Так как в крайних пролетах и над второй опорой наибольшие изгиба¬
ющие моменты, прогон здесь усиливают третьей доской. Можно умень¬
шать крайние пролеты до 0,8/, благодаря чему уменьшается давление
на крайние опоры, и нижележащие несущие конструкции (балки,
фермы, колонны) решаются аналогично промежуточным.Концы стыкуемых досок (рис. 84, г) пришивают гвоздями к нераз¬
резной доске. Число гвоздей Пп, забиваемых в каждый конец, опре¬
деляется из расчета на действие поперечной силы:дагде д:гв — расстояние от оси опоры до центра гвоздевого забоя; Тп —
несущая способность одного среза гвоздя.Кроме расчетных гвоздей в стыках, по всей длине прогона забива¬
ются гвозди для сплачивания досок примерно через 0,5 м.128
§ 46. КОНСТРУИРОВАНИЕТРЕХСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ ПОКРЫТИЙ И СТЕНТрехслойные панели представляют собой конструкции с тонкими
внешними обшивками из прочного материала и средним слоем в виде
сплошного легкого заполнителя или ребристого каркаса. Они констру¬
ируются из разнородных материалов, воспринимают внешнюю на¬
грузку и защищают помещение от климатических воздействий.Обшивки трехслойных панелей воспринимают нормальные усилия
в своей плоскости и выполняют роль гидро- и пароизоляции. Наруж¬
ная обшивка должна быть атмосферостойкой, внутренняя обшивка
должна удовлетворять требованиям огнестойкости и агрессивностой-
кости. Средний слой обеспечивает совместную работу обшивок, вос¬
принимает сдвигающие усилия и является тепло- и звукоизоляцией.
Кроме этого, средний слой обеспечивает устойчивость сжатых обшивок
и воспринимает местные нагрузки. Обрамление панелей воспринимает
сдвигающие усилия, выполняет защитные функции при транспортиро¬
вании и монтаже и используется для крепления панелей к несущему
каркасу сооружения.Основные материалы, применяемые в панелях: для обшивок —
стеклопластики, водостойкая фанера, асбестоцемент, алюминиевые
сплавы; для среднего слоя — древесина, разнообразные сотопласты,
пенопласты; соединения осуществляются на клею и различными меха¬
ническими способами.От температурно-влажностных воздействий в материалах конструк¬
тивных слоев и в соединении возникают внутренние напряжения.
Их необходимо учитывать и суммировать с напряжениями от расчет¬
ных нагрузок. Надежность панелей во многом определяется сопротив¬
ляемостью соединения. В случае совпадения коэффициентов линейного
расширения материалов обшивок и среднего слоя или применения для
среднего слоя податливого материала в соединении не будут развивать¬
ся значительные сдвигающие усилия, и поэтому здесь с успехом может
применяться клеевое соединение. В противных случаях для надежнос¬
ти следует отдавать предпочтение клеемеханическим или механическим
соединениям.Геометрические параметры поперечного сечения трехслойных па¬
нелей устанавливаются расчетом на прочность и жесткость и по теп¬
лотехническим свойствам.Трехслойные панели можно разделить на виды в зависимости от
их свойств: светопропускной способности — светопроницаемые и глу¬
хие; конструкции — со сплошным или ребристым средним слоем;
теплотехнических свойств — холодные, полутеплые, теплые; формы
поверхности — плоские, криволинейные, пространственные.По назначению трехслойные конструкции делятся на плиты по¬
крытий и панели стен.9 2-734129
§ 47. СВЕТОПРОНИЦАЕМЫЕ ОГРАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИИ И СТЕН
С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСССветопроницаемые стеклопластики в виде плоских и волнистых
листов, трехслойных полутеплых панелей и пространственных конст¬
рукций нашли применение в строительстве. Наиболее эффективным
оказался стеклопластик на основе полиэфирных смол. Достоинства
материала: сочетание высокого коэффициента светопропускания (до
85%) с достаточно хорошими механическими свойствами; способность
пропускать свет не направленно, а диффузно; способность окрашивать¬
ся в любой цвет; возможность придавать изделию любую форму:
высокая ударная прочность и поверхностная твердость.Рулонный плоский и волнистый стеклопластик весьма эффективен
при ограждении теплиц. Волнистые листы используют при устройстве
навесов, павильонов. Трехслойные и пространственные конструкции
применяются при устройстве легких, быстро и просто монтируемых
ограждений в промышленных и общественных зданиях.Волнистые листы. Волнистые листы толщиной 1,5...2,5 мм крепятся
к прогонам с помощью болтов или винтов и шурупов (рис. 85). Шаг
расстановки крепежных элементов для листов с крупными волнами
(115/28 и выше) принят кратным двум шагам волны; для мелковолнис¬
тых листов крепление ставят на каждой третьей волне. Кроме того
закрепляются крайние волны каждого листа. Диаметр болтов прини¬
мается 6 мм. Нахлестку стыкуемых листов принимают для уклонов10...25% не менее 200 мм, для уклонов более 25% — 150 мм, для вер¬
тикальных ограждений — 100 мм.Однослойные плиты. Волны обшивки могут располагаться как
вдоль плиты, так и поперек ее (рис. 86). При расположении вдоль
плиты обшивка воспринимает внешние нагрузки совместно с ребрами
и в расчете находят приведенные геометрические характеристики попе¬
речного сечения плиты. При поперечных волнах ребра обрамления вы-Рис. 85. Крепление и стыки волнистых листов:а — типы креплений волнистых листов; 6 — стык поперек ската; в — охема расположения
крепежных деталей по ширине листовав130
арш^'Ё 4 ^Я '' ' 1ч . iа ,сг ,LРис. 86. Однослойные светопроницаемые плиты:а — с поперечным расположением волн обшивки; б — с продольным расположением волн об¬
шивки; в — узел сопряжения двух плит; 1 — обшивка; 2 — обрамление; 3 — прогон; 4 —
подкладка; 5 — поперечное ребро; 6 — нащельник; 7 —* заполнение стыкаполняют роль прогонов, а сама обшивка воспринимает местную на¬
грузку.Плоские трехслойные плиты. В зависимости от технологии изго¬
товления стекло пластиковые плиты бывают клееными и цельноформо¬
ванными.Клееные трехслойные плиты состоят из наружных обшивок из
плоских листов толщиной 1,5...2,5 мм, приклеенных к каркасу. Кар-
кас выполняется из досок на ребро, плоских или волнистых листов
стеклопластика, поставленных на ребро и образующих решетку
(рис. 87, а, б), из волнистых листов стеклопластика в один или два
слоя, уложенных плашмя (рис. 87, б) и др. Обрамление плит устраи¬
вается из деревянных антисептированных брусков, профильного алю¬
миния, стеклопластика или жесткого пенопласта.Обшивки плиты могут выполняться из волнистого полиэфирного
стеклопластика (рис. 88). Деревянный каркас изготовляется из анти¬
септированных брусков. Поперечные ребра являются промежуточными9*131
Рис. 87. Конструкции светопроницаемых панелей с плоскими обшивками:
а — со средним слоем из досок и листов стеклопластика на ребро; б — со средним
слоем из волнистых листов плашмя; 1 — наружные обшивки; 2 — ребристый каркас;
3 — обрамление контура; 4 — жесткий пенопласт; 5 — склейкаРис. 88. Светопроницаемая плита с обшивками из волнистого стеклопла¬
стика:1 — обшивка; 2 — продольное ребро; 3 — поперечина
Рис. 89. Цельноформованные стеклопластиковые панели:а — намотка стекложгута на оправки; б — боковое и вертикальное обжатие; в —
готовая панель после извлечения оправок; г — типы панелей; д — узлы крепле¬
ния стеновых панелей; 1 — бухты стекложгута; 2 — ванная со связующим; 3 —
оправки; 4 «-* панель; 5 — уплотняющая прокладка; 6 — гидроизоляционная
мастикаРис. 90. Пространственные стеклопластиковые панели:
а — однослойные двоякой кривизны; б — трехслойная
Рис. 91. Примеры опирания плит покрытия:/ — прогон покрытия; 2 — стеклопластиковая плита; 3 — обрамление; 4 — опорная рама из
антисептированных брусков; 5 — прокладки из морозостойкой резины; 6 — винты, шурупыопорами для обшивки, их располагают, исходя из обеспечения до¬
пустимого местного прогиба обшивок.Цельноформованные плиты составляются из коробчатых элемен¬
тов прямоугольного сечения (рис. 89), представляющих неотвержден-
ные заготовки длиной, равной длине плиты. Спрессовкой нескольких
элементов при вертикальном и боковом обжатии образуются плитыРис. 92. Конструкция светопроницаемого покрытия:а — разрез покрытия; б — средняя светопроницаемая панель покрытия; в — конструкция
обрамления; г — стык поперек ската; д — стык вдоль ската; е — узел примыкания панели к
плоской кровле; 1 — светопроницаемая трехслойная панель; 2 — алюминиевая двутавро¬
вая арка; 3 — плоские j исты стеклопластика; 4 — волнистые листы стеклопластика; 5 —
пенопласт; 6 — обрамляющий профиль из стеклопластика; 7 — стыковой двутавр из стекло¬
пластика; 8 — винты для крепления панелей; 9 — стыковой нащельник из стеклопластика
двоякой кривизны; 10 — рулонная кровля134
нужной ширины (рис. 89, а, б). Цельноформованные плиты обладают
большей несущей способностью и меньшей трудоемкостью изготовле¬
ния (разработана непрерывная технологическая линия), чем ребрис¬
тые плиты.Пространственные стеклопластиковые панели. Они имеют ряд пре¬
имуществ по сравнению с плоскими. Они лучше соответствуют стати¬
ческим условиям работы, а их очертания способствуют самоочищению
поверхности во время дождя и снегопада и равномерному рассеянию
света. Они могут быть однослойными и трехслойными ребристыми
(рис. 90), изготовляемыми по той же технологии, что и плоские цель¬
ноформованные. По форме однослойные могут быть куполообразными
и лотковыми двоякой кривизны (рис. 90, з). В отличие от аналогичных
конструкций из оргстекла пространственные стеклопластиковые пане¬
ли не ограничены размерами листов и дают возможность получать
светопроницаемые элементы ограждения большой площади.Прямолинейные или криволинейные стекло пластиковые плиты
крепятся по контуру на опорную раму из антисептированных деревян¬
ных брусков и располагаются либо в одном уровне с глухими участ¬
ками покрытия, либо выше их (рис. 91).Описанные трехслойные конструкции находят применение в реаль¬
ных проектах. На рис. 92 показано решение сводчатого покрытия
бассейна в г. Пушкино с размерами в плане 38,5 X 14,9 м. Светопро¬
ницаемые гнутые панели укладываются по верхнему поясу алюминие¬
вых арок и крепятся к ним стальными оцинкованными винтами.§ 48. КОНСТРУКЦИИ ГЛУХИХ ТРЕХСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙПанели со стеклопластиковыми обшивками. По способу изготов¬
ления такие панели могут быть клееными и цельнопрессованными.
В клееных панелях обшивки изготовляются из листового стеклоплас¬
тика ограниченных размеров (1,2 X 1,5 м), стыкуемых по длине с по¬
мощью одно- или двухсторонних накладок. Средний слой — ребристый
каркас (рис. 93, а). Ширина панелей соответственно листам 1,2 или1,5	м, длина до 6 м. Обшивки приклеиваются к каркасу и для надеж¬
ности ставятся шурупы.Цельнопрессованные панели (рис. 93, б) производятся на специаль¬
ной установке, в которую поступают три стеклоровинга (стеклохолсты,аРис. 93. Глухие панели со стеклопластиковыми обшивками:а — клееная панель; б — цельнопрессованная панель; 1 — ребра каркаса; 2 — обшивка:3	— средний слой135
Рис. 94. Панели с фанерными обшивками:а, б — ребристые панели ЦНИИСК; в — то
же, ЦНИИЭП зрелищных зданий; г — стено¬
вая ребристая панель; д — плита покрытия с
подкрепляющими ребрами; е — пространст¬
венные (цилиндрические) панели; 1 — обшив¬
ки; 2 — каркас; 3 — утеплитель; 4 — при¬
жимные рамки; 5 — вентиляционные продухи
в торцах; 6 — трехслойный элемент; 7 — про¬
дольные несущие ребра; 8 — блочный пенопо-
листирол; 9 — дощатоклееные ребрапропитанные фенолоформальде¬
гидной смолой, но еще оконча¬
тельно не отвержденные). Средний
лист формуется и приобретает тра¬
пецеидальное сечение, затем в про¬
цессе прессования оформляются об¬
шивки и приклеиваются к средне¬
му слою. Из установки готовая па¬
нель выходит в виде непрерывной
ленты, из которой путем продоль¬
ной и поперечной резки получают
панели различных размеров. Вы¬
пускаются панели двух типоразме¬
ров сечения — h X а X b = 60 X
X 76 X 166 мм и 80 X 45 X 174 мм
при толщине наружных обшивок2...3 мм и среднего слоя 1,5...2 мм.
В процессе изготовления пустоты
панели заполняются вспенивающимися пенопластами ФРП.Панели с фанерными обшивками. Эти панели предназначены для
устройства совмещенных покрытий утепленных производственных
зданий с рулонной кровлей. Их размеры 3 X 1,5 м и 6 X 1,5 м. Пане¬
ли с фанерными обшивками относятся к сгораемым конструкциям
и применяются в зданиях, предназначенных для категорий произ¬
водств В, Г и Д (в соответствии со СНиП 11-2-80).Обшивки панелей выполняются из водостойкой фанеры марки
ФСФ сорта ВВ толщиной не меньше 6 мм; направление волокон на¬
ружных шпонов должно быть вдоль панели. Фанерные листы стыкуют¬
ся «на ус», длина стыка не менее 10 толщин листа. При изготовлении
панелей обшивка со стороны помещения окрашивается два раза, на¬
ружная обшивка оклеивается слоем рубероида.Ребристые панели. Каркас таких панелей может быть
из деревянных ребер или из фанерных швеллеров (рис. 94, а, бу в, г).
Обшивки крепятся к каркасу на клее КБ-3 или К-153, запрессовка вы¬
полняется с помощью пресса, при деревянном каркасе возможна гвоз¬
девая запрессовка. Деревянный каркас должен удовлетворять III
категории элементов конструкций. Его выполняют из антисептирован-
ной древесины хвойных пород с влажностью не более 12%. Для обес¬
печения долговечности панелей в них предусматриваются вентилиру¬136
емые воздушные прослойки. Утеплитель фиксируется прижимной ре¬
шеткой. Масса панелей длиной 3 м — 220 кг и длиной 6 м — 370 кг.Панели со средним слоем из пенопласта. Эти
панели могут быть плоскими и криволинейными (цилиндрическими).
Плоские панели (рис. 94, б) представляют собой трехслойный элемент
с продольными несущими ребрами. В трехслойном элементе средний
слой из полистирольного или фенольного пенопласта (толщиной50...	150 мм в зависимости от района строительства), а обшивки из фа¬
неры толщиной 4...6 мм склеены клеем 88Н. Продольные несущие реб¬
ра в зависимости от нагрузки имеют размеры 60 X 100... 100 X 180 мм.
Крепятся ребра к трехслойному элементу гвоздями, шурупами. Мас¬
са панели длиной 3 м — 100 кг, а длиной 6 м — 180 кг.Криволинейные (цилиндрические) панели (рис. 94, ё) предназначены
для устройства сводчатых покрытий зданий. Средний слой выполня¬
ется из блочного пенополистирола ПСБ-С, который легко изгибается
при изготовлении трехслойного элемента. Продольные криволинейные
ребра выполняются в виде клееного пакета из тонких досок. Из пане¬
лей трапецеидального очертания можно собирать купольное по¬
крытие.Стеновые панели и плиты подвесного потолка в принципе имеют
аналогичные конструктивные решения.Панели с асбестоцементными обшивками. Среди других видов об¬
легченных ограждающих конструкций асбестоцементные панели от¬
носятся к числу наиболее перспективных. Они имеют сравнительно не¬
большую массу, просты в изготовлении и отличаются невысокой стои¬
мостью.Панели на деревянном каркасе (рис. 95, а).
Размеры панелей покрытия и стен 3 Х1,5миЗ X 6м, толщина плит
покрытия 0,16...0,25 м, панелей стен 0,11...0,15 м. Обшивки выполня¬
ются из плоских асбестоцементных листов толщиной 10 мм и крепятся
к каркасу шурупами. Утеплитель из минераловатных плит толщиной70...	180 мм.Плиты покрытий предназначены для совмещенных бесфонарных
покрытий, главным образом одноэтажных производственных зданий
при наружном отводе воды с кровлей из рулонных материалов или
волнистых асбестоцементных листов унифицированного профиля.
Панели стен предназначены для применения в качестве навесных
и самонесущих. Стыки между панелями и плитами выполняются с при¬
менением герметизирующих материалов.Панели со средним слоем из пенопласта
(рис. 95, б). Эти панели изготавливают из двух асбестоцементных скор¬
луп, склеенных асбестоцементной мастикой, полость между которыми
заполняется пенополистиролом. Размеры панелей 0,9 X 3 м, масса
1 м2 — 67 кг. Другой вариант плиты под кровлю из волнистых лис¬
тов показан на рис. 95, в. Трехслойьый элемент крепится к несущему
каркасу из антисептированных досок толщиной 40 мм шурупами.
Обшивка со стороны помещения выполняется из асбестоцементных лис¬
тов, другая обшивка — из сверхтвердых древесноволокнистых плит*
между ними помещено обрамление из бруска 4 X 10 см, к которсму137
130 50OZir№l№ OfРис. 95. Панели с асбестоцементными обшивками:а — на деревянном каркасе конструкции Гипролеспрома; б — то же, ЦНИИЭПсельстроя; в — то же, ЦНИИпромздания;
г — то же, из двух асбестоцементных скорлуп; д — стеновая панель конструкции Гипролеспрома; е — то же, с трехслойным
элементом; 1 — наружная обшивка; 2 — каркас; 3 — минераловатный утеплитель; 4 — пенополистирол; 5 — несущий каркас;
6 — трехслойный элемент; 7 «‘асбестоцементные скорлупы; 8 — пароизоляция; 9 — крепежные элементы; 10 — жесткие тор¬
цовые элементы
Рис. 96. Конструкции панелей с алюминиевыми обшивками
а — типы панелей; б — конструкции обрамления; 1 — тонкие алюминиевые обшив¬
ки; 2 — обрамление из неметаллического материала; 3 — обрамление из алюминие¬
вого профиля; 4 — крепежные уголки; 5 — заклепки; 6 — болтыд	еРис. 97. Конструкция сводчатого покрытия из алюминиевых панелей:а — покрытие по несущим стенам или колоннам; б — криволинейная панель; в — по¬
крытие, опертое на фундамент; д — шарнирный стык панелей свода (в коньке);
£ — опорный узел; е — жесткий стык панелей свода; 1 — листовой шарнир; 2 — са-
монарезающий винт; 3 — вкладыш из пенопласта; 4 — стяжной болт; 5 — бакелизи-
рованная фанера
обшивки крепятся гвоздями. В полости трехслойного элемента вспе¬
нивается пенопласт ФРП. Масса 1 м2 такой плиты 38 кг.Применение каркаса из асбестоцементных швеллеров (рис. 95, г)
и винтового крепления позволяет получить несгораемые панели.Панели с алюминиевыми обшивками. Для обшивок трехслойных
панелей обычно применяют листы из алюминиевых сплавов АМг или
АМц толщиной 0,8—1,5 мм. Средний слой выполняется из пеноплас-
тсв, получаемых методом формования или вспенивания в полости
панели. Обрамление должно выполняться с применением неметалличе¬
ских материалов, чтобы не образовывался «мостик холода». Соедине¬
ние обшивок со средним слоем осуществляется на клею, а с обрамле¬
нием завальцовкой, на заклепках или винтах (могут применяться
клеезаклепочные, клеесварные и клеевинтовые соединения). На рис. 96
даны конструктивные решения трехслойных алюминиевых панелей,
предназначенных для совмещенных безрулонных покрытий зданий
различного назначения. Панели могут быть плоскими и криволиней¬
ными. Пример сводчатого покрытия с применением алюминиевых пане¬
лей показан на рис. 97.§ 49. КРЕПЛЕНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ПЛИТ И ПАНЕЛЕЙ
К ЭЛЕМЕНТАМ НЕСУЩЕГО КАРКАСА ЗДАНИЯСтыки панелей должны обладать требуемыми технологическими,
паро- и гидроизоляционными свойствами. Они должны быть открыты¬
ми для возможности их заделки, осмотра и ремонта.Крепление панелей к несущему каркасу производится посредст¬
вом винтов, шурупов, гвоздей с применением крепежных деталей
в виде деревянных бобышек, листовых накладок, металлических хому¬
тов, штырей, уголков и т. п. Крепление должно обеспечивать свободу
температурно-влажностных деформаций панелей и перемещений от на¬
грузок, а также компенсировать неточности их изготовления. Крепле¬
ние и стыки панелей отличаются большим разнообразием. Некоторые
варианты крепления плит покрытия к несущему элементу представ¬
лены на рис. 98, а панелей стен — на рис. 99. Крепление плит покры¬
тия должно быть достаточно жестким для создания сплошного рас¬
крепления верхнего пояса стропильных ферм или для обеспечения
устойчивости сжатой кромки балок покрытия из плоскости изгиба. Это
повышает устойчивость сжато-изгибаемых или изгибаемых элементов
и позволяет проводить их расчет без учета устойчивости плоской формы
изгиба.§ 50. РАСЧЕТ ТРЕХСЛОЙНЫХ ПЛИТ И ПАНЕЛЕЙОбщие сведения. Расчет трехслойных плит выполняется по несу¬
щей способности (по прочности обшивок, среднего слоя, обрамления,
клеевых швов и по устойчивости обшивок) и по жесткости. При экс¬
плуатации в переменном температурно-влажностном режиме в элемен¬
тах плиты возникают дополнительные напряжения, вызываемые раз¬
личием температурно-влажностных деформаций элементов, выполнен¬ие)
Рис. 98. Узлы крепления плит покрытия:а — светопроницаемых; б — стеклопластиковых; в — клеефанерных; г — асбестоцементных;
д — с алюминиевыми обшивками; 1 — прогон; 2 — панель; 3 — шурупы (винты, болты);4	— гвозди; 5 — листовая накладка; 6 —^крепежные детали; 7 — деревянные бобышки;
8 — штыри для крепления двух панелей; 9 — утеплитель или уплотнение; 10 —^компенсатор;11	— антисептированная досканых из разнородных материалов. Проверка прочности и деформатив-
ности производится по формулам:о = og + ot,w < R;о	= og + ottw < <JKp;	(96)/с =/о+ /*.»'<[/],	(97)где о — суммарное напряжение в элементе, складывающееся из на¬
пряжений от внешних нагрузок а^, от влияния температуры изме¬
нения влажности с%; /—полный прогиб, состоящий из прогибов от
нормативной внешней нагрузки /0, от температурно-влажностных воз¬
действий / t,w\ [/] — допускаемый прогиб, определяемый по приложе¬
нию 5.Здесь рассмотрен расчет трехслойных плит только на силовые внеш¬
ние воздействия, учет температурно-влажностных воздействий следует
проводить в соответствии с Рекомендациями по проектированию и рас¬
чету строительных конструкций с применением пластмасс или по141
Рис. 99. Углы крепления стеновых панелей:а — панелей с фанерными обшивками; б — панелей о асбестоцементными обшивками; в —
панелей с алюминиевыми обшивками; 1 — панель; 2 — закладная деталь; 3 — уплотнение
(пористая резина, мастика, стиропор и пр.); 4 — нащельник; 5 — крепежные детали; 6 —
антисептированная доскаучебным пособиям [5, 61. Расчеты показывают, что температурно-влаж¬
ностные воздействия более существенно отражаются на деформациях
трехслойных плит и меньше на напряжениях.Так, в плитах с алюминиевыми обшивками температурные дефор¬
мации дают до 30% увеличения прогиба, а напряжения при этом
увеличиваются до 10%; в плитах с фанерными обшивками прогиб уве¬
личивается до 10%, а напряжения незначительно; в плитах со стекло¬
пластиковыми обшивками увеличение и прогибов и напряжений незна¬
чительно. В алюминиевых плитах со средним слоем из пенопласта это
объясняется повышенной сдвиговой податливостью пенопласта,
в стеклопластиковых плитах — малыми температурными линейными
деформациями материалов, а при деревянном каркасе — деформация¬
ми древесины при изменении влажности. Асбестоцемент, обладающий
высокой гигроскопичностью и высоким коэффициентом линейных де¬
формаций, применяемый без гидрофобной защиты, вызывает высокие
влажностные напряжения в ребрах среднего слоя.Трехслойные плиты по конструкции среднего слоя и характеру
работы отдельных элементов разделяются на четыре типа: I и II —
ребристые плиты, III и IV — плиты со сплошным средним слоем
(рис. 100).142
ь	~[я. 1 • ъЕ.-г.;«п\	-F	:	Ь!вгРис. 100. Типы трехслойных плит:а —, часторебристая; 6 —« редкоребристая; в -• со сплошным средним слоем и обрамлением;
г тт со средним слоем без обрамленияРасчет ребристых плит. Несущие ребра каркаса располагаются
вдоль пролета плиты с распорками между ними для обеспечения устой¬
чивости самих ребер и сжатой обшивки. Оптимальный шаг распорок
равен 1,4... 1,5 расстояния между продольными ребрами. В зависимос¬
ти от расстояния между продольными ребрами боб различают часто¬
ребристые плиты — тип I с 60б ^ 0,05/ (здесь / — пролет плиты) и
редкоребристые плиты —тип II с б0б :> 0,05/ (рис. 100, а, б).Последовательность расчета:для теплых панелей теплотехническим расчетом устанавливают
толщину утеплителя, которая определяет в первом приближении вы¬
соту сечения плиты; принимают с учетом конструктивных соображе¬
ний толщину обшивок, шаг и толщину ребер каркаса;подсчитывают геометрические характеристики принятого попереч¬
ного сечения;проверяют прочность и устойчивость обшивок, прочность ребер и
соединений обшивок с каркасом;находят прогибы от нормативных нагрузок, температурно-влаж-
ностных факторов и проверяется жесткость плиты.В процессе проектирования принятые размеры поперечного се¬
чения плиты корректируются.Плита типа I (рис. 100, а). Минимальная толщина ребра, обес¬
печивающая достаточную его жесткость, при высоте ребра /ip = (0,1...0,5) боб находится по формулеь°= 0,6Ьо6’ (98)
где /?р и £р.Пр — расчетное сопротивление и модуль деформации ма¬
териала ребра, £р.Пр = £р/(1 — ц.р).Число ребер в первом приближениипр = 0,8	*	(99)143
144где 2Д>б.пР — суммарная изгибная жесткость обшивок, приведенная
к материалу ребер; Dp — изгибная жесткость ребра.Геометрические характеристики поперечного сечения:I = nplp + b8Bhly1 + b6ahly2;
w BiH = ; Гр.в.н =	•“в.н	4hYi,2В формулах (100) /р = fcpftp/12 — момент инерции одного продоль¬
ного ребра; hB и — расстояния от оси обшивок до нейтрального слоя
сечения; у± = Ев/Ер и у2 = EJEp — соотношение модулей упругости
материалов обшивок и каркаса; WB,H — момент сопротивления при
проверке сжатой или растянутой обшивок; Wp,Btti — момент сопротив¬
ления при проверке каркаса в сжатой или растянутой зонах.Элементы плиты по нормальным напряжениям проверяются по фор¬
мулам сопротивления материала:М 	М 	~CFd.h — ~jw ^ Ab,hJ Od —	^ Ар.с,р*	(101)w в,н	р.в,нгде Rp.c,p — расчетные сопротивления материала каркаса сжатию
или растяжению.Сдвигающие напряжения в соединениях обшивок с каркасом про¬
веряются по формуле:<ю2>где SB H — bbBfHhBtn.Проверка жесткости плиты:(103)Плита типа II (рис. 100, б). В обшивках с редкопоставлен-
ными ребрами каркаса нормальные напряжения по ширине Ь0б рас¬
пределяются неравномерно. Сжатая обшивка, подкрепленная редко
расположенными ребрами, теряет устойчивость, но продолжает в за-
критическом состоянии воспринимать нагрузку меньшей величины.
Эти явления учитываются при определении геометрических характе¬
ристик поперечного сечения плиты по формулам (100) с введением
вместо b приведенных размеров обшивок:для верхней &в.пр = bo6ky (пр — 1) + Ьрпр; )для нижней йн.пр = bo6k (пр — 1) + bpnp. JКоэффициент неравномерности нормальных напряжений по шири¬
не обшивок между ребрами k находится по графикам приложения 10.
Редукционный коэффициент ф, учитывающий потерю устойчивости
сжатой обшивкой, находится по формуле <р = \^оКр/ав. Критические
напряжения определяются по формуле сгкр = WEB,пр ($В/Ь0б)2, где
Ев.п? = Ев/(\—(I2), а коэффициент Т находится в зависимости от
отношения Ьоб/1:Ьоб/1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4	1,6 1,8 и болееV 22,2 6,9 4,2 3,45 3,3 3,4 3,65 3,45	3,3
Далее прочность и жесткость проверяются аналогично плите
типа I.В редкоребристых панелях дополнительно проверяется верхняя
обшивка от кратковременной сосредоточенной нагрузки (сила тяжести
человека с инструментом) Р = 1,2 кН, за расчетную принимается поло¬
са шириной 1 м:при 60б/6в ^ 1,52 j/ Ев .пр/РмOs. и = PiPM Фоб/&об)2 < RB;	(105)При 6об/бо5> 1,52 V£в.пр/рмОв.р == Рз^^в.пр	(106)где гг =уЛлАб/£в.пР, а р1э р2, Р3 находятся по графикам приложения 10
в зависимости от отношения боб к I или расстоянию между поперечны¬
ми ребрами каркаса; ры — интенсивность сосредоточенной нагрузки,
рм = 12 Н/см2.Расчет плит со сплошным средним слоем. Они могут быть с контур¬
ным обрамлением типа III и без обрамления —типа IV.Плита типа III (рис. 115, в). Геометрические характеристики
поперечного сечения этих плит вычисляются как для плиты типа II
с учетом неравномерности нормальных напряжений и потери устойчи¬
вости при ширине обшивок Ь0б = Ъ — 2 6р. В случае подклейки об¬
шивок к среднему слою критические напряжения находят по формуле(ткр = 0,72 £в£ср, где £ср — модуль деформации среднего слоя.
Считается, что сдвигающие напряжения плит типа III воспринимаются
только соединением ребер обрамления с обшивками. Проверки их
прочности и жесткости проводятся по указанным выше формулам.Плита типа IV (рис. 115, г). В этих плитах обшивки обяза¬
тельно приклеены к среднему слою (см. § 8). Нормальные усилия
воспринимаются только обшивками, сдвигающие усилия — средним
слоем. Расчетные геометрические характеристики поперечного сече¬
ния плит (без учета коэффициентов k и <р):/ = bbBhl + ььХ\ wM =	(107)В.НПроверка обшивок по прочности проводится по формулам (101).
Прочность среднего слоя проверяется по формуле^ср.экв = Уо5р + 4-4<Д0, Яр,	(108)в которойа — £ср	~ 6в.н	_ QСР~ £пр.в.н 2Лв.н + бв.н а-“ И Т°Р- Лср *Жесткость плиты проверяется с учетом сдвига в среднем слое:т-"м"-г6-(1 + 9’6-§7г)-	<109>10 2-734145
где г] — коэффициент, зависящий от расчетной схемы (см. § 27); Л4Н —
изгибающий момент от нормативной нагрузки; Е0б — модуль упругос¬
ти материала обшивок; Gcр — модуль сдвига материала среднего слоя.Глава VIIПЛОСКИЕ СПЛОШНЫЕ КОНСТРУКЦИИСплошные конструкции имеют развитое сплошное сечение основ¬
ного элемента и не имеют сквозной решетки. Они, чаще всего, состоят
из небольшого числа крупных элементов при малом количестве уз¬
лов, отличаются хорошей транспортабельностью и простотой сборки
на месте возведения. Схемы и показатели плоских сплошных деревян¬
ных конструкций, их генеральные размеры приведены в табл. 14.§ 51. ДОЩАТОКЛЕЕНЫЕ БАЛКИКлееные дощатые балки применяются в междуэтажных и чердач¬
ных перекрытиях, покрытиях зданий, а также в качестве сжато-изги-
баемых элементов сквозных ферм и трехшарнирных рам и арок, рабо¬
тающих на изгиб от местной нагрузки.Балки большого пролета проектируются в виде многослойного па-
кета досок прямоугольного или двутаврового сечения (см. схема 1
табл. 14).Многослойные балки выполняются с параллельными кромками,
двускатными, с криволинейной нижней кромкой (гнутоклееные бал¬
ки). Балки двутаврового сечения с полками толщиной около x/e h
более экономичны по расходу пиломатериала, а прямоугольного —
проще в изготовлении и обеспечивают лучшую запрессовку швов
балки. Двускатные балки выполняются только прямоугольного се¬
чения.Высота балок hcp в середине пролета должна быть не менее: 1/1о I —
для двускатных балок, V12 / — для балок с параллельными кромка¬
ми, 1/13 I — для гнутоклееных балок. Значение отношения высоты
сечения h к его ширине b ограничивается из-за соображений устойчи¬
вости балок из плоскости изгиба: для балок с параллельными кромка¬
ми h/b не более 6, для двускатных — 8,5.Доски в многослойных балках стыкуются зубчатым шипом по
правилам, изложенным в § 32. Прямолинейные балки изготовляются
из строганых досок толщиной не более 5,5 см, а криволинейные из
досок толщиной не более 3,5 см. Компоновка пакета из досок по высоте
производится в соответствии с требованиями о категориях элементов
конструкции, изложенными в § 13. При изготовлении балкам придает¬
ся строительный подъем, равный 1/200 пролета.’’146
Расчет на изгиб. Расчет прямолинейных дощатоклееных балок
прямоугольного сечения на прочность при сплошном раскреплении„	. 	70 Ьгсо стороны сжатой кромки при соблюдении условия, что tp^——производится по формулам (27) и (28). Расчетная длина элемента
/р определяется как расстояние между точками закрепления элемента
из плоскости изгиба со стороны сжатой кромки. За расчетную высотубалок переменной высоты принимается hnp = hcp v km, где кж —
коэффициент, зависящий от характера загружения и формы элемента.
Например, для двускатной балки на двух опорах при действии сосредо-honточенной силы по середине пролета &ж = 0,2 + 0,8 -т—, а при равно-ср/ hon \4/змерной по всей длине нагрузке = 0,1 + 0,9 []~J * (см-
с. 24).При Zp > 7расчет производится с учетом устойчивости плос¬
кой формы изгиба по формулеo = ~J^—< RK,	(ПО)Wxm6q>6 ^ Хи’	7где Мх — изгибающий момент в расчетном сечении; Wx — момент
сопротивления расчетного сечения; тб — коэффициент, зависящий от
h, находится по СНиП; фб — коэффициент устойчивости; в области
упругой устойчивости при фб ^ 0,7 находится по формулеФб = -^6;	(111)в области неупругой устойчивости, если по формуле (111) фб >0,7
истинное значение коэффициента устойчивости находится по следую¬
щим данным:Значения фб по фор¬
муле (111)	0,7 0,8 0,9 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 и более
Истинное значениеФб	0,7 0,76 0,8 0,84 0,89 0,93 0,96 0,98 1Коэффициент k в формуле (111) зависит от условий закрепления
балки и вида нагрузки. Например, для балки на двух опорах под рав¬
номерно распределенной нагрузкой, приложенной по верхней грани
балки без ее закрепления из плоскости изгиба в пролете, k = 160 (1 ++ 1,7-^-); при сосредоточенной нагрузке по середине пролета приhтех же условиях k = 190 (1+2 -гЦ. При сосредоточенных грузахс расстоянием между ними равным /р и при шарнирном закреплении
под каждым грузом со стороны сжатой кромки и по концам балки из
плоскости изгиба k = 140 и т. д.Прогиб дощатоклееных балок прямоугольного сечения перемен¬
ной высоты определяется по известным формулам сопротивления ма¬
териалов с учетом изменения сечения введением коэффициента &ж
к моменту инерции сечения по середине пролета /пр = кж1 тах.Ю*147
Таблица 14. Плоские сплошные деревянные конструкции148
N* суёмыПродолжение табл. 14149РазмерыПоказатели массы7,Мьц^М.К*м.%До 60
До 45^ оТо о Iсл о>
о о1/2...1/3
1/2.. .1/33...42...	3До 25—	с затяжкой
До 4-	без затяжкйДо 601/20, ,.1/401/4,. Л/6
•3... 420-	с затяжкой
4... 5—	без затяжкиДо 1001/30,,. 1/501/2., Л/32... 315-	с затяжкой
4 ... 5—	без затяжкиДо 241/15.., 1/301/4.. Л/67..,95...7До 20-длЯ
армированныхДо 361/20.,. 1/251/4... 1/66...85...вДо 24
До 181/15... 1/30
1/20... 1/251/3... 1/5
1/3.. Л/44...57..-84...5До 15Наименования.схемы и сеченияТреугольные стрельчатые арки:из дощатоклееных элементов
из клеефанерных элементовПологие арки кругового очертания
Стрельчатые арки кругового очертанияРамыРамы из прямолинейных элементов
-—г—. ~ =|С 3 ЛРамы из гнутоклееных элементов
(или с гнутой карнизной вставкой)-EZpРамы подкосной системы:
из клеедощатых элементов
из брусьев на нагелях	[Н (ТТ)щ	0010111213141516
17
Для обеспечения устойчивости плоской формы балок при изгибе
они должны быть раскреплены жесткими элементами покрытия (про¬
гонами, щитами, плитами) с горизонтальными связевыми фермами.
Расчет на сложное сопротивление. Расчет на прочность внецент-ренно-сжатых и сжато-изгибаемых балок при lD ^ - произво-70 6“дится по формуле (39); при 1Р > ——, кроме того, производится про¬
верка устойчивости плоской формы изгиба при раскреплении со сто¬
роны сжатой кромки по формуле^расч , / ^расч	Vj^l.	(112:F<fRc ^ ' |*Г,<РбЯс /Для балок переменной высоты определяется по формуле (41),
где Хх и Fx находятся по приведенной высоте /tnp.При раскреплении со стороны растянутой кромки проверка устой¬
чивости производится по формуле (112) с заменой ф и фб соответствен¬
но на ф' = 3100 • kyIXl и фб = фб6ф, где коэффициенты kv и k<t на¬
ходятся по формулам:ky = 0,75 + 0,06и fe<p = 1,75-^- + 0,14-^. (113)В балках постоянной высоты расчетное сечение при симметричной
нагрузке находится по середине пролета. В двускатных и односкат¬
ных с горизонтальной нижней гранью балках прямоугольного сече¬
ния с равномерно распределенной нагрузкой расчетное сечение нахо¬
дится от опоры на расстояниих = <114>
Скалывающие напряжения по нейтральной оси балок (или в бли¬
жайшем к ней шве) определяются по формулеТ ~ honb 0,6 ^ ^ск’ ^115>где Qmax — поперечная сила на опоре; 0,6 — коэффициент, учитываю¬
щий непроклей.Для гнутоклееных балок постоянного сечения следует проверять
радиальные растягивающие напряжения (поперек волокон) на кри¬
волинейном участке по клеевому шву:<п6»где г — радиус кривизны, равный не менее 250 толщин доски; Rp90 —
принимается равным 0,25 ... 0,35 МПа.§ 52. АРМИРОВАННЫЕ ДОЩАТОКЛЕЕНЫЕ БАЛКИАрмирование повышает несущую способность, жесткость и надеж¬
ность деревянных балок. Наиболее эффективным является армирова¬
ние в растянутой и сжатой зонах. При коэффициенте армирования150
1...3% прочность и жесткость возрастают в 1,4...3,2 раза. Армирова¬
ние рекомендуется выполнять стержневой горячекатаной арматурой
периодического профиля из стали класса А-И, A-III, A-IV. Арматура
укладывается в пазы, в которые заливается эпоксидный клей с напол¬
нителем и производится запрессовка пакета.Расчет армированных балок производится на прочность по нор¬
мальным и касательным напряжениям:М 	- г).	^шах *^пр ^	/1 1 7\0	= -™—* = -1—7—(117)w пр	с/расч/прГеометрические характеристики сечения для балок с двойной арма¬
турой находятся по формулам:/ — /1 I Q „ \ . tw 	 2^пр . с __ М2 / J I 2'пр ~ 12 у	£д ^ j * ПР ““ /I ' пр — з	£д(П8)где (х = Fjbh — коэффициент армирования сечения, здесь Fa —
площадь арматуры; b и h — размеры сечения.По жесткости проверка балок производится с учетом /пр.§ 53. КЛЕЕФАНЕРНЫЕ БАЛКИКлеефанерные балки с плоской стенкой (схема 3 табл. 14). Выполня¬
ются из водостойкой фанеры с дощатыми поясами. Они применяются
в покрытиях зданий пролетом до 18 м. Очертание балок принимают в
зависимости от их назначения двускатными (в двускатных покрыти¬
ях) или с параллельными поясами (в односкатных покрытиях и пере¬
крытиях); верхний пояс может быть криволинейного очертания.Высоту балок в середине пролета назначают равной /гср = (V8...
Via) I- Толщину фанерной стенки принимают не менее 8 мм и не
менее V130 высоты стенки. Волокна наружных шпонов стенки реко¬
мендуется располагать вдоль оси балки. Устойчивость фанерной стен¬
ки из плоскости обеспечивается ребрами жесткости, располагаемыми
по длине бглки на расстоянии а = (V8...Vl0) /, как правило, совпа¬
дающими со стыками фанерных листов (рис. 101, а). Стыки фанерных
листов делают «на ус» длиной, равной десяти толщинам стенки, на
зубчатый шип при большой толщине или впритык с накладками.
Крайние панели для увеличения устойчивости стенки иногда устраи¬
вают с наклонными ребрами жесткости или усиливают двумя допол¬
нительными листами фанеры.Пояса клеефанерных балок конструируют из досок, причем слои,
прилегающие к фанере, делаются составными шириной не более
100 мм (рис. 101, б). Это необходимо для уменьшения внутренних
напряжений от усушечных деформаций по плоскости контакта разно¬
модульных материалов.В балках коробчатого сечения (рис. 101, в) допускается выполнять
полки из досок плашмя (рис. 101, г). В этом случае верхний пояс может
быть криволинейным. Если толщина полки больше 100 мм, в ней151
Рис. 101. Клеефанерные балки с плоской стенкой:а — общий вид; б — двутавровое сечение; в — коробчатое сечение; г — полка из досоксо стороны стенок устраиваются пропилы на 30...50 мм так, чтобы
к стенке прилегали пакеты досок толщиной не более 100 мм.При расчете балок с плоской стенкой проверяются нормальные
напряжения в растянутом, сжатом поясах и фанерной стенке в рас¬
четном сечении х с учетом приведенного момента сопротивления:^ 	 Мх ^ п . 	 Мх ^ г> . ~ _ М Еф ^ D ^Р	W	^5 ^р> аСЖ	W7 m ^	^р.ф	W7	р ^ Ар.ф/^ф,^ пр.*	^ np.JCT	^ np.Jf Л(119)где ф — коэффициент продольного изгиба: находится как в § 26;
Шф — коэффициент, учитывающий снижение сопротивления фанеры
растяжению в стыке: WUp.х = 2 • /np.*/ft*, здесь hx = Лоп + /я
(i — уклон пояса).В балках переменной высоты расчетное сечение находится от опо¬
ры на расстоянииХ = [Уч(\ +у) — у]1, где V = -jf- •	(120)Приведенные (к древесине) геометрические характеристики сече¬
ния определяются по формулам:Iпр.д = /д + 1ф	; ^пр.д = 5Д + S<j,	; ^пр.д = Fn + /^ф	.П-р	Ьд	Сд(121)Касательные напряжения в швах между поясами и стенкой про¬
веряются по формуле^шах^Д^Д 	- п” /пр.ф^п£ф ^ RcK-* •	(122)152
Рис. 102. Клеефанерная балка с волнистой стенкойГде 5д — статический момент пояса относительно нейтральной оси;
/пр.Ф — приведенный к материалу стенки момент инерции сечения;
п —число швов, связывающих стенку с поясами; кп — высота пояса
за вычетом зазора.Следует иметь в виду, что практически на скалывание проверяется
шов не между стенкой и поясом, а шов между крайними шпонами фа¬
неры, так как здесь расчетная прочность соединения (0,6 МПа) на¬
много меньше прочности клеевого соединения между фанерой и дре¬
весиной (2,4 МПа), см. рис. 55.Опорное и наиболее опасное сечение фанерной стенки проверяют¬
ся на срез, главные растягивающие напряжения и местную устойчи¬
вость по указаниям п. 6.14...6.20 [2].Прогиб клеефанерных балок вычисляется по обычным формулам
(см. § 27) с учетом приведенной жесткости:Жпр = [Яд/д + ^ф^ф]	(123)где кж — коэффициент, учитывающий переменность сечения; находит¬
ся как для дощатоклееных балок; kx — коэффициент, учитывающий
влияние касательных напряжений на прогиб; находится по формуле11 + 100(%)■'(124)где АсР — высота сечения между осями поясов по середине пролета /.Клеефанерные балки с волнистой стенкой (схема 4 табл. 14) дву¬
таврового сечения с одной или двумя стенками (рис. 102) могут приме¬
няться при пролетах до 12 м. Изготавливаются такие балки тремя спо¬
собами:1.	В деревянных цельных поясах из брусьев, толстых досок или
клеедощатых выбираются пазы синусоидального очертания, в которые
вставляются изогнутые листы фанеры на клею.2.	В прямолинейные пазы шириной, равной высоте двойной bojj-
ны стенки, заводится изогнутый лист и паз заливается эпоксидной смо¬
лой с наполнителем.153
3. В прямолинейные пазы заводится прямой лист фанеры и затем
деревянными клиньями листу придается нужная искривленная форма
и паз заливается смолой.Второй и третий способы связаны с большим расходом смолы,
третий способ более трудоемкий.Волнистая форма стенки придает ей достаточную устойчивость
и позволяет обходиться без ребер жесткости. Ставятся только опорные
ребра, благодаря чему балки с волнистой стенкой легче балок с плос¬
кой стенкой.Особенность расчета балок с волнистой стенкой заключается
в определении величин WpaC4 и /расч в расчетном сечении. Податли¬
вость волнистой стенки учитывают коэффициентами:= . I АП П И кж = 1 +В ’	^125^h~где В = п2-~к- • , здесь Sn — статистический момент пояса
Оф Iйотносительно центра тяжести: бф — толщина фанерной стенки.ТогдаU7pac4 = -Щ- К' /расч = 2 + Fn (4rJ кж, (126)где /6 = 2^ Ьп^п + Fnj —момент инерции сечения без учетаподатливости стенки.По прочности и жесткости балки проверяются по формулам (27),
(34).На срез по нейтральной оси стенка проверяется с учетом местной
устойчивости по формулет = “%Г"<^сффвст’	(127)где фв.от — коэффициент устойчивости волнистой стенки,фв.СТ =	(128)здесь kx = 0,55 Y E$G$\ k2 зависит от отношения высоты волны
стенки к длине волны и для hJlB = х/12, 1/15 и V18 равен соответ¬
ственно 0,45, 0,41, 0,39; Хв.ст — гибкость волнистой стенки, определя¬
емая по формулеK.cr = (h-2hn)/V^	(129)Применение третьего способа изготовления балок позголяет при¬
дать стенке рациональную волнистую форму для обеспечения ее устой¬
чивости [10]. Задавшись шириной пояса, по формуле (129) находят
квадрат гибкости стенки. Определив для принятой в конструкции154
фанерной стенки kl9 по формуле (128) при условии фв.Ст = 1 находят
k2 и затем отношение hB/lB.Прочность клеевого соединения стенки с поясом на скалывание
проверяют по формулетщв = Qr;t— < ^ск.ф,	(1зо)где &шв — глубина заделки стенки в паз.Клеефанерные составные балки наиболее экономичны по расходу
древесины и фанеры. Экономия, получаемая при применении их,
составляет в среднем по сравнению с многослойными дощатоклеены¬
ми — 20%.Составные неклееные балки. Они могут быть: дощато-гвоздевые
с перекрестной стенкой, брусчатые (бревенчатые) на пластинчатых на¬
гелях, а также на призматических шпонках и колодках (схемы 5, 6,
7 табл. 14). Эти балки применяются для временных сооружений. Сих
конструированием и расчетом можно ознакомиться в Указаниях по
проектированию деревянных конструкций временных зданий и соору¬
жений (СН 432-71).§ 54. АРКИ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮАрки относятся к распорным конструкциям. Распор в них воспри¬
нимается либо затяжкой, либо опорными нижележащими конструк¬
циями.Арки могут быть пологими и стрельчатыми треугольного или круго¬
вого очертания (схемы 8...13 табл. 14). Пологие арки могут быть двух-
и трехшарнирными, а стрельчатые — трехшарнирными. Арки, выпол¬
ненные из составных балок на пластинчатых нагелях, дощато-гвозде¬
вых, кружальные из досок применяются во временных сооружениях
для перекрытия небольших пролетов. Арки из дощатоклееных и клее¬
фанерных элементов применяются в капитальном строительстве при
пролетах 40...60 м и более. Для пологих арок fll = 1/6, для стрельча¬
тых —1/3—V2, высота поперечного сечения элемента в пределах
О/зо-Чо) ^ Толщина досок в клееных пакетах не более 4,5 см для
прямолинейных элементов и криволинейных при радиусе кривизны
более 15 м и не более 3,5 см для криволинейных элементов при радиу¬
се кривизны до 15 м.Арки применяются в зданиях и сооружениях различного на¬
значения с теплыми или холодными ограждающими конструкциями за¬
водского изготовления.Исходя из условия транспортного габарита, двухшарнирные
арки принимаются пролетом не более 30 м. Статический расчет арок
производится по правилам строительной механики. При больших про¬
летах предпочтительнее трехшарнирные арки. Расчет на прочность
производится при сочетаниях нагрузок, показанных на рис. 103.
Для нахождения расчетного усилия в любом сечении арки я, отсчиты¬
ваемом от левой опоры (рис. 103), определяются координаты сечения
хп и уп> а также sin фп и cos ф„ (ф — угол наклона касательной в се¬155
чении к горизонту), а сами усилия находятся по формуламМп = Мб — Нуп\Nn = Q6sin<pn + Hcosyn\	(131)Qn = <2б cos ф„ — Яэшф,,,где Мб и Q6 — изгибающий момент и поперечная сила в рассматривае¬
мом сечении, определяемые как для балки на двух опорах проле¬
том/.равном пролету арки; И —распор арки.В арках треугольного очертания для создания разгружающего
момента в элементах нормальные усилия прикладываются с отрица¬
тельным эксцентриситетом, что конструктивно достигается внецент-
ренным решением узлов. В арках криволинейного очертания узлы ре¬
шаются центрированно, а разгружающий момент в элементах создает¬
ся за счет их кривизны.При жестком креплении ограждающих конструкций к арке имеет
место сплошное раскрепление наружной кромки, которая при поло¬
жительном моменте в расчетном сечении сжата, а при отрицательном —
растянута. Расчетным сечением арки является сечение с [Мтах] и
Л^соотв- Если [Мтах! положительный, то нормальные напряжения
в сечении проверяют по формуле (39), а на устойчивость сечение с от¬
рицательным моментом — по формуле (112). Если в расчетном сече¬
нии [Мтах! отрицательный, расчет его ограничивается проверкой
плоской формы изгиба по формуле (112) при соответствующих ср' и фб.
Проверка на скалывание по клеевому шву в арках не производится.Предварительные размеры поперечного сечения арки назначаются,
исходя из рекомендуемых в табл. 14. Расчетные длины элементов при¬
нимаются: при несимметричной нагрузке 1р = 0,5 S; при симметрич¬
ной нагрузке для двухшарнирной схемы /р = 0,6 S, а для трехшар¬
нирной — /р = 0,7 S, где S — полная длина дуги арки.Нормальные N и поперечные Q расчетные усилия в узлах находят¬
ся для каждого сочетания нагрузок.Металлические детали узлов рассчитываются с соблюдением тре¬
бований СНиП II-B.3-72. Опорные узлы арок могут решаться непосред¬
ственно упором торца или через стальной шарнир и башмак, а конько-Рис. 103. Сочетание нагрузок при расчете арок:а — пологая арка; б — стрельчатая арка; g — постоянная нагрузка; р — временная (снег)
на всем пролете; рх — временная (снег в двух вариантах) на У2 пролета; Р — от подвесного
оборудования; WaK и W0T — ветровая нагрузка; для а — g + р + Р; g + Рх + Р\ Дляо - g + Р - Р; g + Рх + Р\ g + (Pi + И^ак + ^от) °’9
156
вые — лобовым упором элементов или через цилиндрический шарнир
из древесины твердых пород, стальной плиточный шарнир, стальной
валиковый шарнир.Конструирование элементов арок в виде клеедощатых или клеефа*
нерных пакетов должно производиться в соответствии с требованиями
к этим элементам, изложенными в §32, 51, 53. Дощатоклееные элементы
могут быть сплошного прямоугольного, двутаврового сечения и двух-
или трехстенчатыми (при больших пролетах порядка 80... 100 м).
Клеефанерные элементы бывают коробчатого или двутаврового сече¬
ния с одной или двумя стенками. Участки клеефанерных арок вблизи
узлов длиной 1,5 высоты сечения выполняются сплошными из досок.§ 55. КОНСТРУКЦИИ АРОКТреугольная трехшарнирная арка. Конструкции узлов арки из
прямолинейных клеедощатых элементов показаны на рис. 104. Осо¬
бенность конструкции такой арки заключается во внецентренном ре¬
шении узлов, что обеспечивается смещением центра упорных площадок
смятия Fcm в узлах на величину е от геометрической оси элемента.
Конструктивно это достигается или срезами деревянных элементов
в торцах на глубину 2 • е от верхней грани (как в коньковом узле),
или соответствующим расположением упорной детали (как в опорном
узле). Благодаря этому заметно уменьшается расчетный изгибающий
момент в пролете элементаА1расч — Ь/\.р -Л^оазг —(g + р) iр■Ne.(132)ё " ■‘ГАразг	gT^Tгде Mg — момент от местной поперечной нагрузки в полуарке, на¬
ходится по расчетной схеме (рис. 104, г) или по формуле (131); Мразг —
разгружающий момент.7d, . 7d,Рис.НННшшшт мразгрI I I I LLU*’*^ MpQQifТрехшарнирная треугольная арка:а — схема арки; б — опорный узел; в — коньковый узел; г — расчетная схема элемента арки;
1 — элемент арки; 2 — затяжка; 3 — упорный швеллер; 4 — подушка или обвязочный брус;
® — крепежный уголок; 6 — крепежный болт (анкер); 7 — накладка157
0,8	1, ..I.-— I J hen0,3 0,5 0,7 0,9 T6 , l2 L гРис. 105. График для определе¬
ния коэффициента /СскРис. 106. К расчету конькового узла:а — конструкция узла; б — расчетная схема на¬
кладкиУсилия N и Q находятся по формулам (131).Из условия равенства нормальных напряжений в сечениях эле¬
мента в середине его пролета и по краям подбирается оптимальное зна¬
чение эксцентриситета е0Пт, при котором элемент будет равнопрочным
в пролете и на опорах (при УИоп = Мпр):где коэффициентом g при подборе сечения задаются ориентировочно,
а при проверке — находят по формуле (41). При этом надо иметь в
в виду, что эксцентриситет ограничивается минимально возможной ВЫ-ft — hCMсотой площадки смятия е = —^—> площадь которой проверяетсяна продольное усилие в элементе (в особенности для коротких и силь¬
но нагруженных элементов) по формуле FCM = N!RCm<x-Опирание элемента частью торца вызывает появление сконцент¬
рированных касательных напряжений в зоне опирания. В этом слу¬
чае обязательна проверка на скалывающие напряжения по формулегде Q — поперечная сила на опоре; kQK— коэффициент концентрации
скалывающих напряжений; 6, h — высота и ширина сечения; 0,6 —
коэффициент, учитывающий непроклей; RCK— расчетное сопротивле¬
ние скалыванию, равное 2,4 МПа. Коэффициент kCh находится по гра¬
фику рис. 105.При расчете узлов проверяют на смятие торцы от продольного уси¬
лия по площадкам смятия из условия, что асм ^ Rcmol'j рассчитывают
на изгиб упорный швеллер как балку на двух опорах пролетом, рав¬
ным расстоянию между ветвями затяжки; проверяют сечение затяжки
на расчетное усилие по ослабленному сечению (по резьбе) с учетом
несовместимости работы двух ветвей, применив коэффициент 0,8; про¬
веряют размеры опорной площадки Fon на смятие поперек волокон
подушки от опорной реакции; рассчитывают болты, крепящие арку1,5 • Qkc
bh. 0,6(134)158
к нижележащей конструкции (стене, колонне) на растяжение от
подъемной силы ветра; в коньковом узле рассчитывают сечение на¬
кладок на изгиб от М = Qz.Болты на поперечную силу Q рассчитываются от односторонней на¬
грузки (расчетная схема показана на рис. 106); на каждый из болтов,
ближайших к коньку, передается усилиеtfx =-§£-.	(135)где li — расстояние между болтами на ригеле полурамы; /2 — расстоя¬
ние между крайними болтами и осью симметрии узла;На крайний болт передается усилиеN2 = (2N1 — Q)/2.	(136)Кроме конструктивного расчета, арка проверяется на монтажные
усилия от собственного веса (при этом усилия в элементах могут ме¬
нять знак) при двух положениях: при кантовке ее из горизонтальной
плоскости в вертикальную и при подъеме траверсой для установки
в проектное положение.Круговые трехшарнирные арки. Для обеспечения поворота эле¬
ментов арки в узлах и сохранения принятого в расчете распределения
усилий опорный узел решается в виде коробчатого металлического
сварного башмака, а коньковый узел выполняется лобовым упором
с обеспечением боковой жесткости деревянными накладками на бол¬
тах (рис. 107). Узлы центрированы. Расчетная схема элемента показа¬
на на рис. 107, г. Расчетный изгибающий момент(д -L- п)Мрасч = Mg - Мразг = % Р “ Nf'	(137)где N — продольное усилие в элементе, найденное по формуле (131);
Mg находится как момент в полуарке по расчетной схеме (рис. 107, г);
Мрасч может быть найден по формуле (131).Рис. 107. Трехшарнирная круговая арка:а — схема арки; б — опорный узел; в — коньковый узел; г — расчетная схема элемента арки;
1 — элемент арки; 2 — затяжка из двух уголков; 3 — упорный швеллер; 4 — щеки башмака;
5 — опорный лист; 6 — обвязочный брус; 7 — крепежные болты; 8 — накладка; 9 — болты159
a	ffРис. 108. Конструкции узлов стрельчатых арок:а — коньковые; I — лобовым упором со шпонкой из ДСП-Б; II — с плиточным шарниром;
Ш — с валиковым шарниром; б — опорные; IV и V — лобовым упором торца; VI — с вали-
ковым шарниром; / — шпонка из ДСП-Б; 2 — плиточный шарнир; 3 — упорная плита; 4 — боко¬
вая щека сварного башмака; 5 — валиковый шарнир; 6 — ребра сварного башмака; 7 — наклад¬
ка; 8 — анкерный швеллер; 9 уголок: Ю — нагелиПри расчете узлов проверяют упорный швеллер на изгиб как бал¬
ку на двух опорах пролетом равным расстоянию между щеками баш¬
мака; определяют размеры горизонтального опорного листа из условия
смятия под ним обвязочного бруса поперек волокон и его толщину
из условия изгиба плиты на двух участках (как балку на двух опорах
и консоли); подбирают сечение затяжек из угловой или круглой стали,
рассчитывают сварные швы, крепящие упорный швеллер к щекам,
щеки к опорному листу и уголки затяжки к щекам; коньковый узел
рассчитывают так же, как и в треугольной арке.Стрельчатые трехшарнирные арки. Общие правила проектирова¬
ния арок сформулированы выше. Некоторые варианты конструкций
узлов арок приведены на рис. 108. В узлах проверяются торцы эле¬
ментов на смятие древесины под углом а к волокнам. Кроме того,
для коньковых узлов по вариантам II и III и для опорного по варианту
VI производятся следующие проверки и расчеты:160
определяется толщина упорной плиты из условия изгиба как балки
на двух опорах при пролете, равном расстоянию между щеками;рассчитываются сварные швы, крепящие ребра башмака к упор¬
ным плитам и последние к щекам при одностороннем действии снеговой
нагрузки и ветре от усилий Q и М = Qa,рассчитываются болты, прикрепляющие башмак к арке, на сов¬
местное действие усилий Q и М = Qz (то же, для вариантов IV и V);определяются размеры плиточного шарнира из условия смятия
стали (вариант II); диаметр валикового шарнира (варианты III и VI)
из условия работы его на изгиб и срез; щеки проверяются на смятие;в вариантах IV и V проверяются на изгиб швеллеры и уголки от
М = Qz.§ 56. РАМЫ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮДеревянные рамы могут применяться в одно- и многопролетных
зданиях различного назначения. Рекомендуются следующие типы рам:
из прямолинейных дощатоклееных полурам, соединенных в кар¬
низном узле непосредственно или с помощью трапециевидной встав¬
ки (схема 14 табл. 14);из прямолинейных полурам, соединенных в карнизном узле с по¬
мощью листовых боковых накладок и вкладышей на клею или комби¬
нированных соединений;из гнутоклееных полурам (схема 15 табл. 14) в виде цельных эле¬
ментов или с гнутоклееными карнизными вставками на зубчатом стыке;из клеефанерных элементов, соединенных в карнизном узле с по¬
мощью фанерных накладок на клею или нагелями;сборно-разборные с ригелем из дощатоклееных блоков (схема 16
табл. 14) или из брусьев, бревен (схема 17 табл. 14) со стойками и под¬
косами из клееной или цельной древесины;в виде двухшарнирного поперечника здания со стойками и ригелем
из дощатоклееных или клеефанерных элементов.Рекомендуемые пролеты и размеры рам приведены в табл. 14.
Для всех типов рам уклон ригеля 0,25...0,3; шаг 3...6 м. Основные
конструктивные размеры: высота сечения ригеля в карнизном узле
йкар = (г/12*-«^зо) I* т0 же» в коньке/гк= 0,3 /гкар; то же, стоек у опор
hon = 0,4/гкар. Этими соотношениями можно пользоваться, например,
при определении расхода материалов на стадии вариантного проекти¬
рования.Прямолинейные элементы рам склеиваются из досок толщиной4,5	и 5,5 см, криволинейные элементы (карнизные вставки) — из досок
толщиной не более 1/150 радиуса кривизны. При этом должны соблю¬
даться все изложенные выше требования относительно влажности,
качества пиломатериалов и компоновки дощатого пакета по катего¬
риям элементов.Статический расчет рам производится по правилам строительной
механики — находятся реакции Л, В, распор Я и по формулам (131)
расчетные усилия от всех загружений. Расчетные усилия определяются
от показанных на рис. 109 схем сочетания нагрузок. Нормальные на¬
пряжения проверяются в расчетных сечениях с максимальными изги-И 2-734161
Я1ш1шпщшшпщц|пш1гтрттниишитцщщщттттпУРгРис. 109. Сочетания нагрузок при рас¬
чете рам (обозначения см. рис. 118):ё + Р; g + Рйg~rp; S~rPi>
g + (P + raK + r0T) 0,9;
g+lp1 + WSK + W„) 0,9'//// '///77 >////////////////7.бающими моментами — в карнизных узлах в схемах 14, 15 табл. 14
и у конца подкоса в схемах 16, 17 табл. 14 по формуле (39). Другие се¬
чения не проверяются, если соблюдены конструктивные требования
относительно размеров Лк и hou. Проверка на скалывание производит¬
ся в пяте стоек, а также в рамах по схеме 16 табл. 14 в ригеле между
верхом стойки и подкоса по формуле (115).Особенности проверки расчетного сечения сжато-изгибаемого
стержня по формуле (39) состоят в следующем. Геометрические харак¬
теристики сечения FH1 и Wpас. вычисляются по фактическим значе¬
ниям ширины b и высоты h расчетного сечения. Коэффициент Ъх нахо¬
дится с учетом ^Пр и F6p, которые определяются по приведенной
высоте huр сечения полурамы: Ххпр = /р/0,29 hnp (здесь 1Р= 0,55, где
5 — полная длина полурамы); F6P= hnpb. Величина hup находится как
среднее значение приведенных высот ригеля, стойки и вставки по фор¬
муле huр= Sftnp.3/. //. Так как проверка растягивающих напряжений
в расчетном сечении не требуется, отношение Rc/R„ в формуле (39)
опускается.При жестком креплении ограждающих конструкций к раме ее на¬
ружные кромки оказываются раскрепленными. В пределах карниз¬
ного узла имеет место сплошное раскрепление растянутой кромки.
Устойчивость плоской формы изгиба проверяется по формуле (112)
со стороны сжатой кромки.§ 57. КОНСТРУКЦИИ РАМРамы из прямолинейных элементов. Ригель и стойка полурамы
получаются распиловкой клееного пакета и соответствующей обра¬
боткой торцов (рис. 110). Расчетными сечениями являются: биссект-
рисное 1—1 и ортогональные к наружным граням ригеля и стойки
2—2 и 3—3 (рис. 111). Расчетные геометрические характеристики
сечений находятся по формулам:Fp.,-1 = 0,85 • ЛкарЬ; Fp.2_2 = Fp.3-3 = hce4b\где 0,85 — коэффициент, учитывающий
криволинейность эпюры в сечении; тб —
коэффициент к высоте сечения.1/2(ригель) или h (стоика) \
-	-ЧРис. 110. Схема распиловки пакета на элементы по¬
лурамы162
Рис. 111. К расчету карнизного узла:а — о зубчатым соединением в карнизном узле; б — с трапецеидальной вставкой;
в ~ эпюры нормальных напряжений в расчетных сечениях/-/2-2£Ю0\3-3Рис. 112. Конструкции карнизных узлов рам из прямолинейных элементов с
клеевым соединением:а — зубчатым; б — с карнизной вставкой на зубчатых стыках; в — с боковыми на¬
кладками и вкладышем для усиления стыка; г — комбинированное соединение; д о
карнизной вставкой на вклеенных штырях
ные):а — с металлической накладкой и деревянной бобышкой; б — со стальными тяжами и распор*
кой; в — с металлическими пластинами с шарниром и подкосом; г — с натяжными болтами и
накладками (можно применять в армированных рамах); д — с листовыми накладками на на-
гелях; е — со стальными накладками на кольцевых шпонах; ж, з — варианты крепления де-
т.алей: / — стальная накладка; 2 — шурупы; 3 — дубовая бобышка; 4 — хомут; 5 — сталь¬
ные тяжи; 6 — анкерная пластина; 7 — башмак сварной; 8 — подкос из двух досок; 9 — под¬
кос из бруса с накладками; 10 — накладка; И — пластина; 12 — шарнир; 13 — шпонка;
14 — болты; 15 — упоры; 16 — уголки; 17 — стяжные болты; 18 — арматура; 19 — листо¬
вая накладка; 20 — нагели; 21 — дубовая шпонка; 22 — стальная накладка; 23 — кольце¬
вые шпонкиСечения проверяются по формулеNn_n	Мп_п°п—п = —р	I t	^ Rma-	(139)1 D.n—n	ЪХ w р.п—ППри стыковании элементов полурамы в карнизном узле стык ока¬
зывается расположенным в расчетном сечении. С учетом возможного
непроклея этот стык является самым опасным местом в конструкции
рам. Применение в конструкции трапецеидальной вставки повышает
надежность рамы, так как при этом стыки располагаются вне зоны с164
максимальным расчетным моментом. Вставка может быть выполнена
из более качественной древесины, что также повышает надежность
конструкции рамы.Некоторые варианты конструкции карнизного узла на клею пока¬
заны на рис. 112. Другие варианты решений этого узла представлены
на рис. 113. В растянутой зоне стыка ставятся металлические крепеж¬
ные детали, в сжатой — деревянные детали. Расчетное усилие в кре¬
пежных деталях N = MceJz(z — плечо пары сил, см. рис. 113). Расчет
деталей крепления производится по обычным правилам с учетом кон¬
структивных особенностей и работы соединения.Аналогично решаются карнизные узлы клеефанерных рам, так
как участки элементов рам (стоек и ригеля), примыкающие к узлу,
выполняются сплошными дощатоклееными.Гнутоклееные рамы. Особенность расчета рам заключается в уста¬
новлении их геометрической схемы и расчетных усилий (рис. 114).
По заданному пролету определяют основные размеры: /, ув, хпи уги;
b, Лкар, Лоп, К\ гн, Лш, гср. Затем от постоянной и временной нагрузок
на всем пролете из условия равенства нулю поперечной силы находят
координаты х и у центра сечения с максимальным изгибающим момен¬
томQ = [А — (g + р) х] cos ср — Н sin ф = 0,	(140)где угол ф определяется подбором.Для этого сечения находятся расчетные значения Мх и Nx. Прове¬
ряют это сечение по формулеNx , Mxkc ^ п ^	(141)+* нт	£*^расч"где kc— коэффициент, учитывающий кривизну гнутого участка; в рас¬
четах можно принимать 1,1; тгн — коэффициент, определяемый по
табл. 2 приложения 1.Рис. 114. Схема гнутоклееной рамы:ув — высота вертикального участка полурамы; хгн, 1/гн, фгн — координаты и угол гнутой
части полурамы; х, у — координаты сечения с максимальным изгибающим моментом; гн#
гвн» гср радиусы кривизны (наружный, внутренний, средний); <р — угол наклона касатель¬
ной к оси рамы в расчетном сечении165
Вид АВид Ба	бРис. 115. Опирание рам на фундамент:а — шарнирное опирание; 6 — жесткое опирание; / — металлический анкер;2 •— болты (глухари); 3 — стальной башмак; 4 — анкерные болты; 5 — гидроизоляцияВозможно решение рам с гнутой вставкой. При этом появляются
два зубчатых стыка, что усложняет изготовление. Но технико-экономи-
ческое сравнение целиком гнутых рам и рам с гнутой карнизной встав¬
кой показывает, что это усложнение компенсируется более простым
изготовлением прямолинейных участков стоек и ригеля. Кроме того,
на прямолинейных участках используется пиломатериал большей
толщины, что снижает отходы и стоимость. Вставка выполняется из
более тонких и качественных досок, что повышает надежность этого
участка рамы, а стыки располагаются вне зоны с максимальным изги¬
бающим моментом.Опорные и коньковые узлы рам. Опирание полурам на фундаменты
и в коньке выполняется упором торцов элементов. Следует отдавать
предпочтение шарнирному решению опорного узла (рис. 115, а), в ко¬
тором необходимо проверить площадь «зуба» фундамента из условия
смятия древесины поперек волокон от распора Н. Работа и расчет
жесткого опирания сложнее, так как определяются высота и толщина
вертикального листа из условия смятия древесины и изгиба листа;
проверяются на сложное сопротивление растяжению с изгибом уголки;
вертикальные сварные швы рассчитываются на срез, а анкерные бол¬
ты— на срез и растяжение (рис. 115, б).На рис. 116 показаны два варианта конькового узла. В этих ва¬
риантах накладки и болты воспринимают поперечную силу и обеспе¬
чивают боковую жесткость узла. Работа болтов здесь принципиаль¬
но различна. В варианте, показанном на рис. 116, а, следует их под¬
бирать из условия изгиба и смятия древесины в гнезде (см. расчет
конькового узла арки и рис. 106); в варианте на рис. 116, б болты рас¬
считывают из условия их растяжения, размеры шайб — по смятию
древесины поперек волокон, а толщину их — по изгибу.166
Глава VIIIПЛОСКИЕ СКВОЗНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ
И ПЛАСТМАССОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ§ 58. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. СТАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАСквозные системы ферм, арок, рам состоят из отдельных стержней,
соединенных между собой в узлах и работающих, в основном, на про¬
дольные усилия. Соединение стержней поясов в узлах и присоедине¬
ние решетки к узлам можно считать шарнирным.Пояса стропильных ферм могут подвергаться изгибу от местной
нагрузки, расположенной на панелях поясов, от внецентренного креп¬
ления элементов в узлах, а также от прогиба конструкции при нали¬
чии неразрезных поясов.Наиболее распространены статически определимые фермы, проч¬
ность которых определяется прочностью наиболее слабого стержня.
Разрушение такого стержня может вызвать общее разрушение конст¬
рукции, вследствие чего при изготовлении ферм повышаются требо¬
вания к отбору материала и к качеству производства работ для каж¬
дого стержня в соответствии с его назначением (см. § 13).Особенно высокие требования должны предъявляться к изготов¬
лению деревянных растянутых элементов и соединений. Для уменьше¬
ния трудностей, связанных с отбором высококачественного леса на
растянутые деревянные элементы, последние заменяют металлически¬
ми или стеклопластиковыми, оставляя деревянными лишь сжатые и
сжато-изгибаемые элементы. Металлические пояса выполняют из
круглой стали или из уголков. Металлодеревянные фермы в настоя¬
щее время получили широкое распространение. При почти равной стои¬
мости они проще, менее трудоемки в изготовлении и надежнее в работе,
чем деревянные. В этом отношении перспективны также деревопласт¬
массовые фермы, но они только разрабатываются.Проверяют несущую способность ферм, нагружая их пробной на¬
грузкой вплоть до разрушения. При небольшом числе ферм можно
ограничиться приложением только нормативной нагрузки и измере¬
нием соответствующего ей прогиба фермы в середине пролета; при
этом прогиб не должен превышать I.Статическая работа ферм в значительной мере зависит от их очер¬
тания, влияющего на распределение и величину усилий в элементах
конструкций. В табл. 15 представлены различные виды ферм. Фермы
по очертанию разделяют на сегментные (схемы 1...3), треугольные (схе¬
мы 7, 12), прямоугольные или с параллельными поясами, многоуголь¬
ные (схемы 9, 10, 11, 13, 14), рыбообразные (схемы 17, 18), трапеци¬
евидные (схемы 6, 8).Наиболее выгодно в отношении статической работы такое очерта¬
ние верхнего пояса, которое совпадает с кривой давления от макси¬
мальной нагрузки или близко к ней. При преобладающей равномерной167
Таблица 15. Плоские сквозные конструкцииНаименование конструкций, схемы и сеченияФермы индустриального изготовленияСегментные металлодеревянные фермы с верхним
поясом из стандартных клеедощаты'х блоков1.2,3jIlТо же, деревянныеКрупнопанельные маталлодеревянные фермы
с верхним поясом из стандартных клееных блоков'a jlг/4 [ т1/4 \1/4 \i\ '' 1Фермы построечного изготовленияМеталлодерезянная фзрма с восходящим опорным
раскосомМногоугольные фермы из брусьев"Ат-л16812345678910РазмерыПоказатели массь»/. мh/l181/6 .. . 1/72.5 .325 ..30241/6. ..1/72.5 . . 325... 30361/6 .. • 1/72.5 ... 325- .3018. .301/6 .. . 1/72 . 2.5*пл=7- .1018 ... 301/6 . 1/73 . 45 7IS... 24V63.5 . . 420. .2518 ... 241/3. . . 1/43 ... 3,520.. 2518 ... 241/64...520... 2518 ... 361/63.5... 5Для „а"- 12 . 1818 ... 361/63,5... 5Для „б"
- 25... 35
№ схемыПродолжение табл. 15Наименование конструкций, схемы и сеченияРазмерыПоказатели ма£еь>/. м/»//^м.кК*’*18 ... 241/64 ... 515 ... 2012.. 181/4 .. . 1/54,5 ... 615 ... 3018... 241/64 ... 515 • • 2018... 24а= 2. . .31/62,5.. 3	До 30
а = 2 ... 3
До 45f/l= 1/15
h/l - 1/20f/l “ 1/3 —1/4
h/l 1/153. .5
3 .4	12... 18
12... 181/61/62,5 ... 3
2,5... 31.5. , 2
1.5 ..212... 18f/lx 1/2... 1/4
h/l = 1/7... 1/16 . . 1208 ... 14Многоугольная ферма из брусьев с листовыми
шарнирами в узлах1Л1К^aia \ a \a.	*tlLФермы из бревен или брусьев на врубкахo'o | a i a
i :Пятиугольная ферма из досок на стальных кольцевых шпонахh'DO	Конструкции из фанерных или стеклопластиковых труб
Фермы[An[Tv.2a | 2a }2a16 /hФермы из фанерных швеллеров,
с элементами поясов коробчатого сеченияс элементами поясов двутаврового сечения
1817	18-	д	V
Л I ■ I-	и	±Рамы (иэ прямоугольных сплошных или трубчатых элементов)16911121314'516\71819
нагрузке таким очертанием является сегментное или вписанное в сег¬
мент многоугольное.В сегментных и во вписанных в сегмент многоугольных фермах уси¬
лия в панелях поясов при полном загружении мало отличаются одно
от другого, а усилия в элементах решетки имеют незначительную
величину. Максимальные усилия в решетке от односторонней временной
нагрузки также невелики, что позволяет упрощать конструкции узлов
ферм.Самыми невыгодными по распределению усилий в элементах явля¬
ются фермы, очертания которых значительно отличаются от кривой
давления. Из стропильных ферм к ним относятся треугольные и пря¬
моугольные фермы.В треугольных фермах усилия в поясах резко уменьшаются от
опоры к середине пролета, а усилия в решетке возрастают. Нисходя¬
щие раскосы таких ферм сжаты, а восходящие — растянуты.В прямоугольных фермах усилия в поясах резко возрастают от
опоры к середине пролета, а в решетке уменьшаются. Восходящие рас¬
косы таких конструкций при равномерной нагрузке всегда сжаты,
а нисходящие — растянуты.Трапециевидные фермы по распределению в них усилий занимают
промежуточное положение между треугольными и прямоугольными.
Обычно пятиугольные фермы имеют малый угол наклона верхнего
пояса к горизонту, что типично для покрытий с рулонными кровлями.
При этом наиболее нагруженная панель находится возле середины про¬
лета. Восходящие раскосы пятиугольных ферм сжаты, а нисходящие —
растянуты; в средних панелях при односторонней нагрузке могут ме¬
няться знаки усилий в раскосах. Стойки сжаты, так как воспринимают
местную нагрузку верхнего пояса, а подвески растянуты (они при
подвесном потолке передают от него нагрузку в узлы верхнего пояса).В трехшарнирных арочных системах (схема 16) каждая полуарка
воспринимает находящуюся на ней местную нагрузку g и продольное
сжимающее арочное усилие, приложенное к опорным узлам полуарки.
В связи с этим нижний пояс полуарки может быть сжатым или растя¬
нутым в зависимости от его очертания и от положения временной на¬
грузки на покрытии. Верхний пояс в сегментных полуарках всегда
сжат, а появление сжатия в нижнем поясе заставляет устанавливать
для его устойчивости из плоскости системы связи жесткости.Рамные конструкции зданий с ригелем, шарнирно соединенным со
стойками, являются статически неопределимыми системами. Неизме¬
няемость системы вызвана защемлением стоек рам в фундаментах.
Обе ветви решетчатых стоек могут быть сжатыми и в этом случае долж¬
ны быть раскреплены связями жесткости.Трехшарнирные рамы (схема 19) имеют большие усилия в элемен¬
тах по сравнению с трехшарнирными арками. Сжатые участки внут¬
ренних поясов рам требуют пространственного раскрепления связями
жесткости. Раскрепляются в первую очередь карнизные узлы, в кото¬
рых сходятся наиболее сжатые элементы.170
§ 59. ПРАВИЛА КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ФЕРМПри соблюдении указанных в табл. 15 генеральных размеров фермы
рассчитываются как шарнирные в узлах, а небольшие дополнитель¬
ные напряжения изгиба, которые появляются в неразрезных поясах
при деформации ферм, в расчете не учитываются.При разбивке ферм на панели нижний пояс делится на равные
отрезки. В крупнопанельных фермах (схемы 1...7 табл. 15) на равные
отрезки разбивают также верхний пояс для получения стандартных
дощатоклееных блоков. Длины панелей сжатых поясов ферм из бру¬
сьев (схемы 9... 12 табл. 15) назначаются 1,5...3 м.Расчетная длина сжатых и сжато-изгибаемых элементов при рас¬
чете их на устойчивость принимается равной расстоянию между цент¬
рами узлов фермы. При расчете сжатых поясов на устойчивость из
плоскости системы расчетная длина принимается равной расстоянию
между узлами связей жесткости. При малых расстояниях между свя¬
зями, например, между часто поставленными прогонами по верхнему
поясу, устойчивость сжатого пояса из плоскости системы можно не
проверять.Стыки элементов сжатого пояса решаются лобовым упором и кон¬
структивно перекрываются боковыми деревянными накладками на
болтах (рис. 117, а), с каждой стороны от стыка ставится не менее двух
пар стяжных болтов.Так как в стыках жесткость пояса резко уменьшается, их необхо¬
димо делать вне участков, работающих на продольный изгиб, т. е.
как можно ближе к узлам и в узлах закрепленных связями жесткости.
Стыки поясов из брусьев не следует делать в панелях, примыкающих
к опорным узлам, а также к узлам перелома поясов (например, конь¬
ковому). Расположение стыков в поясах должно обеспечить наилучшее
использование длины применяемого лесоматериала. В многоугольных
фермах стыки делаются в узлах перелома верхнего пояса и совпадают
с центром узла.Растянутые деревянные элементы, в особенности нижние пояса
и их стыковые накладки, при изготовлении их из древесины, должны
отвечать требованиям I категории элементов. Ослабления их должны
быть минимальными и по возможности симметричными. Следует из¬
бегать ослаблений по кромкам растянутых элементов из досок.Стыки растянутых деревянных поясов перекрываются, как прави¬
ло, деревянными накладками и прокладками на болтах и штырях из
круглой стали. Конструкция стыков должна обеспечивать осевую
передачу усилия.r 1, ' ' 1■ъ1 : : —1it17dx6 I
[XПНЕаj—i—i—■—■—i—i—iii I.7d*3
-И К7d*3Рис. 117. Стыки деревянных элементов:а — сжатый; б — растянутый сомкнутый стык; в — растянутый разомкнутый стык171
Стыки рассчитываются на усилие, действующее в данной панели
пояса; при этом производится проверка сечений пояса и накладок
на растяжение по площади нетто и определяются число и размеры
связей.Стыки бывают сомкнутыми (рис. 117, б), когда торцы соединяемых
элементов сдвинуты вплотную, или разомкнутыми (рис. 117, в), когда
торцы раздвинуты на необходимое расстояние (накладки и прокладки
на столько же удлиняются). Применение разомкнутых стыков целе¬
сообразно тогда, когда они способствуют лучшему использованию
длины лесоматериала в поясах ферм, или когда стык устраивается
в узле и в пространство между элементами заводятся раскосы решетки.Сжатые и сжато-изгибаемые деревянные элементы ферм только
из брусьев или составные элементы из брусьев и клеедощатые проек¬
тируются в соответствии с требованиями к категориям элементов, из¬
ложенными в § 13.Элементы ферм, как правило, должны центрироваться в узлах.
Внецентренное крепление элементов решетки допускается лишь в фер¬
мах со слабо нагруженными элементами (например, в многоугольных).
Узловой изгибающий момент определяется как произведение равно¬
действующей усилий в элементах решетки на ее плечо относительно
оси пояса. В этом случае нижний пояс проверяется на растяжение
с изгибом. Если возле узла нет стыка и примыкающие панели имеют
примерно одинаковую длину, узловой момент распределяется поровну
между ними; при наличии стыка возле узла этот момент полностью
воспринимается панелью, не имеющей стыка. Проверка верхнего поя¬
са в узлах на сжатие с изгибом производится по формуле (42) без учета
коэффициента Е.Строительный подъем придается всем фермам и должен быть не
менее 1/200 пролета. Строительный подъем выполняется переломом
нижнего пояса в середине или в третях пролета. При этом должна
быть сохранена требуемая минимальная высота фермы в середине
пролета, между осями поясов. В этом случае прогиб ферм можно не
проверятьПри пролетах деревянных конструкций более 30 м одна из опор
должна быть подвижной.Расчет ферм начинается с определения усилий в элементах. Нагруз¬
ка считается приложенной в узлах. Узловые нагрузки находятся
умножением нагрузок от силы тяжести крыши, фермы и внешних на¬
грузок на грузовую площадь с учетом очертания верхнего пояса и
указаний главы СНиП 11-6.74 и усилия в элементах построением диа¬
граммы Кремоны. Достаточно построить одну диаграмму от единичной
нагрузки, расположенной на полупролетефермы, после чего через гру¬
зовые коэффициенты, соответствующие узловым нагрузкам от различ¬
ных загружений, определяются расчетные усилия в элементах Мак¬
симальные усилия в поясах получаются при загружении внешней
нагрузкой (например, снегом) всего пролета, а в элементах решет¬
ки — половины пролета.В действительности в крупнопанельных фермах всегда имеется
внеузловая (местная) нагрузка: от крыши и снега — равномерно рас¬172
пределенная g, а в многоугольных фермах нагрузка от прогона, со¬
средоточенная в середине пролета Р. В этих случаях элементы верх¬
него пояса между узлами изгибаются, аМпр = ga2l8, или Мпр = Ра/4,	(142)где а — длина панели.Для создания разгружающих моментов в фермах с прямолиней¬
ными элементами верхнего пояса узлы решаются внецентренно по
аналогии с треугольными арками (см. § 55) и Мразг = Ne, в сегмент¬
ных фермах разгружающий момент создается за счет кривизны пане¬
ли и Мразг = Nf. Расчетный изгибающий момент в панеляхМрасч = Мпр Мразг.	(143)Фермы должны проверяться на монтажные нагрузки, от которых
усилия в элементах часто меняются на противоположные по знаку
значения.§ 60. МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННЫЕ ФЕРМЫ С ПРЯМОЛИНЕЙНЫМИ ПОЯСАМИ
ИЗ БРУСЬЕВМеталлодеревянные фермы применяются обычно в бесчердачных
покрытиях зданий пролетом / = 12...24 м. Однако при небольшом
усложнении конструкции их можно применять и для поддержания
подвесных потолков.По очертанию металлодеревянные фермы с прямолинейными поя¬
сами могут быть треугольными, двускатными, односкатными и рыбо¬
образными. Эти фермы собираются из крупных, удобных для перевоз¬
ки и сборки блоков, изготавливаемых на заводах.Нижние пояса и растянутые элементы решеток выполнены из круг¬
лой стали или из уголков. Верхние пояса ферм в зависимости от их
пролета, размеров панелей и нагрузок' выполняют либо из цельных
брусьев (одного или двух), либо из составных элементов. Узлы верх¬
него пояса решены с эксцентриситетом (—ё).Наиболее простыми являются треугольные фермы с разрезным
и неразрезным верхним поясом из цельных брусьев с металлическими
соединениями в узлах, разработанными ЦНИИСК (рис. 118).Сжатые деревянные элементы решеток в таких фермах примыкают
в узлах лобовым упором через металлические детали, что исключает
влияние на прогиб ферм усушки древесины в узлах. В опорных и сред¬
них узлах сжатые элементы верхнего пояса упираются в сварные ко¬
робки.На рис. 119 (схема 8 табл. 15) изображены узлы односкатной фермы
с составным верхним поясом, разработанной ЦНИИСК. В ферме нет
врубок — передача усилий в узлах происходит лобовым упором тор¬
цов элементов. Сечение верхнего пояса состоит из двух брусьев по
высоте с прокладками между ними и стянутыми болтами.Верхний брус работает на изгиб от местной нагрузки, как много¬
пролетная неразрезная балка, нижний — на сжатие продольной
силой в поясе с эксцентриситетом —е от своей оси и на изгиб от173
сосредоточенных сил в местах прокладок (рис. 119, б). Многопролет-
ность верхнего бруса и разгружающий момент в нижнем брусе позво¬
ляют проектировать верхний пояс, используя имеющийся сортамент
пиломатериалов, для ферм пролетом до 24 м.Составные верхние пояса ферм могут выполняться из брусьев на
пластинчатых нагелях. Конструирование их узлов основано на тех
же принципах, что и ферм ЦНИИСК.§ 61. МНОГОУГОЛЬНЫЕ ФЕРМЫ НА НАГЕЛЯХМалые усилия в элементах решетки многоугольных стропильных
ферм, вписанных в параболический или круговой сегмент, позволяют
крепить решетку к поясам на нагелях, что упрощает конструкцию
ферм и увеличивает надежность их работы. Выгодность многоуголь¬
ного очертания ферм привела к созданию нескольких вариантов та¬
ких конструкций, которые ранее (в 30 — 40-е годы) широко при¬
менялись.Одной из первых была разработана ферма (схема 9 табл. 15), ав¬
тором которой является проф. А. И. Отрешко. Переломы верхнего
пояса этой фермы расположены над стойками, работающими как рас¬
тянутые стержни и выполнены из круглой стали. Раскосы конструи¬
руются из двух досок с короткими прокладками на гвоздях и присо¬
единяются к поясам болтами с эксцентриситетом. Изготовляют эти фер¬
мы на стройплощадках и применяют для покрытий производственных
зданий с узловым расположением прогонов.174
2 L 5x50S.ПHe(k1	tВерхнийбрус~У7^	-$777	"ZXyaf _ Pt_	7r77m-8 3Ne30003 | 23000Рис. 119. Односкатная ферма ЦНИИСКа:а — промежуточный узел верхнего пояса; 6 — работа и расчетные схемы элемен¬
тов верхнего пояса
Другая конструкция многоугольной фермы предложена В. С. Де-
ревягиным и усовершенствована в ЦНИИСК Г. В. Свенцицким (схе¬
ма 10 табл. 15). В этой конструкции раскосы в основном растянуты,
стойки — сжаты.Верхний пояс выполняют из брусьев, одинаковых по длине и се¬
чению во всех панелях за исключением опорных, вдвое меньших по дли¬
не. Все элементы решетки делают из брусьев меньшего сечения и при¬
соединяют к узлам стальными планками. Крепят планки к узлам цен¬
тральными болтами, а к раскосам и стойкам —- гвоздями или винтами.
Нижние пояса ферм обычно выполняются металлическими.Фермы ЦНИИСК обычно изготавливаются на стройплощадке, но
их элементы могут быть изготовлены на заводе, а собраны на строй¬
площадке.Фермы (схема 11 табл. 15), предложенные проф. В. А. Ивановым,
выполняются с применением листовых шарниров в узлах нижних
поясов, являющихся одновременно стыками его элементов. Эти фермы
изготовляются из круглого леса, или обзольных и окантованных брусь¬
ев. Верхние пояса фермы могут иметь переломы как над стойками,
так и над раскосами. Элементы нижних поясов присоединяют к опор¬
ным узлам, как и к промежуточным (рис. 64, в), при помощи "листовых
шарниров. Листовые шарниры соединяют с деревянными элементами на
нагелях из круглой стали Сжатые раскосы соединяют с верхними поя¬
сами, лобовыми врубками или накладками на глухарях или винтах.Применение гибких листовых шарниров в деревянных нижних
поясах ферм исключает возникновение в них больших напряжений
от изгиба при прогибе ферм и обеспечивает центральную передачу
продольного усилия. При этом высококачественная древесина эле¬
ментов нижних поясов используется только на центральное растяже¬
ние. Область применения этих ферм та же, что и других многоуголь¬
ных ферм. Изготовляют их на стройплощадке.§ 62. КРУПНОПАНЕЛЬНЫЕ ФЕРМЫ С ВЕРХНИМИ ПОЯСАМИ
ИЗ ДОЩАТОКЛЕЕНЫХ БЛОКОВПрименение в верхних поясах ферм клееных блоков с большим
поперечным сечением позволяет получить крупнопанельные фермы
из малого числа крупных элементов с небольшим числом узлов (схе¬
мы 1...7 табл. 15). Стойки, раскосы и крайние (нулевые) панели ниж¬
них поясов обычно тоже склеены из досок, хотя могут быть выполне¬
ны и из брусьев. Растянутые элементы могут быть из уголков, круглой
стали или из высокопрочного ориентированного стеклопластика.Верхние пояса ферм бывают разрезными с блоками длиной не ме¬
нее 5 м и неразрезными — на половину пролета в прямолинейных фер¬
мах. При неразрезных поясах предусматривается заводская сборка
ферм и перевозка их в целом виде. Фермы с разрезными поясами мо¬
гут перевозиться в виде отдельных укрупненных блоков и собираться
на месте установки.Конструкции узлов ферм из прямолинейных блоков трапециевид¬
ного очертания (схема 6 табл. 15) с неразрезными верхними поясами176
Ближняя накладка
не показанаРис. 120. Узлы трапециевидной фермы с неразрезным верхним поясом из до¬
щатоклееных блоков:а карнизный узел; 6 — коньковый узел; в — узел нижнего поясашшшSCIА	!.иiSls^jrв Ц.т.Рис. 121. Узлы треугольной фермы с разрезным верхним поясом из дощато¬
клееных блоков:а — опорный узел; б — расчетная схема траверсы; в — расчетное сечение травер¬
сы; г — коньковый узел; д промежуточный узел верхнего поясаL2 2-73417Z
представлены на рис. 120. Элементы верхнего пояса ферм примыкают
к узлам с отрицательными эксцентриситетами. Растянутые стальные
элементы в узлах крепятся к косынкам на сварке, а сжатые — упи¬
раются в специальные стальные детали, приваренные между косынка¬
ми. Размеры косынок принимают исходя из требуемой по расчету дли¬
ны сварных швов растянутых элементов. Стальные упоры проверяют
на изгиб от давления сжатых элементов и определяют размеры свар*
ных швов, соединяющих упоры с косынками.Конструкции узлов треугольной фермы (схема 7 табл. 24) с раз*'
резным верхним поясом представлены на рис. 121. Здесь элементы
верхнего пояса в промежуточных и в коньковом узлах примыкают
лобовым упором части торца и обеспечивают требуемые эксцентриси¬
теты. Опорные узлы решаются упором части торца верхнего пояса в
траверсу, рассчитываемую на изгиб (рис. 121, б, в). Нижний пояс и
растянутые раскосы выполняются из круглой стали. В узлах они кре¬
пятся с помощью хомутов, а также траверс, работающих на изгиб.§ 63. СЕГМЕНТНЫЕ ФЕРМЫСегментные фермы применяются для покрытий промышленных зда¬
ний с наружным отводом воды при рулонных кровлях и, как правило,
без фонарей верхнего света. Схемы сегментных ферм и их характери¬
стики приведены в табл. 15 (схемы 1...5). Конструкции узлов ферм
трех типов — металлодеревянной, деревопластмассовой и деревян¬
ной изображены на рис. 122.Сегментные металлодеревянные фермы. Типовые проекты таких
ферм разработаны лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК.
Фермы разных пролетов выполняются из заготовочных криволиней¬
ных блоков с обработкой их торцов по шаблонам до необходимой дли¬
ны и формы.Конструкция узлов фермы пролетом 24 м изображена на рис. 122, а,
б. Блоки верхнего пояса, упирающиеся друг в друга торцами, соеди¬
нены между собой в узлах деревянными накладками на болтах, обес¬
печивающими жесткость узла из плоскости фермы. Нижний пояс
фермы выполнен из двух уголков. Все узлы фермы центрированные.
Для опорного узла применен сварной башмак. Конец верхнего пояса,
упирающийся в башмак, антисептирован пастой с прокладкой двух
слоев изоляции. Уголки нижнего пояса приварены к фасонкам баш¬
мака. Элементы решетки присоединяются к верхнему поясу при помо¬
щи стальных планок, прикрепленных к раскосам глухарями, а к поя¬
су — центральными узловыми болтами. В среднем узле нижнего
пояса раскосы крепятся также узловым болтом, пропущенным через
уголки нижнего пояса.Сегментные деревопластмассовые фермы (рис. 122, в, г). Применя-.
ются в условиях химически агрессивной среды. Нижние пояса этих
ферм выполняются из стеклопластика СВАМ, фасонки в узлах из стек¬
лопластика КАСТ-В, болты и нагели из прессматериала АГ-4С. Для
крепления нижних поясов ферм в узлах предусмотрены оголовки из
КАСТ-В, сечения которых рассчитываются на разрыв с учетом ослаб-178
Рис.’ 122. Узлы сегментных ферм:а, 6 — опорный и коньковый узлы металлодеревянной фермы; et г —опорный и средний узла
нижнего пояса деревопластмассовой фермы; о, е — опорный и промежуточный узлы верхне¬
го пояса деревянной фермылений, а длина из условия сдвига клеевого соединения их с тяжами
нижнего пояса.Сегментные деревянные фермы (рис. 122, д, ё). Применяются в ус¬
ловиях химически-агрессивной среды и абсолютной немагнитности
конструкций. Нижние пояса их выполняются из клееной древесиныI	категории, фасонки в узлах — из бакелизированной фанеры ФБС,
болты и нагели — из ДСП-Б.Во всех вариантах ферм статический расчет их, подбор сечений эле¬
ментов, расчет узлов (деталей, нагельных соединений и т. д.) произ¬
водится по правилам, изложенным выше.Сегментные фермы изготавливают на заводах. По сравнению*^ дру¬
гими стропильными конструкциями они отличаются небольшой мас¬
сой (£м.к =* 2,5...3).12179
§ 64. ФЕРМЫ ИЗ ФАНЕРНЫХ ШВЕЛЛЕРОВВозможны две формы поперечного сечения верхних поясов ферм из
фанерных швеллеров — коробчатая и двутавровая, которые опреде¬
ляются условиями работы элементов. В крупнопанельной ферме (схе¬
ма 17 табл. 15) при беспрогонном типе крыши применяются коробча¬
тая форма сечения верхнего пояса, который работает как сжато-изги-
баемый стержень, и, поэтому, главной задачей является обеспечение
его несущей способности.При наличии местной нагрузки на панели верхнего пояса узлы
крупнопанельной фермы решаются внецентренно с отрицательным
эксцентриситетом — е. Конструктивно это достигается (рис. 123) по¬
становкой деревянных вкладышей в узлах с передачей усилия от од¬
ного элемента на другой в нижней половине высоты коробчатого сече¬
ния через нагели и упорные площадки смятия.В мелкопанельной ферме (схема 18 табл. 15) с расположением про¬
гонов крыши в узлах применяется двутавровая форма сечения верх-ВидАБалка
150*140
720
Вкладыш
150*140
540Балка'pH, ’дкладьт150*1403 540R Н' ЁрНIT+ •*■{!<: L-=. - —Вкладыш Щ-гРI4
, IИзСШОРис. 123. Узлы крупнопанельной фермы из фанерных швеллеров:
а —- опорный узел; б — промежуточный узел верхнего пояса180
L=70Рис. 124. Узлы мелкопанельной фермы из фанерных швеллеров:
а — опорный узел; б — коньковый узелнего пояса, и поэтому при конструировании в первую очередь следует
обеспечивать равноустойчивость фермы в плоскости и из плоскости.Узлы мелкопанельной фермы центрированы (рис. 124). Передача
усилий в узлах осуществляется через деревянные дощатые прокладки.
Толщина их определяется из условия обеспечения необходимой жест¬
кости сечения верхнего пояса из плоскости фермы. Нижние пояса ферм
и сжатые стойки конструируются коробчатыми или двутавровыми.
Растянутые элементы решеток выполняются из спаренных уголков
(корытообразного или таврового сечения), которые получаются из
швеллеров путем их продольной распиловки.Фермы из фанерных швеллеров могут найти применение, когда
решающим в расчете оказывается сила тяжести покрытия, составляю¬
щая 50...70% силы тяжести ферм из цельной древесины, а также в усло¬
виях химически агрессивной среды (с применением нагелей из ДСП-Б).§ 65. ФЕРМЫ И АРКИ ИЗ ФАНЕРНЫХ И СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ ТРУБКонструкции из фанерных и стеклопластиковых труб находятся
в стадии исследования, экспериментального проектирования и строи¬
тельства. Возможные схемы конструкций ферм и арок приведены на181
Рис. 125. Узлы ферм из фанерных труб:а — узел верхнего пояса с лобовым упором элементов через пробки; б — узел нижнего поя¬
са с одинарной и двойной фасонками; 1 — одинарная фасонка; 2 — двойная фасонка; 3 —
болты; 4 — пробки: 5 — выпуски из пробоксхемах 15, 16 табл. 15. Конструкции узлов даны на рис. 125 и 126.
Концы труб изнутри обрабатываются на конус и в них вклеиваются
пробки с фасонками, выполненные или из бакелизированной фанеры,
или пластика ДСП-Б. Болты могут быть из ДСП-Б или АГ-4С. При
больших расчетных усилиях узловые фасонки могут быть двойными
(тройными). При сплошных фасонках болты рассчитываются только
на разность усилий в панелях.- фРис. 126. Узлы арки из стеклопластиковых труб:а — опорный узел; б — промежуточный узел: в — деталь оголовка стержня: /, 3, 4 — стерж¬
ни; 2 — фасонка; 5 — болты; 6 — соединительная планка; 7 — анкер; 8 — основание: 9 —
опорная часть основания; 10 — опорный шарнир; 11 — пробка с выпуском182
§ 66. РАМНЫЕ ПОПЕРЕЧНИКИ ЗДАНИЙРамные поперечники зданий предназначаются для одновременно¬
го воспринятая как вертикальных (собственный вес, снег и др.), так и
горизонтальных нагрузок (ветер). Однопролетные сквозные рамы
проектируются трех- и двухшарнирными.Рамы образовываются двумя решетчатыми или сплошными стойка¬
ми, защемленными в фундаментах, и сквозным ригелем, шарнирно
соединенным со стойками. Стойки проектируют постоянного сечения
клеедощатыми (рис. 127, а), в виде составных стержней (рис. 127, б),
ферм с параллельными поясами (рис. 127, в) или контрфорсов пере¬
менного сечения с наклонными ветвями поясов (рис. 127, г, д). Ветви
решетчатых стоек чаще всего выполняют из брусьев или окантованных
бревен; ветви могут быть цельными — из одного элемента и составны¬
ми — из двух элементов. Решетка выполняется из досок или пластин.
Узловые соединения решетчатых стоек и стыки делают на болтах и
гвоздях.Рамы являются один раз статически неопределимой системой. За
лишнюю неизвестную принимают продольное усилие X в ригеле (см.
расчетную схему на рис. 127, е). В раме высотой h со стойками постоян¬
ного сечения усилия в ригеле от горизонтальной равномерно распре¬
деленной вдоль стойки нагрузки g и от сосредоточенных сил от вет¬
ровой нагрузки на уровне опирания ригеля W находят по формулам:X, = -R-*<gi-g* Хг - <-*4 + trj/2. (144)г	д	еРис. 127. Схемы сквозных рамных поперечников:
а — со сплошными стойками; б, в — с составными и сквозными стойками
ми-контрфорсами; е — расчетная схема поперечникаг, д — со стойка-»183
Решетчатая стойка рассчитывается как отдельно стоящая верти¬
кальная ферма, нагруженная непосредственно приложенными к ней
нагрузками. Расчетная длина стойки в плоскости рамы принимается
равной удвоенной фактической ее длине — 2h. При проверке устой¬
чивости стойки из плоскости рамы длина принимается равной расстоя¬
нию между точками, закрепленными связями.Узел опирания ригеля на оголовок стойки должен обеспечивать
равномерную передачу реакции от ригеля на ветви стойки. Продоль¬
ные усилия от реакции передаются стойками на фундамент (минуя ре¬
шетку). Наибольшее сжимающее усилие в ветвях определяется по
формулеR	(145)Nc = Л1расч/£ Ч	~ *Стык ветви стойки рассчитывается на растягивающее усилиер.Л — С '(146)а анкерное крепление стойки к фундаменту на максимальное растяги¬
вающее усилие в основании стойки	(147)В этих формулах УИрасц = Af/g, I — определяют по формуле (41);
М — момент в основании стойки от всех горизонтальных нагрузок;
с — расстояние между ветвями стойки в осях; R — реакция ригеля
от всех вертикальных нагрузок (постоянные + временные); Mh— из¬
гибающий момент от горизонтальных нагрузок на отметке ft, где ус¬
траивается стык; Rp — реакция ригеля от вертикальной постоянной на¬
грузки (сила тяжести несущих и ограждающих конструкций покры¬
тия); г — расстояние между осью анкера и гранью опрокидывания
стойки.При расчетной длине 1г между ближайшими точками закрепления
сжатую ветвь стойки проверяют на устойчивость. Решетка стойки и
крепление ее к ветвям рассчитывают на поперечную силу, которая
находится в сечении на уровне низа стойки,Q = ghB + W-(Xt + Xw)-j.	(148)При определении несущей способности болта в нагельных крепле¬
ниях элементов решетки к ветви (рис. 128) следует учитывать, что
усилие в раскосе действует под углом к направлению волокон древе¬
сины в ветви, а в распорке— поперек
волокон, и вводить в расчетные фор¬
мулы поправочные коэффициенты Yка
и ka (см. § 33).Нагрузка от ригеля на ветви стой¬
ки распределяется через оголовок.Рис. 128. Узел решетчатой стойки184
Вид АВид БРис. 129. Конструкции оголовка стоек:с? б — оголовки решетчатых стоек; в, г — оголовки составных стоек; 1 — обвязочный брус;
2 — оголовокВ решетчатых стойках оголовок решается в виде балки из бруса,
уложенного по верху ветвей (рис. 129, а), или из досок, которые кре¬
пятся к ветвям болтами (рис. 129, б). Оголовок работает на изгиб,
как балка на двух опорах пролетом, равным расстоянию между осями
ветвей. В первом варианте проверяются площадки опирания оголовка
на смятие поперек волокон древесины, во втором — нагели (в ва¬
рианте, показанном на рис. 129, б, четырехсрезность нагеля обеспечи¬
вает достаточную несущую способность соединения).На рис. 129, ву г показаны варианты оголовков для составных стоек
из брусьев.Вариант узла анкерного крепления решетчатой стойки к фунда¬
менту приведен на рис. 130, а. В узле в зависимости от вида передачи
расчетного усилия от одного элемента к другому производятся сле¬
дующие расчеты:1.	Подбор диаметра анкерных болтов по ослабленному резьбой
сечению по формулеd s=s 2 Л/ NaH . 1 2авв * у 2 - 0,8 • R • я 9 9(149)где 1,2 — коэффициент, учитывающий ослабление сечения; 0,8 —
коэффициент, учитывающий несовместность работы двух анкеров.185
а	оРис. 130. Узлы крепления стоек к фундаменту:а — крепление решетчатой стойки; б — крепление составной стойки; 1 — ветви стойки?
2 — накладки из досок; 3 — болты; 4 — анкерные болты; 5 — антисептированные прокладки
из твердой породы древесины; 6 — гидроизоляция; 7 — уголки2.	Подбор толщины а накладки из условия смятия ее торца под
уголком вдоль волокон древесины*=!&• <150>3.	Подбор уголка как балки, работающей на изгиб на двух опо¬
рах с расстоянием между ними, равным расстоянию между анкера¬
ми /, при равномерной нагрузке интенсивностью g = по моменту
сопротивленияwv = -fnr-	<151>Уголок или коробчатое сечение из двух уголков подбирается по
сортаменту так, чтобы Wпр ^ WTp.4.	Рассчитывают болты, прикрепляющие накладки к ветви стойки,
по правилам расчета нагелей. Для этого задаются диаметром нагелей
из условия расстановки их в два ряда (см. § 33):(152)Затем находят несущую способность одного односрезного нагеля
и число нагелей(153)здесь \N\—минимальное значение несущей способности одного на¬
геля.Длину накладки находят из условия расстановки нагелей вдоль
волокон древесины:/н = 7(л + 1).	(154)Опирать стойки на фундамент рекомендуется через антисептиро-
ванную прокладку, что предохраняет низ стойки от увлажнения и
загнивания.
Вид АРис. 131. Анкерное крепление клеедощатой стойки к фундаменту:7 — стойка; 2 — накладки; 3 — уголки; 4 — анкеры; 5 — антисептированная подкладка
из твердой породы дерева; 6 — гидроизоляцияУАналогично проектируют и рассчитывают анкерные крепления
составных стоек из брусьев (вариант узла показан на рис 130, б).В клеедощатых стойках (рис. 131) устраивается утолщение из на-
клееных досок, длина которых /н определяется расчетом на скалыва¬
ние клеевого соединения от анкерного усилия, а толщина накладки,
уголки и анкеры рассчитываются, как показано выше.§ 67. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ КРЕПЛЕНИЕ
ПЛОСКИХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙПлоские несущие конструкции предназначены для восприятия
нагрузок, направление которых совпадает с плоскостью несущей си¬
стемы. Однако имеется ряд силовых воздействий (ветер, тормозные
усилия кранов, сейсмические, монтажные и аварийные усилия, непред¬
виденные нагрузки), направление которых не совпадает с плоскостью
несущей системы, и восприятие их требует закрепления плоских кон¬
струкций в поперечном направлении. Поперечное закрепление плоских
конструкций необходимо также для обеспечения устойчивости кон¬
струкций. Для этой цели применяются специальные связи жесткости
и ветровые связи, которые воспринимают силы, действующие перпен¬
дикулярно к плоскости основных несущих конструкций, и передают
их на нижележащие несущие конструкции (на капитальные стены,
фундаменты) Связи представляют собой плоские неизменяемые систе¬
мы, расположенные в горизонтальных, вертикальных или наклонных
плоскостях.187
Рис. 132. Варианты конструкций покрытия:а — двойной дощатый перекрестный настил; б — щиты; в — трехслойные плиты; г, д — скат¬
ные связевые фермы; е — вертикальные связи между фермами; ж — вертикальные связи
по ряду колонн; з — связевые фермы в плоскости стоек решетки полурам; и — связевые фер¬
мы в плоскости поясов полурам; к — связи в трехшарнирной рамеВ соответствии с этим различают связи:горизонтальные для удержания нижних поясов ферм, нагружен¬
ных горизонтальной нагрузкой;вертикальные для обеспечения вертикального положения конст¬
рукций, расположенные, как правило, в плоскости стоек или раско¬
сов основных несущих конструкций;скатные, служащие для удержания верхних сжатых поясов ферм,
расположенные в плоскости скатов крыши.Для обеспечения пространственной жесткости покрытия может
быть использована конструкция крыши. Например, двойной перекрест¬
ный настил образует жесткую в плоскости крыши пластинку, соеди¬
ненную с прогонами (рис. 132, а). Креплением прогонов к верхнему
поясу обеспечивается неизменяемость положения несущих конструк¬
ций покрытия в пространстве и устойчивость элементов пояса.При сборно-щитовой конструкции крыши прогоны, соединенные
решеткой в геометрически неизменяемые щиты, прикрепляются к верх¬
ним поясам ферм (или к балкам) и образуют жесткую связевую систе¬
му в плоскости ската крыши (рис. 132, б).Трехслойные плиты покрытия, жестко прикрепленные к несущим
конструкциям (рис. 132, в), также обеспечивают пространственную
жесткость и устойчивость элементов из плоскости.При отсутствии жесткого ската крыши устраивают специальные
скатные фермы жесткости (рис. 132, г и 5), поясами которых являются
верхние пояса двух соседних ферм покрытия, а стойками — прого¬
ны (или распорки), к элементам покрытия добавляются только раско¬
сы, которые могут выполняться из досок, прибитых гвоздями снизу
к прогонам или сверху к поясам ферм (рис. 133, а), а также из круг¬
лой стали в виде тяжей (рис. 133, б). Последнее решение предпочти¬188
тельнее для крупнопанельных ферм; при муфтовых креплениях можно
корректировать положение верхних поясов (рис. 133, в).Для создания неизменяемого пространственного блока покрытия
необходимо, кроме скатных ферм жесткости, поставить между двумя
соседними фермами вертикальные связи в плоскости опорных стоек
(если они есть) и в середине пролета, а также закрепить опорные узлы
ферм. При больших пролетах ферм (более 24 м) вертикальные связи
ставят еще и в четвертях пролета. Такие неизменяемые блоки образу¬
ются в начале и в конце покрытия — по торцам здания. Между кон¬
цевыми жесткими блоками устраивают промежуточные, чтобы расстоя¬
ние между ними не превышало 25...30 м (рис. 132, ё).Для восприятия горизонтальных нагрузок на здание и передачи
их на фундаменты, а также для устойчивости стоек (колонн) здания
устраиваются вертикальные связи по рядам колонн. Эти связи выпол¬
няются в виде подкосов или крестов и располагаются в местах устрой¬
ства жестких блоков покрытия (рис. 132, ж). Если при проверке
устойчивости колонны из плоскости ее жесткости оказывается недоста¬
точно, свободная высота колонны уменьшается постановкой горизон¬
тальных распорок. Поверху ряд колонн связан обвязочным брусом,
выполняющим роль распорки.Рис. 133. Крепление элементов связей:а — крепление раскосов из досок (два варианта); б — крепление раскосов связей из тяжей;
в ■■ узлы крепления раскосов и распорок; / раскосы; 2 — прогон; 3 — распорки189
Обычно связи подбираются по гибкости. Сечение сжатых элементов
находится по формулам:h == ■1хи b =(155)0,29 • X	и 0,29 • X ’где 1Х и 1У— свободные длины элемента связи в двух плоскостях. Гиб¬
кость сжатых элементов X = 200, растянутых — X = 400. При этом
в связях жесткости, раскрепляющих сжатые элементы конструкции,
следует учитывать усилия, равные 0,005...0,01 действующего в этом
элементе расчетного усилия.В трехшарнирных арках и рамах сжатые нижние пояса ферм (по¬
луарок, ригелей) и внутренние пояса полурам должны быть раскреп¬
лены одним из следующих способов: вертикальными или наклоннымиА==--=^дРис. 134. Схемы жестких торцовых фахверков:а — при передаче ветровой нагрузки на фундаменты и на покрытие (или на ветровую ферму);б	— с консольно-защемленными стойками; 1 — стойки фахверка; 2 — связевая ферма; 3 —
жесткое покрытие; 4— скатные связи; 5 — обвязочный брус; 6 — вертикальные связи по ко¬
лоннам; 7 — вертикальные связи между фермами190
связевыми фермами, соединяющими попарно узлы двух соседних ферм
между собой и с прогонами крыши (рис. 132, з); горизонтальными или
наклонными связевыми фермами, расположенными в плоскости поя¬
сов ригелей рам и полуарок или внутренних поясов полурам, что це¬
лесообразно при сближенном положении основных несущих конструк¬
ций, когда элементы решеток связевых ферм имеют малые длины и
нормальные углы наклона к поясам (рис. 132, и, к).Ветровая нагрузка, действующая на продольные стены здания,
воспринимается каркасом стены и передается на основную несущую
конструкцию поперечника здания.Ветровая нагрузка, действующая вдоль здания на торцовые стены,
воспринимается каркасом этих стен. Каркас торцовой стены должен
состоять из системы вертикальных фахверковых несущих стоек, ра¬
ботающих на изгиб от ветра и передающих горизонтальную нагрузку
вниз на фундаменты и вверх на жесткое покрытие или ветровую ферму
(рис. 134, а). При отсутствии жесткого покрытия или ветровой фермы
торцовый каркас проектируется из фахверковых несущих стоек одина¬
ковой высоты до отметки нижнего пояса фермы покрытия, по верху
которых располагается связевая ферма (рис. 134, б). Для такой конст¬
рукции торца фахверковые стойки рассчитывают как защемленные
внизу консоли.Глава IXПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ В ПОКРЫТИЯХ§ 68. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ
ДЕРЕВЯННЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙРассмотренные ранее плоские конструкции составлены из элемен¬
тов, лежащих в одной плоскости, и предназначены для восприятия
действующих в ней нагрузок. В расчете плоские конструкции счита¬
ются работающими независимо друг от друга. Однако различные эле¬
менты, расположенные перпендикулярно к их плоскости,— прогоны,
связи, настилы — придают покрытиям с плоскими несущими конст¬
рукциями значительную пространственность, не учитываемую в
расчете. В настоящей главе рассматриваются пространственные конст¬
рукции покрытий, элементы которых не расположены в одной плос¬
кости и могут воспринимать нагрузки, действующие в любом направ¬
лении.Различные формы пространственных деревянных конструкций и
их основные характеристики приведены в табл. 16. По конструктив¬
ному решению их делят на шесть основных типов: кружально-сетчатые
(схемы 1...6); с плоскими несущими конструкциями (схемы 7...16); тон¬
костенные оболочки (схемы 19...23); комбинированные (схемы 17..J8);191
I If схемыТаблица 16. Пространственные деревянные конструкции в покрытияхНаименование конструкций схемы и сеченияКружально-сетчатые своды
Цилиндрический круговой сводо косяками из досок на ребро
с косяками дощатоклееными
с косяками клеефанернымис косяками из досок на ребро
с косяками дощатоклееными
с косяками клеефанернымиКрестовый —3и сомкнутый над квадратным
в плане помещением — 4Сомкнутыйсвйд над многоугольным в плане
помещением — 5 и купол —55 г ^	,	6fll^VS1921234Б6РазмерыПоказатели массы1 ИЛИ (1, мт. илАД А/с/^м.Кк».%10 4,. 22
До 50
До 801/6...1/7
1/6...1/7
1/6... 1/71/1001/1001/10013...159...125...8беэметальный3...5-Сметаллом10...22
До 50
До 801/3. .И/4
1/3...1/4
1/3... 1/4• 1/100
. 1/100
1/10013...59...125...8Т...2-безметальный3...5-Сметаллом15. ,.351/2... 1/61/15010... 15беэметальНЫЛ3...5-Сметаллом*«лоо1/2... 1/61/15010...15Тоже,
что в п.З И 4
JD24>XОь7891011121314151613табл. 16Наименование конструкций, схемы и сеченияКупольные покрытия с несущими плоскими
конструкциями:сквозными из сегментных - 7,серповидных - 8или арочных - 9, 10 фермсплошными из прямолинейных -11,12
или криволинейных - 13. 14 дощатоклееных
и клеефанерных ребер постоянной — 12, 13iAy
переменной — 11, 14 высотыа — сплошностенчатое ; б — шпренгельное ;
в - двухстенчатое; г - коробчатоеКрестовые связи с двумя главными
(диагональными) и второстепенными аркамиШ—т2-73419SРазмерыПоказатели массы/или</, мfll fidh/l, h/d^М.К*М.%.20 .70М2... 1/61/20. . .1/403 ... 54. . .6До 100а = 6 ...'М2... 1/4
91/15. . .1/30		40. .801/2 . . 1/31/35. . .1/40
№ схемыПродолжение табл. 16Наименование конструкций, схемы и сеченияКуполаТонкостенные купола-оболочкиРебристые куполаКупола из трехслойных плитКлеефанерные оболочки1СводыСкладки/■ = (0.4 .0.5)/,а = 30. .45°194РазмерыПоказатели массы/ или d, м//A fidh/l, h/d*м.к*м.%12.. .351/4... 1/61/20010... 153 ... 535... 601/4 ... 1/61/50.. .1/7010... 154...645 801/3.. 1/61/300		20...40/, = 4...6		5...7	15...30
/, = 3... 4		6...8	17181920
21
тонкостенные висячие оболочки (схема 24) и ребристые (схема 25);
структуры (схема 26).Кружально-сетчатые конструкции выполняются из стандартных
элементов’ (косяков) заводского изготовления, из которых могут быть
образованы:цилиндрические своды кругового очертания (схема 1), опирающиеся
на продольные стены здания и по контуру; эти своды применяются
в бесчердачных покрытиях над производственными, общественными,
спортивными помещениями, выставочными павильонами и т. д.;стрельчатые своды (схема 2), характеризующиеся теми же особен¬
ностями, что и цилиндрические, но предназначенные для складских,
промышленных или сельскохозяйственных зданий; эти своды опира¬
ются на фундаменты; отсутствие затяжки позволяет лучше использо¬
вать внутренние габариты под сводом;крестовые своды (схема 3) применяются для квадратных в плане
зданий при опирании покрытия по углам помещения;сомкнутые своды (схемы 4 и 5) предназначены для покрытий квад¬
ратных или многоугольных в плане помещений при опирании сводов
вдоль всего периметра стен здания;кружально-сетчатые купола (схема 6) предназначены для покрытий
круглых в плане зданий. Купола могут быть заменены многоугольными13*195№ схемы2223242526Наименование конструкций, схемы и сеченияГиперболические оболочки (гипары)
на прямоугольном плане - 22.
на криволинейном и поманом плане - 23
22Висячие оболочки
двоякой кривизны
цилиндрическиеСтруктурыРазмерыПоказатели массы/ или J, мill. Jfdh/l. h/d^ м кАм.%10 28	———До 601/15 1/30 	—	12 х 12
18 х 18
24 х 24—1/9 1/12——Прооолжемие табл *6
в плане кружально-сетчатыми сомкнутыми сводами, требующи¬
ми меньшего числа элементов различных типов.В пространственных покрытиях могут быть применены плоские
несущие конструкции.Купольные покрытия с несущими системами в виде трехшарнир¬
ных арок (схемы 7... 14) или крестовые своды (схемы 15, 16) рассмат¬
риваются как совокупность радиально расположенных плоских не¬
сущих конструкций. Наличие связей между арками и соединение их
с элементами крыши повышает жесткость покрытия и придает всей
системе пространственность, которая может быть учтена в расчете.
Купольные покрытия применяются для круглых в плане зданий —
цирков, манежей, зрительных залов, а также как подмости для воз¬
ведения железобетонных куполов. Для куполов с большими строи¬
тельными подъемами наиболее рациональным решением является
непосредственное опирание несущих конструкций на фундаменты, вос¬
принимающие распор арок. В случае опирания купола на стены зда¬
ния или колонны распор воспринимается при помощи специального
кольца, уложенного по верху стен и работающего на растяжение или
на растяжение с изгибом.Купола-оболочки могут быть тонкостенными (схемы 17 и 19) и реб¬
ристыми (схемы 18) и применяются как покрытия производственных,
круглых в плане зданий. Тонкостенные купола по схеме 17 возводятся
на месте производства работ и требуют сплошных подмостей, что яв¬
ляется их недостатком. При возведении ребристых куполов в качестве
подмостей могут быть использованы ребра жесткости. Купола по схе¬
ме 19 собираются из клеефанерных трехслойных криволинейных или
плоских панелей заводского изготовления.Из широко применяемых ранее пространственных деревянных
конструкций можно отметить двойные гнутые своды Шухова — Бро¬
да, дощато-гвоздевые, своды-оболочки, складки. Им на смену пришли
конструкции заводского изготовления из трехслойных клеефанерных
панелей: своды-оболочки (схема 20), складки (схема 21).В последнее время получили распространение дощатоклееные тон¬
костенные гиперболические (схемы 22 и 23) и висячие оболочки (схе¬
мы 24 и 25), а также структурного типа покрытия (схема 26).Работа пространственных конструкций под нагрузкой характери¬
зуется тем, что все элементы покрытия, включая настилы, обрешетки,
прогоны, ребра, соединенные между собою необходимыми связями,
в той или иной степени работают совместно как основные несущие
элементы покрытия.Степень пространственности в покрытиях различна: в куполах,
сомкнутых сводах, гипарах она выражается сильнее, а в длинных
цилиндрических сводах и висячих оболочках — слабее. Вследствие
этого длинные своды обычно рассматриваются как плоские системы
и рассчитываются как арки, а висячие цилиндрические оболочки —
как ванты.196
§ 69. КРУЖАЛЬНО-СЕТЧАТЫЕ СВОДЫКружально-сетчатые своды образуются из стандартных элементов
(косяков), расположенных на цилиндрической поверхности покрытия
по винтовым линиям в двух взаимно пересекающихся направлениях.
В полученной сетчатой конструкции пересечение элементов между со¬
бой может происходить под прямым или острым углом (30...50°). В пер¬
вом случае мы получим прямоугольную сетку, во втором — ромбиче¬
скую.Нижние элементы свода опираются на мауэрлаты, расположенные
по продольным стенам здания, по колоннам или по фундаментам.
В первом случае распор свода воспринимается затяжками из круглой
стали, расположенными через 1,5...3 м; во втором — распор свода
передается на фундаменты. При торцовых или других поперечных сте¬
нах свод соединяется с ними через торцовые арки, также составленные
из косяков.Кровля покрытия устраивается по сетке из косяков и по брускам
обрешетки или сплошному дощатому настилу, пришитому гвоздями
к косякам. Скрепление настила с косяками существенно увеличивает
жесткость покрытия.Узловые соединения косяков в точках пересечения их между собой
можно выполнять по способу С. И, Песельника (рис. 135) с прямо¬
угольной или ромбической сеткой косяков (при малых пролетах реко¬
мендуется применять прямоугольную сетку), на болтах (системыПримыкание косякоб„по месту"6	6	д	еРис. 135. Кружально-сетчатый свод системы Песельника:а — общий вид; б — развертка свода с прямоугольной сеткой; в — то же, с ромбической;
г — основной (средний) узел? д — опорный узел; е — узел примыкания к фронтонной арке?
J — мауэрлат; 2 — фронтонная арка; 3 — затяжка; 4 — основные косяки; 5 — центр узла;
6 — ось верхней грани сквозного косяка; 7 торец косяка; 8 — верхняя грань; 9 — гнездо;
10 — нижняя грань; И — шип197
Цолльбау:а — фасад; 6 — поперечный разрез; и — развер¬
нутая поверхность; <? — холодное покрытие; д —
утепленное покрытие; / — основной узел; II —
узел примыкания к фронтонной арке; III — опор¬
ный узел; 1 — мауэрлат, или опорный брус; 2 —
фронтонная арка; 3 — затяжка; 4 — основной ко¬
сяк — левый; 5 — основной косяк — правый;
в, 7, 8, 9 — производные от основных косяков;
10 — монтажные гвозди; 11 — сплошной дощатый
настил; 12 — обрешетка; 13 — теплоизоляция;
14 — кровляРис. 137. Узел пересечения косяков с соеди¬
нениями на скобах:7	— общий вид узла; б — скоба; ч — деталь ко¬
сяка/ 7-_±zEkzРис. 138. Детали и узлы кружально-сетчатых
сводов больших пролетов:а — из клеефанерных косяков; 6 — из дощато¬
клееных косяков; / — клеефанерный косяк; 2 —
дощатоклееный косяк; 3 — соединительная план¬
ка в узле; 4 — болтыЦолльбау) (рис, 136), а также на скобах (рис. 137) при ромбической
сетке косяков.Для перекрытия больших пролетов (до 80 м) применяются дощато¬
клееные и клеефанерные косяки большей длины. Одна из возможных
конструкций клеефанерного косяка показана на рис. 138, а\ то же,
с применением клеедощатого косяка с узловыми соединениями на фа-
сонках и болтах — на рис. 138, б.198
t-гФ-£AРис. 139. Узлы сводов из многослойных
косяков:а _ двухслойный; б — многослойныйПреимуществами кружально¬
сетчатых сводов являются: стан¬
дартность косяков, допускающая
их заводское изготовление, ком¬
пактность элементов и быстрота
сборки. Для получения высокока¬
чественной конструкции свода не¬
обходимо, чтобы применяемый для косяков пиломатериал был воз-
душно-сухим, а обработка его производилась с требуемой точностью
на станках.Рассмотренные выше конструкции кружально-сетчатых сводов од¬
нослойные, но в последнее время появились конструкции сводов из
многослойных косяков. Примеры таких сводов с косяками из брус¬
ков показаны на рис. 139. Сводами из многослойных косяков можно
перекрывать очень большие пролеты — 100 м и более. Совместная ра¬
бота отдельных брусков в косяках обеспечивается их соединением бол¬
тами через прокладки.Оптимальной длиной косяка следует считать lK = 13/iK, при кото¬
рой разрушение свода происходит из изгиба косяков. При меньших
длинах может произойти разрушение от появления продольных тре¬
щин в косяках и расслоения их. Толщина косяка назначается Ьк^
> Лк/4,5.Шаг косяков (расстояние 2с между узлами по образующей свода)
принимается в пределах: 0,7 м ^ 2с ^ 1,5 м — для косяков из досок
на ребро и 1,5 ^ 2с ^ 2,5 м — для дощатоклееных и клеефанерных
косяков.Угол между косяками для безметалльных сводов г|? = 90...45°,
а для сводов Цолльбау —г|? = 45...35°.Расчетные усилия N0 и М в своде определяют как в обычной арке,
причем расчетную ширину арки принимают равной 2с (шагу косяков).2с 2с 2с6Рис. 140. К расчету сетчатого свода:а — расчетная схема свода; б — расчетная схема косяка; в — характер разрушения косяка.199
Косяки свода рассчитывают на воздействие постоянной и односторон¬
ней временной нагрузок как сжато-изгибаемые стержни по формуле
(42). Расчетная длина дуги свода находится по правилам, указанным
в § 54, как для арки. При расчете одного косяка принимаются его гео¬
метрические характеристики F и W> а расчетные усилия в арке рас¬
кладываются на составляющие NK = N0/2 sin а и Мк = M/sin а
(рис. 140, а).Соединение свода с жесткими фронтонами повышает прочность
и жесткость свода. Влияние фронтонов на работу свода зависит от
отношения В/S; чем меньше отношение В/S, тем больше влияние фрон¬
тонов (здесь В — расстояние между жесткими фронтонами, S — длина
дуги свода).В расчете свода при отношениях В/S < 2,5 по нормам разрешается
уменьшать расчетный изгибающий момент делением арочного момен¬
та М на коэффициенты	1:B/S 1	1,5 2	2,5*Фр	2	1,4 1,1	1При таком расчете свода конструкция фронтона, а также соедине¬
ния свода с фронтоном должны быть проверены на нагрузку (симметрич¬
ную и одностороннюю), равномерно распределенную по длине дуги
фронтонной арки:Л*~¥-(1—S^-).	««>где g — нагрузка на свод; В — принимается не более 2,5S.При нагружении свода временной нагрузкой по всему пролету,
когда изгибающие моменты отсутствуют или очень малы, проверка
производится только на устойчивость по формуле<157>где ф — коэффициент, определяемый по расчетной гибкости К.Поперечная сила Q, действующая в отдельном косяке, определяет¬
ся как для однопролетной балки с сосредоточенным по середине про¬
лета грузом (рис. 140, б)Q в 2М. ..	(158)^ ^/квшаЛф	4 7В направлении образующей свода поперек арки косяки создают
усилие, распирающее фронтоны покрытия,N1=N0ctga.	(159)Это усилие в пределах каждой ячейки свода воспринимается про¬
дольной обрешеткой или настилом и их соединениями с косяками и
торцовыми арками. Если на своде нет ни обрешетки, ни настила (на¬
пример, в местах световых проемов), то возникает боковой изгиб кося¬
ков в плоскости наименьшей жесткости, как результат внецентренно-
го крепления их в узлах. В этом случае косяки должны быть рассчита¬
ны на сжатие с косым изгибом.200
§ 70. КРУЖАЛЬНО-СЕТЧАТЫЕ КУПОЛА И СОМКНУТЫЕ СВОДЫКружально-сетчатые купола возводятся из косяков, расположен¬
ных на сферической поверхности в виде сетки из нескольких ярусов
с изменением в каждом ярусе длины или угла наклона косяков. Вслед¬
ствие этого для возведения купола необходимо значительно больше
типов косяков, чем для свода. Это затрудняет заводское изготовление
конструкций и сборку купола. При возведении куполов монтаж кося¬
ков различной длины или под различными углами легче выполняется
при болтовых соединениях косяков, чем при соединениях на врубках.Для упрощения возведения рекомендуется заменять кружально¬
сетчатые купола сомкнутыми сводами (схемы 4 и 5 табл. 16), имеющи¬
ми в плане вид правильных многоугольников. В таком покрытии на
каждую сторону многоугольника плана здания опирается отрезок
цилиндрического кружально-сетчатого свода. Соседние отрезки сво¬
дов соединяются между собою при помощи ребер.Число сторон многоугольника рекомендуется подбирать так, чтобы
направление косяков по возможности совпадало с направлением ре¬
бер. Это требование выполняется при условииВ/S = tg г|)/2,	(160)где В — сторона многоугольника основания свода; S — длина дуги
поперечного сечения свода; г|) — угол между косяками (30...50°).Косяки между собою и с опорными брусьями соединяются так же,
как в цилиндрических сводах. Подгонка косяков к ребрам делается
чаще всего по месту.Нижнее растянутое опорное кольцо обычно выполняется из желе¬
зобетона, а верхнее сжатое — из выкружаленных досок, уложенных
в несколько слоев и стянутых между собой болтами.Сверху сетки из косяков укладывается сплошной настил, который
сшивается гвоздями с косяками и ребрами и принимает участие в ра¬
боте купола, воспринимая распор косяков вдоль образующей и уве¬
личивая общую жесткость покрытия.§ 71. КУПОЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ
С ПЛОСКИМИ НЕСУЩИМИ КОНСТРУКЦИЯМИНесущими элементами купольных покрытий являются плоские по¬
луарки или фермы, сходящиеся по радиусам к центру покрытия. Не¬
сущие элементы крыши (настилы, балки, прогоны) не принимают не¬
посредственного участия в работе основной несущей конструкции,
однако они вместе со специальными связями жесткости повышают
общую пространственность работы покрытия.Сквозные полуарки могут иметь сегментное или серповидное очер¬
тание (схемы 7 и 8 табл. 16). Несущие элементы могут быть решены
в виде арок с концентрическими поясами и крестовой или раскосной
решеткой (схемы 9, 10 табл. 16). Полуарки сплошного сечения выпол¬
няются в виде клееных пакетов из досок (одностенчатые или двух-
стенчатые) и клеефанерными с поясами из досок (см. табл. 16). Более
рациональны по расходу материалов полуарки переменного сечения201
(схемы 11 и 14 табл. 16) или шпренгельные (схема 12 табл. 16) при
прямолинейном очертании их в конических куполах и криволиней¬
ном — в сферических. Конструирование полуарок производится по
обычным правилам, изложенным в главе VII (§ 54). Такие покрытия
работают как совокупность плоских трехшарнирных арок. Расстояние
между арками понизу не должно превышать 6 м. Иначе прогоны между
арками необходимо устраивать составными или решетчатыми, что ус¬
ложняет конструкцию покрытия. Боковая устойчивость арок обеспе¬
чивается решетчатыми связями. Нижние концы полуарок опираются
на рассчитываемые на распор арок столбчатые фундаменты или на
обвязку здания, а верхние сходятся в центре покрытия и упираются
в центральное сжатое кольцо из дерева или стали.Кровля поддерживается прогонами, которые образуют замкнутые
многоугольники, соединенные в узлах с арками. По прогонам между
соседними арками нашивается сплошной косой дощатый настил, на
который укладываются элементы крыши.§ 72. КУПОЛА-ОБОЛОЧКИЭти покрытия бывают тонкостенные и трехслойные.Тонкостенные купола-оболочки состоят из меридианных арочек,
кольцевого и косого сплошных настилов, верхнего кружального и ниж¬
него опорного колец (схема 17 табл. 16 и рис. 141).Сжимающие усилия купола воспринимают меридианные арочки,
которые делают из нескольких слоев тонких досок, сшитых гвоздями.Рис. 141. Тонкостенный купол-оболочка:а — схема купола; б — конструкция скорлупы купола; в — поперечное сечение меридианных
арочек; г — примыкание купола к нижнему коньку; д — то же, к верхнему коньку; 1 — мери¬
дианные арочки; 2 — кольцевой настил; 3, 4 — косые настилы; 5 — верхнее кольцо; 6 —
верхний дощатый настил; 7 — кровля202
Высота арочек должна быть не менее 1/200 d. Их располагают так,
чтобы расстояние между ними по опорному кольцу было не более
1,5 м.Кольцевые настилы воспринимают сжимающие кольцевые усилия
в верхней части купола и растягивающие — в нижней. В растянутой
зоне их выполняют из двух слоев досок, направленных по горизон¬
тальным сечениям купола, причем для перекрытия стыков верхнего
и нижнего слоев располагают их вразбежку над арочками. В сжатой
зоне настил делается из одного слоя брусков, приторцованных друг
к другу в стыках.Косой настил, укладываемый в елочку сверху кольцевых настилов,
воспринимает сдвигающие усилия от несимметричной нагрузки.Верхнее кольцо воспринимает усилия меридиональных арочек и ра¬
ботает на сжатие. Его составляют из косяков, уложенных в несколько
слоев и стянутых болтами. Окружность кольца должна иметь длину,
необходимую для упирания в него всех арок купола. Отверстие над
кольцом перекрывают крышей или фонарем.Нижнее опорное кольцо работает на растяжение от распора купо¬
ла и делается железобетонным или стальным. При малых диаметрах
купола (до 20 м) оно может быть выполнено деревянным из гнутых
досок.Купола из трехслойных панелей выполняются из клеефанерных
элементов криволинейного очертания (сферические купола) или плос¬
ких элементов (многогранные купола). В сферических куполах кольце¬
вые стыки могут располагаться вразбежку, в многогранных — с сов¬
падением в одном узле меридиональных и кольцевых стыков (схема 19
табл. 16). В зависимости от диаметра купола меридиональные и коль¬
цевые ребра клеефанерных элементов могут быть сплошными и доща¬
токлееными. Конструируются они по правилам клеефанерных пане¬
лей. Преимуществом этих куполов перед предыдущим является
возможность использования элементов заводского изготовления, благо¬
даря чему они отличаются быстротой сборки при монтаже. Кроме
того, этим компенсируется и такой их недостаток, как различные типо¬
размеры сборных элементов по ярусам купола.Тонкостенные и трехслойные купола рассчитываются по безмо-
ментной теории. Меридиональные элементы конструкции воспринимают
растягивающие или сжимающие усилия, сплошные настилы и обшив¬
ки — сдвигающие кольцевые усилия и обеспечивают пространствен¬
ную жесткость покрытия.§ 73. ДЕРЕВЯННЫЕ ОБОЛОЧКИПрямоугольные в плане покрытия могут быть выполнены в виде
оболочек балочного типа: цилиндрических (схема 20 табл. 16) и
призматических (схема 21 табл. 16). Это конструкции заводского из¬
готовления повышенной сборности, состоящие из трехслойных эле¬
ментов. Их обшивки выполняются из фанеры, ребра — из криволиней¬
ных полос фанеры или дощатоклееными (в цилиндрических сводах) и
из досок на ребро (в призматических складках). По боковым свободным203
граням сводов (складок) и в местах их смыкания устраиваются же¬
сткие бортовые элементы.'Распор поперек сводов (складок) воспринимается затяжками. Опи¬
раться покрытие может на сплошные стены по торцам или на колонны
в местах смыкания сводов (складок) и по наружным углам. Варианты
конструктивного решения оболочек приведены на рис. 142. Сборка
отдельных элементов в проектное положение в покрытии происходит
с помощью штырей, места гнезд для которых тщательно выверены,
и металлических накладок, скрепляющих элементы между собой, с бор¬
товыми элементами, с затяжками и стойками винтами или болтами.Подобные покрытия совмещают в себе функции несущих и ограж¬
дающих конструкций. Долговечность их обеспечивается применением
антисептированной древесины и мероприятиями по защите от увлаж¬
нения в местах ендов. Для лучшего стока воды покрытие следует
устраивать с наклоном вдоль пролета.Наиболее рациональной формой оболочки из дерева является гипер¬
болический параболоид — гипар. Два примера гипаров даны на схемах
22 и 23 табл. 16. На схеме 22 показан простейший квадратный в плане
равносторонний гипар, из которого можно монтировать разнообраз¬
ные в плане и в пространстве покрытия (рис. 143, а). На схеме 23 по¬
казана более сложная форма гипара, имеющего в плане форму четырех¬
лучевой звезды, симметричной относительно взаимно ортогональных
диагоналей. Оболочка состоит из четырех седловидных секций: двух
больших и двух малых, имеющих общую вершину в центре.Достоинством гипаров является то, что они имеют прямолинейные
образующие. Доски в полотне оболочки целесообразно располагать
параллельно диагоналям плана. В этом случае их надо только изги¬
бать, а не скручивать. При небольших пролетах (до 10 м) оболочки
выполняются из двух слоев шпунтованных досок б = 20...25 мм. При
больших пролетах оболочки выполняются не менее чем из трех слоев
досок, склеенных между собой.В местах смыкания отдельных секций гипара устраиваются жест¬
кие элементы для крепления секций. По наружному контуру гипараа — схема; 6 — узлы; 1 — трехслойные элементы складок (сводов); 2 — бортовые элементы?
3 — металлические накладки; 4 — винты; 5 — штыри; 6 — затяжки; 7 — стойки204
6Рис. 143. Гиперболические оболочки из досок:а — формы оболочек; б — бортовые элементы; 1 — тело оболочки; 2 усиление тела оболоч¬
ки; 3 — бортовые элементы; 4 — болтыустраиваются бортовые элементы, которые могут быть криволиней¬
ного, ломаного или прямолинейного очертания (см. схему 23 табл. 16).
Жесткие и бортовые элементы изготавливаются из тонких досок на
клею (рис. 143, б). В краевых зонах полотно оболочки возле опор и в
узлах утолщается за счет еще одного-двух слоев досок. Полотно
оболочки, жесткие и бортовые элементы соответствуют I и II катего¬
рии элементов деревянных конструкций.Пример гиперболической оболочки покрытия (павильон на строи¬
тельной выставке в г. Мюнхене) показан на рис. 144. Длины диагона¬
лей четырехлучевой звезды 18 и 29 м. Каркас каждой из четырех сед¬
ловидных секций состоит из расположенных перпендикулярно друг
другу ребер из брусков сечением 30 х 60 мм, образующих ячейки
размером 80 х 80 см. Ребра одного направления, обращенные выпук¬
лостью вниз, растянуты, а ребра другого направления, расположен¬
ные над первыми — обращены выпуклостью вверх, сжаты и выполне¬
ны из спаренных брусков. Дощатый настил воспринимает сдвигающие
усилия в плоскости оболочки.Новый тип деревянных оболочек — оболочки висячего типа. В таких
оболочках роль вант, работающих на растяжение, выполняют деревян¬
ные элементы из облагороженной клееной древесины.На схеме 24 табл. 16 и на рис. 145 показана четырехугольная в пла¬
не висячая оболочка, диагонали которой могут быть одинаковой и
разной длины. Оболочка имеет седловидную форму. Верхние углы205
5Рис. 144. Гиперболическая оболочка покрытия:а — общий вид; б — оболочка в период монтажаодной диагонали опираются на наклонные Д -образные пилоны, а ниж¬
ние углы другой — на фундамент. Ванты из клееной древесины под¬
вешены к опорному контуру, выполненному из такого же материала,
который может иметь различное очертание. Сверху по вантам уложен
трехслойный перекрестный настил из досок, обеспечивающий жест-
кость оболочки в ее плоскости и воспринимающий сдвигающие усилия*
Распор воспринимается оттяжками.Другой пример висячей оболочки приведен на схеме 25 табл. 16
и рис. 146. Прямоугольное в плане здание перекрыто в продольном
направлении висячей цилиндрической оболочкой параболического
очертания. Ванты крепятся к криволинейному опорному контуру из206
Рис. 145. Висячая оболочка покрытия:
а — общий вид; б — вид сбоку; в — узел опирания оболочкиклееной древесины и расположены с шагом до 1,5 м. Они соединены
между собой диагональными перекрестными элементами, что создает
жесткость в плоскости оболочки. Ванты и диагональные элементы вы-
полняются из досок, установленных на ребро (соответственно I иII	категории) длиной до 3 м. Сечение досок вант переменное — от мак¬
симального у опорного контура до минимального в середине пролета.
В узлах доски вант соединены между собой с помощью стальных фасо-
нок на нагелях (рис. 146, в). Ванты могут быть дощатоклееными (при
большом шаге и нагрузках). Распор воспринимается распорными фер¬
мами, расположенными по торцам в плоскости покрытия и передается
на железобетонные контрфорсы в узлах здания. Кровля устраивается
по дощатому однослойному настилу.§ 74. ПОКРЫТИЯ В ВИДЕ СТРУКТУРСтруктурные покрытия отличаются максимальной сборностью,
простотой узловых соединений и дают возможность применять простей¬
шие средства механизации на строительных площадках. Некоторые
варианты металлодеревянных структур для перекрытия помещений
при сетке колонн 1г х /2= 12 х 12 м, 18 х 18 м, 24 х 24 м разработа¬
ны в ЦНИИСКе им. Кучеренко, в Харьковском и Новосибирском ИСИ.
Структуры состоят из верхнего и нижнего поясов и системы стоек и207
Рис. 146. Деревянная висячая решетчатая оболочка покрытия общественного здания:
а — продольный разрез; б — план; в — узел примыкания вант и диагоналей к опорному кон-
туру; / — главные ванты; 2 — промежуточные ванты; 3 — диагональные элементы; 4 **
опорный криволинейный контур; 5 — ригель распорной рамыраскосов (или только раскосов), образующих решетку. Верхний сжа¬
тый пояс структур выполняется из цельной или клееной древесины
(в том числе и армированной). В качестве верхнего пояса можно ис¬
пользовать плиты покрытия жесткой конструкции. Нижний растяну¬
тый пояс структур выполняется металлическим. Раскосы в зависимос¬
ти от схемы решетки структурных покрытий могут быть или только
сжатыми, или только растянутыми, или работать на переменные уси¬
лия. От этого зависит конструкция узловых соединений структур-
Высота структурной плиты — расстояние между осями поясов
ft =<V,...VU) /. Уклон кровли (1,5...2%) создается разностью высот
опор при готовых плитах покрытий или изменением толщины утепли¬208
теля или стяжки при построечном изготовлении крыши на месте уст¬
ройства. При необходимости к нижнему поясу структуры может быть
подвешен огнезащитный потолок.На рис. 147 показана структура системы ЦНИИСК с размерами
в плане 18 х 18 м. Верхний пояс выполнен из трехслойных панелей
размером 3 х 3 м, нижний — из круглой стали, а стойки из дерева —
прямоугольного или круглого сечения. Все раскосы запроектированы
растянутыми и выполняются из круглой стали. Плиты покрытия, эле¬
менты нижнего пояса и раскосы крепятся к стойкам при помощи ме¬
таллических оголовков, надеваемых на концы стоек (рис. 147, б).В структурах, предложенных НИСИ (рис. 148), ортогональная
система верхних поясов также заменена сборными трехслойными пли¬
тами. Роль верхних поясов выполняют контурные ребра плит, воспри¬
нимающие продольную силу и изгибающий момент от местной нагруз¬
ки. В отличие от структуры ЦНИИСК здесь узлы соединения плит
с решеткой решаются с обратным эксцентриситетом, что создает3000x6	сНтТ 1пI—“П5г''л-Л-рис. 147. Металлодеревянная структура ЦНИИСК:® схема покрытия; б — узловые соединения структуры; 1 — панели покрытия; 2 — стойки;
° — элементы нижнего пояса; 4 — раскосы; 5 — оголовок; 6 — узловой болт; 7 — накладки;
° —* винты14 2-734	209
ллллллзВ г	12000-240001Ч2ЙИ30003000\-А-^7ЧХ71/3000к1 /1ЯЯШ
Y1:fv-аВид БЩБ±тВид А4-- ЖРис. 148. Металлодеревянная структура Новосибирского ИСИ:а — схема структурной плиты с восходящими раскосами; б — то же, с нисходящими раскоса*
ми; в — возможные сечения раскосов; г — сечения элементов 'решетки; 1 — верхний пояс иэ
трехслойных плит; 2 — раскосы решеткиразгружающий момент. В раскосах решетки возникают знакоперемен¬
ные усилия.Раскосы узла верхнего пояса упи раются в металлическую узловую
деталь и крепятся нагелями, воспринимающими растягивающее уси¬
лие. Для удобства решения внецентренного упора плит покрытия кон¬
струкция последних имеет вынесенные за их пределы несущие контур¬
ные ребра. Плиты по углам опираются на горизонтальные листы уз¬
ловой детали и упираются частью торцов несущих ребер в металли¬
ческие стаканы, создавая таким образом обратный эксцентриситет е.
Нижние обшивки трехслойного элемента плит выпускаются для креп¬
ления плит к узловой детали с помощью накладки и узлового болта.
По периметру плит выпуски используются для укладки утеплителя
и герметизирующего уплотнения.Применение в качестве верхнего пояса готовых плит повышает
сборность констукций покрытия. Кроме этого, плиты имеют готовый
кровельный ковер и на площадке лишь герметизируются стыки.210
Структура^, разработанная ХИСИ, образована пространственным
перекрещиванием треугольных ребристых пирамид (рис. 149). Верши¬
ны каждой пирамиды находятся в центре оснований, лежащих в па¬
раллельных плоскостях. В плане основания пирамид повернуты отно¬
сительно друг друга так, что стороны их образуют угол 120°. Благо¬
даря такой схеме решетки раскосов всегда сжаты. Это позволило вы¬
полнить узлы опирания элементов верхнего пояса и раскосов простым
упором в металлические узловые детали (рис. 149, в, г). Растянутые
стойки и элементы нижнего пояса — из круглой стали. По верхнему
поясу укладывается сплошной дощатый настил под кровлю.На рис. 150 показано целиком деревянное структурное покрытие,
разработанное в Англии. Структура собирается из стандартных эле¬
ментов заводского изготовления: ребер из гладких и с пазами до¬
сок и из гладких и с обвязочными брусками фанерных граней. ИзаРис. 149. Металлодеревянная структура Харьковского ИСИ:план структурной плиты; 6 — схема расположения пирамид; в, г — конструкции верхне-
го и нижнего узлов; 1 — треугольные ребристые пирамиды; 2 — элементы верхнего пояса;
* элементы нижнего пояса; 4 —* раскосы; 5 — стойка; 6 —» металлические сварные узловые14*211
Уг *дощатых ребер образуется ортогональная система верхнего пояса, а из
фанерных листов — октаэдры, выполняющие роль пространственной
решетки. Объемные фанерные элементы крепятся к дощатым ребрам
на клею. Между собой фанерные грани соединяются нагелями через
бруски. Нагели и болты из прессматериала АГ-4С или из ДСП-Б по¬
зволяют проектировать структурные покрытия полностью деревянными.§ 75. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОЛОЧЕК ПОКРЫТИЙ
ИЗ ПЛАСТМАССНаиболее эффективны несущие конструкции из пластмасс — обо¬
лочки покрытия. Объясняется это следующими факторами.Допускаемые деформации и перемещения в оболочках сравнитель¬
но велики (по отношению, например, к плоским балочным конструк-212
Таблица 1? Оболочки покрытий из пластмассНаименованиеСхемаПокрытия балочного типа
с однослойными и трехслой¬
ными складками:
треугольными — /;
трапецеидальными — 2;
многоугольными —3;
цилиндрическими - 4;
дедовыми —5гтттп 5 ттпСводы ИЗ ОДНОСЛОЙНЫХ или
трехслойных элементов:
цилиндрического сечения — 6;
ромбовидных — 7;
треугольного сечения —£Купола гладкие:
ребристые с однослойными *
элементами — 9;
ребристые с трехслойными
элементами —10;
купола-оболочки из
трехслойных элементов — IXКупола волнистыеиз однослойных и трехслойныхэлементов:Цилиндрических -12;
треугольных-iiКупола из жестких пенопластовРешетчатые купола
'с однослойными и трехслой*
Яь1ми элементами различной
Конфигурации213Основные показатели/— 6... 10 м
э-1...3м-L 1 JLа 3 ’' ‘ 45	= 2,5 ... 3 мм
<7с.т =60... 80 Па/ - 12... 24 мf _ 1 1
/ 3 ■** 4h _ 1 1
/ 40 *■* 606	= 1,5 ... 3 мм
<7с.т =100... 120 Пас/=12... 18м-L _Ld 2	4б = 2 ... 6 мм
— для однослойных</= 18...25мJ.= JL _Ld 2 “ ° “ 4
a = 1,5 ... 3 м_Л_ = _L _La	3 * ’ ‘ ’ 45 = 1,5 ... 4 ммd — до 20 м
5 = 15 ... 25 cm
<7c.r =Ю0...150Па/ ~ 45 ... 70 м
Продолжение табл. 17циям), благодаря чему в них значительно компенсируется пониженная
жесткость пластмасс. Так как оболочки работают главным образом на
продольные усилия, в них максимально используются высокие проч¬
ностные свойства конструкционных пластмасс. Пластмассы дают воз¬
можность в одной конструкции совместить несущие и ограждающие
функции.Оболочкам из пластмасс можно придавать любую пространственную
форму, что не вызывает практических затруднений, благодаря легкос¬
ти формования. Элементы оболочек могут быть изготовлены серийно
на заводах, что отвечает требованиям индустриализации.По геометрическому признаку оболочки можно разделить на сле¬
дующие основные группы: оболочки на плоской основе; оболочки оди¬
нарной кривизны; оболочки двоякой кривизны; двухпоясные оболочки.Материалом для оболочек служат стеклопластики и трехслойные
панели. Используя светопроницаемые и глухие элементы, оболочки
выполняют светопроницаемыми, несветонепроницаемыми или комби¬
нированными. Сборные элементы имеют плоскую или изогнутую в со¬
ответствии с кривизной оболочки форму самого различного очертания.Распространенные конструктивные решения оболочек из пласт¬
масс и их основные показатели приведены в табл. 17.Покрытия балочного типа со складками из лоткоообразных эле¬
ментов различного очертания (схемы 1, 2,3,4) выполняются из поли¬
эфирного стеклопластика и предназначаются для устройства навесов
в открытых сооружениях (над выставочными площадками, торговыми
павильонами, автостоянками) и в качестве светопроницаемых покры¬
тий зданий разного назначения холодного типа. Покрытия могут быть214
Рис. 151. Стеклопластиковое сводчатое покрытие теплиц:а — общий вид; б — элемент сводаоднопролетными и многопролетными, плоскими, ломаного очертания,
шедовыми с применением лоткообразных элементов (схема 5).Своды выполняются из арочных лоткообразных элементов на весь
пролет или часть пролета со стыковыми соединениями по длине сво¬
да и могут иметь сферическое или ломаное очертание (схемы 6, 7, 8).Рис. 152. Узлы сопряжения элементов покрытий:а — из гладких однослойных и трехслойных элементов; б — из волнистых и лотковых эле¬
ментов; L — фигурная накладка; 2 — уплотнение; 3 — однослойный пластиковый элемент;
4 — трехслойные панели; 5 — трехслойный лотковый элемент.а6‘уу1
рис. 153. Купол из трехслойных стек¬
лопластиковых элементов диаметром
40 мАрочным лоткообразным элемен¬
там придают разную форму попе¬
речного сечения. Подлине свода
конструктивная высота лотка
может меняться по соображени¬
ям обеспечения устойчивости
лотка от максимальной hmax —
= (^о-'-^во) ^ в опорном сече-НИИ ДО /Imin = (Vioo-.-Vm) I вверхней точке свода. Основная
область применения однослойных
сводов из полиэфирного стекло¬
пластика— теплицы (рис. 151).
Своды из трехслойных элементов применяются в общественных и спор¬
тивных зданиях.Купольные покрытия проектируются сферическими или кониче¬
скими из гладких (схемы 9, 10, 11 табл. 17) и лоткообразных элемен¬
тов (схемы 12, 13 табл. 17), которые могут быть светопроницаемыми из
однослойного стеклопластика и глухими из трехслойных панелей.Отдельные элементы сводов и куполов соединяются между собой
фланцевыми соединениями разнообразной формы на болтах (рис. 152),
которые препятствуют взаимному сдвигу элементов.Купольные покрытия из жестких пенопластов (схемы 14, 15
табл. 17) могут быть двух видов: из гибких брусков, укладываемых
по спирали кольцами на сварке; выполняемые при помощи формовоч¬
ной машины, перемещающейся по спирали соответствующей очерта¬
нию купола. При этом исходное жидкое сырье быстро твердеет (в тече¬
ние нескольких секунд). Для изготовления таких куполов использу¬
ется пенополистирол. Проемы в покрытиях проделываются после их
изготовления.Для укрытия радиолокаторов и радиотелескопов применяются
геодезические купола (схема 16 табл. 17), представляющие собой вписан¬
ные в сферу многогранники. При больших диаметрах купол подкрепля¬
ется стальными или алюминиевыми ребрами, при малых диаметрах
выполняется только из пластмассовых одно- или трехслойных элемен¬
тов (рис. 153). Конструктивные решения двух типов узлов геодези¬
ческих куполов показаны на рис. 154.Благодаря легкости формования обширные возможности примене¬
ния конструкционных пластмасс заключены^ в гиперболических обо-
лочках с краями, параллельными прямолинейным (схемы 17) и кри¬
волинейным (схемы 18) образующим. Из простейших гиперболических
секций могут создаваться различные пространственные покрытия,
например, такие как воронкообразные и зонтичные (схемы 19 и 20
табл. 17, рис. 155).Конструкции типа пространственной плиты (схема 21 табл. 17
и рис. 156, а) собираются из стеклопластиковых призматических, ко-216
Рис. 154. Конструкции узлов куполов:а — с металлическими ребрами; б — из трехслойных панелей; 1 — кольцевые флан¬
цы; 2 — ребра; 3 — фасонки; 4 — соединительные болты; 5 — штыри для крепле¬
ния пластмассовых элементов; 6 — трехслойные элементы; 7 — вкладыши; 8 — прес¬
сованная шестигранная накладка из ЛГ-4С; 9 — винты, шурупы; 10 — верхняя на¬
кладка; 11 — нижняя накладкааРис. 155. Покрытие выставочного павильона размером в плане 108000 X
X 72000 мм воронкообразными элементами с шагом 18 000 мм (24 элемента):а _ общий вид; б — воронкообразный элемент; 1 — полиэфирный стеклопластик
толщиной 3 мм; 2 — стальные уголковые ребра; 3 — распорное устройство для созда¬
ния предварительного напряжения; 4 — бортовые стягивающие канаты; 5 — сталь¬
ная трубчатая колонна (используется для отвода воды)
Рис. 156. Пространственные покрытия из пирамидальных стеклопластиковых эле¬
ментов:а — плита; б — свод; 1 — элементы из светопроницаемого полиэфирного стеклопластика;
2 — алюминиевые трубки, утягивающие вершины для создания преднапряжения и увели¬
чения жесткости своданических и гиперболических пирамид. Нижний пояс образуется из
конических оснований пирамид, а верхний — из металлических про¬
филей, соединяющих вершины пирамид. Пояса рассчитываются на нор¬
мальные усилия от изгиба плиты, а стенки пирамид на силы сдвига
между поясами.Двухпоясным конструкциям можно придать цилиндрическое очер¬
тание (схема 22 табл. 17 и рис. 156, б), что позволяет перекрывать
большие пролеты.§ 76. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ ОБОЛОЧЕКСпециальных норм проектирования пластмассовых оболочек в на¬
стоящее время нет. Поэтому следует пользоваться рекомендациями,
основанными на результатах экспериментальных исследований и опы¬
те возведения таких конструкций [12]. Для пластмассовых оболочек
решающим критерием при определении геометрических размеров по¬
перечных сечений элементов и их формы является устойчивость. Во
избежание выпучивания сжимающие напряжения в оболочке, соглас¬
но некоторым рекомендациям, не должны превышать V3 критиче¬
ских.218
Так как сила тяжести оболочек мала, они должны быть закрепле¬
ны от ветрового отсоса.Оболочки — наиболее эффективные конструкции из армированных
пластмасс, так как пластмассы можно создавать с такой анизотро¬
пией упругих свойств, которая будет соответствовать напряженному
состоянию оболочки и обеспечивать ее максимальную жесткость по
отношению к заданной нагрузке. Характер анизотропии стеклопласти¬
ков регулируется структурными параметрами их как композиционных
материалов и их структуру можно назвать регулируемой технологи¬
ческой анизотропией.В качестве наполнителя при изготовлении стеклопластиков для
оболочек применяются стеклянные нити, ленты, жгуты и тканые стек-
ломатериалы. Относительную долю усилия, воспринимаемого связую¬
щим, находят по формулеNqb= £СТ(Г—£) ’	^161)где £Ст и Есв — модули упругости стеклонаполнителя и связующего;
£ — относительное объемное содержание связующего.При ЕСТ = 7000 МПа, Есв = 300...700 МПа (для большинства син¬
тетических смол) и £ = 30% по формуле (161) получим NCB = 2...4%.
Следовательно, усилия в стеклопластиковой оболочке в основном вос¬
принимаются стеклонаполнителем, а связующее обеспечивает совмест¬
ную работу отдельных элементов наполнителя. Предполагая в прак¬
тических расчетах, что расчетные усилия должны восприниматься
лишь стеклонаполнителем, оптимальной структурой материала счи¬
тают такую структуру, которая обеспечивает равновесие стеклона¬
полнителя без участия связующего. Отсюда в качестве основной систе¬
мы принимают оболочку, состоящую как бы из одного стеклонаполни¬
теля. С этих позиций рассмотрим элемент оболочки из материала с
косоперекрестной структурой (рис. 157, а), в котором действуют усилия
Л/j и N2 (например, продольное и кольцевое в цилиндрической оболочке
или радиальное и меридиальное в сферической оболочке) и установим
некоторые структурные параметры материала.Рис. 157. К проектированию стеклопластиковой оболочки:о	— элемент стеклопластиковой оболочки; 6 — график для определения оптимального угла
наклона стекловолокна в зависимости от напряженного состояния оболочки219
Пусть система стеклонитей состоит из k слоев, причем одна полови¬
на слоев направлена под углом 0 к оси, а другая под углом я — 0.
Из условия симметрии усилия р в каждом волокне одинаковы. Усилия,
приходящиеся на единицу длины в направлении Ох и Оу, определяются
по формулам:Nx = -^-рп cos2 0; N2 = pn sin20,	(162)где n — плотность нитей, т. e. число нитей в одном слое, приходящее¬
ся на единичный отрезок, перпендикулярный направлению нитей.Из соотношений (162) вытекает интересное следствие, заключаю¬
щееся в том, что для того, чтобы система нитей находилась в равно¬
весии, должно выполняться условиеtg2 0 =	(163)По формуле (163) получают графическую зависимость величин оп¬
тимальных углов ориентации стеклонаполнителя при различных соот¬
ношениях Nt/N2 (рис. 157, б). Например, для цилиндрической обо¬
лочки, находящейся под воздействием равномерно распределенной по
ее поверхности нагрузки при Nx = gr и N2 = gr/2, оптимальный угол
ориентации стеклонитей 0 =54° 44'.При переменных в разных сечениях расчетных усилиях варьиру¬
ются показатели k и п9 что изменяет процент содержания стеклово¬
локна в связующем в этих сечениях.Приравнивая усилие р в расчетном сечении разрывному усилию
в стеклонити, по формулам (162) можно найти несущую способность
оболочки.Решая аналогичным образом задачи проектирования различных
оболочек из стеклопластиков с разными схемами армирования, находят
оптимальные структурные параметры, позволяющие наиболее рацио¬
нально использовать материал в теле оболочек.Глава XПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ§ 77. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯСтроительные конструкции, несущая способность которых обес¬
печивается избыточным давлением воздуха, называются пневматиче¬
скими. Принцип устройства пневматической конструкции заключает¬
ся в предварительном напряжении герметичной мягкой оболочки с
целью придания ей проектной формы, устойчивости и несущей способ¬
ности.Основные преимущества пневматических конструкций: работа ма¬
териала оболочки на растяжение; высокая удельная прочность мате¬220
риалов, следствием чего является исключительно малая масса пневма¬
тических конструкций и возможность перекрытия больших пролетов;
простота и короткие сроки монтажа конструкций; компактность кон¬
струкций в транспортном состоянии.В процессе проектирования и эксплуатации определились следую¬
щие области применения пневматических конструкций: склады зер¬
на, овощей, минеральных удобрений, строительных материалов, обо¬
рудования, сырья и т. п.; укрытия стоянок автотранспорта, мастер¬
ские, участки производства строительно-монтажных работ, площадки
буровых работ; цеха консервирования овощей и фруктов, механо¬
сборочные; спортивные сооружения для тренировочных занятий.В качестве конструкционных материалов для пневматических кон¬
струкций используются тканевые и пленочные материалы, которые
воздухо- и влагонепроницаемы, эластичны, легки, прочны, долговечны.Основой тканевых материалов служит технический текстиль (чаще
всего капрон, лавсан, нейлон), пропитываемый синтетическим каучу¬
ком или поливинилхлоридными смолами. Пропитка ткани наносится
или с одной стороны, или с двух сторон для получения многослойного
материала лучшего качества. Ткани рекомендуется применять в кон¬
струкциях длительного использования.Синтетические полиэтиленовые, полиамидные и полиэфирные плен¬
ки наиболее пригодны для устройства пневматических конструкций
по условиям их прочности и долговечности. Армирование их капроном,
лавсаном, стекловолокном повышает их прочность и снижает дефор-
мативность. Пленки рекомендуется применять для конструкций вре¬
менного назначения.Характеристика физико-механических свойств наиболее широко
применяемых тканей и пленок дана в приложении 11.§ 78. ВИДЫ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙВоздухоопорные оболочки — это конструкции с избыточным давле¬
нием порядка Ар =0,001...0,01 МПа в объеме сооружения (рис. 158, а).
Основными конструктивными элементами воздухоопорного сооруже¬
ния являются: собственно оболочка, тамбур-шлюз, опорный контур
и анкеры. Наиболее распространены однослойные оболочки, но могут
применяться и многослойные, работающие по принципу послойного
увеличения давления (рис. 158, б). Возможно создание оболочек с под¬
весным пленочным утеплителем (рис, 158, в).Рис. 158. Принципиальные схемы воздухоопорных оболочек:а — однослойная; 6 — многослойная; в — с утеплением; 1 — оболочка; 2 — воздуходув¬
ная установка; 3 — шлюз; 4 — опорный контур221
Рис. 159. Основные типы воздухоопорных оболочек:а — сферический купол; б — цилиндрическая оболочка g цилиндрическими торцами; вч
то же, со сферическими торцамиПо форме наиболее распространенными типами воздухоопорных
оболочек являются цилиндрический свод и сферический купол (рис.
159). Разработаны рабочие чертежи цилиндрических оболочек проле¬
том 12, 18 и 24 м и сферических оболочек диаметром 12, 24, 36, 42 и
60 м. Они предназначены для применения как типовые в соответствии
с Временной инструкцией по проектированию, монтажу и эксплуа¬
тации воздухоопорных пневматических сооружений (СН 497-77).Кроме этих основных типов, могут применяться и другие различные
по форме воздухоопорные оболочки (рис. 160). При больших пролетах
оболочки усиливаются канатами, позволяющими расчленить оболоч¬
ку на ряд частей с меньшими радиусами и тем самым снизить напряже¬
ние в материале и улучшить внешний вид сооружения.Рис. 160. Различные типы воздухоопорных оболочек:а — седловидная из двух сфер; б — цилиндрическая разной высоты; в — многосекционная
цилиндрическая с разгружающими канатами; г —* многосекционная сферическая; д — в форме
тора222
Рис. 161. Принци¬
пиальные схемы
пневмокар касных
конструкций:
а— пневмокаркасный
свод; 6 — многоэтаж¬
ная; 1 — пневмоарки;2	— пневмопрогоны;3	— пневмостойка;4	— пневмопанели;5	— ограждающая
оболочкаРис. 162. Линзообразные пневмопокры¬
тия:а — схемы; б — узел крепления оболочки
к наружному контуру; 1 — принципиальная
схема; 2 — круглое в плане покрытие; 3 —
блокированное покрытие из квадратных в пла¬
не подушек; 4 — то же, из прямоугольных
подушек; 5 — оболочка; 6 — наружный кон¬
тур; 7 — оттяжка; S — детали крепленияРис. 163. Комбинированные пневмоконст¬
рукции:1	— пневмостойка; 2 — оболочка (тент)/-АР'7777/777777)^^7^7^Р>0 \чу—^7//77777/.v////////^Пневмокаркасные конструкции состоят из несущего каркаса в виде
пневмостоек, пневмобалок, пневмоарок, пневмопанелей, пневмосводов
и наружного ограждения из ткани или пленки (рис. 161). Избыточное
давление 0,5...3 МПа в пневмокаркасе обеспечивает проектное поло¬
жение сооружения и повышенную несущую способность. Характер¬
ным примером пневмокаркасной конструкции служит свод с несущим
каркасом из пневмоарок и пневмопрогонов из высокопрочной проре¬
зиненной ткани с ограждающей оболочкой. В последнее время введено
в эксплуатацию много разнообразных пневмокаркасных сооружений
вплоть до многоэтажных (рис. 161, б).Линзообразные пневматические покрытия представляют собой двой¬
ные пологие оболочки, опирающиеся на жесткий Контур, которые в
плане могут иметь различную форму (рис. 162).В комбинированных пневматических конструкциях сочетается пнев¬
мокаркас с воздухоопорной оболочкой. Обычно оболочка выполняет
функцию тентового ограждения, а при воздействии сильного ветра она
служит воздухоопорной оболочкой (рис. 163).223
§ 79. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙПри проектировании пневматических конструкций решаются сле¬
дующие задачи: находится оптимальная форма оболочки; определяет¬
ся требуемое избыточное давление; выполняется статический расчет
конструкций; проверяется прочность материала оболочек; рассчиты¬
ваются и конструируются анкерные устройства, опорные и другие
узлы и соединения.Одна из основных и наиболее трудных задач проектирования пнев¬
матических конструкций — нахождение оптимальных размеров и
очертания полотнищ для получения проектной формы оболочек при
заданных габаритах и форме плана решается с применением законов
геометрии. Главным здесь является оптимальный раскрой полотнищ,
который должен отвечать следующим требованиям: 1) длина швов в
пределах оболочки должна быть минимальной; 2) размеры выкроек
должны соответствовать ширине выпускаемых промышленностью тка¬
ней и пленок; 3) отходы материала при раскрое должны быть мини¬
мальными; 4) приближение формы оболочки к теоретической форме
должно быть наибольшим.Из распространенных конструкций оболочек наиболее рациональ¬
ной по первым трем пунктам является цилиндрическая на прямоуголь¬
ном плане. Отходы ткани в этом случае при раскрое составляют всего
5% (на квадратном плане — 7%). Но она не соответствует пункту 4
требований по раскрою, так как по линиям стыков в торцах оболочки
возникают складки, вызванные неоднородностью напряженного сос¬
тояния материала при резком изменении кривизны. Этого недостатка
лишена оболочка, показанная на рис. 160, б, составленная из кони¬
ческих отсеков на квадратном плане (отходы при раскрое 5%).Оболочки в форме полусферы обеспечивают наиболее полное ис¬
пользование перекрываемого пространства. Однако по сравнению с дру¬
гими оболочками у них завышена длина швов и отходы материала сос¬
тавляют до 57%. Следует иметь в виду, что стоимость материала
достигает 75% общей стоимости пневматического сооружения. В сфери¬
ческих оболочках значительная экономия материала при раскрое мо¬
жет быть получена при сшивке оболочки из составных лепестков при
стыковании полотнищ по ширине, а не по радиусам (рис, 164), хотя
при этом увеличивается длина швов.Соединения полотнищ и лепестков в оболочках могут быть шитые,
сварные, комбинированные. Первые более прочные, вторые отличают-Рис. 164. Схемы построения укрупненной выкройки лепестков для сферической обо¬
лочки:а — радиальное стыкование полотнищ; 6 широтное стыкование полотнищ
224
ся повышенной герметичностью, третьи обладают достоинством тех
и других, но более трудоемкие. В тамбурах-шлюзах применяются
разъемные соединения: «молнии», шнуровки, зажимы и т. п.§ 80. РАСЧЕТ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙПневматические конструкции относятся к классу предварительно
напряженных строительных конструкций. Их работоспособность обес¬
печивается постоянно действующими растягивающими напряжениями
в оболочках. Тонкие, гибкие ткани и пленки самостоятельно не сопро¬
тивляются изгибающим моментам. Поэтому расчет пневматических
конструкций по предельным состояниям основывается на безмомент-
ной теории оболочек.Пневматические конструкции рассчитываются на неблагоприятные
сочетания от основных нагрузок (снег, ветер) и давления воздуха.
Расчет по прочности, обязательный для всех типов конструкций, ис¬
ходит из требования, чтобы в расчетных сечениях оболочки максималь¬
ные расчетные напряжения меридиональные — и кольцевые — а2
(рис. 159) не превышали расчетных сопротивлений материала вдоль
основы R0 и утка Ry —- отах ^ RQ (или Ry). Расчетом на общую устойчи¬
вость проверяется отсутствие в сечениях оболочки напряжений, рав¬
ных нулю — (Тр > 0.Расчет воздухоопорных оболочек. Расчетные напряжения на еди¬
ницу ширины определяются по формулам:1 для сферических оболочека,	= (0,5р + gnk) п о2 = (0,5р + gnk + 0,33рон) г; (164)для цилиндрических оболочеког (р + l,l5gnk) r\ о2 = (0,5р + gnk + 0,33рсн) г. (165)Давление воздуха р — 0,8g, но не менее 0,4 кН/м2. Скоростной
напор ветра g и коэффициент k определяются по СНиП. Коэффициент
перегрузки п — 1,3. Расчетная снеговая нагрузка /?сн в зависимости
от районов СССР, принимаемых по СНиП, имеет следующие значения:Районы СССР I	II	III	IV	V	VIрсв, кН/м2	0,07 0,11 0,14 0,22 0,25 0,28■ Шитые и клеешитые соединения тканей рассчитываются по тем же
формулам, что и цельные участки, с введением коэффициента ослабле¬
ния сечения 0,85.Деформации оболочек не проверяются.Расчет пневмокаркасных конструкций. Центрально-сжатые пнев¬
мостойки проверяются по прочности сечений, параллельных образую¬
щей:о	= pr^RQ (или Ry).	(166)Сечения, перпендикулярные образующей, не проверяются, так как
сжимающая сила уменьшает расчетные напряжения.Центрально-растянутые пневмостержни проверяются по прочнос¬
ти сечений, параллельных образующей, по формуле (166) и по проч¬15 2-734225
ности сечений, перпендикулярных образующей, по формулеа = рг!2 + N/2nr ^ R0 (или Ry).	(167)Пневмобалки, работающие на изгиб, проверяются на прочность
и на устойчивость. В отличие от изгибаемых элементов из жестких
материалов они теряют устойчивость без разрушения — разрыва обо¬
лочек. Условие устойчивости пневмобалкиМд<ря2г3/4.	(168)Прочность сечений, параллельных образующей, проверяют по фор¬
муле (166), а кольцевые сечения на складкообразование — по формулеа = рг!2 < R0 (или Ry).	(169)Пневмоарки и другие сжато-изгибаемые элементы проверяются по
формулам на складкообразование+	(170)на устойчивостьМд (171)Сечения, параллельные образующей, проверяют по формуле (166),
а кольцевые сечения — по формуле (169).Расчет затяжек, воспринимающих распор, производится обычным
образом.Расчет тентового покрытия сводится к проверке прочности материа¬
ла на воздействие растягивающего усилия от местной нагрузки при
провисании покрытия или от ветрового отсоса.§ 81. ОПОРНЫЕ КРЕПЛЕНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙКрепятся воздухоопорные конструкции к фундаменту при помощи
опорного контура, состоящего из внутреннего и наружного фартуков,
усиленной кромки оболочки и крепежных деталей. Варианты кон-Рис. 165. Крепление пневмоконструкций к фундаменту:а — крепление оболочек; 6 — крепление пневмоарки; 1 — оболочка; 2 — кромка оболочки;
3 — распределительный элемент; 4 — прижимная планка (серьга); 5 — внутренний фартук;
6 — наружный фартук; 7 — фундамент (винтовая свая); 8 — анкерный болт; 9 — резиновая
прокладка; 10 — тканевый цилиндр; 11 — стакан; 12 — хомуты; 13 — башмак; 14 — шарнир226
структивных решений крепления опорного контура к фундаменту
показаны на рис. 165, а. Расчет опорных креплений к основанию про¬
изводится на максимальные усилия от действия внутреннего давления
и ветрового отсоса. Расчетное усилие, действующее на крепежную
деталь (анкер, шуруп, болт и т. п.) определяется по формулеNанк “ (Р PW Sc.в) fb ^ [Nанк]>	(172)где Ь — шаг крепежных деталей.Пневматические стержни крепятся к основанию шарнирно посред¬
ством металлических стаканов, на которые тканевые цилиндры наса¬
жены своими концами (рис. 165, б). Рассчитываются элементы опорного
узла на продольное усилие в стержне и распор (в пневмоарке).Глава XIСПЕЦИАЛЬНЫЕ СООРУЖЕНИЯ§ 82. БАШНИ, ВЫШКИБашни являются высотными сооружениям и по характеру работы
их делят на башни, работающие в основном на вертикальные нагрузки
(водонапорные башни, надшахтные копры и др.), вышки, работающие
в основном на ветровые нагрузки (парашютные, геодезические, радио¬
релейные вышки и др.).Башни и вышки состоят из трех основных частей: рабочей площад¬
ки или шатра, ствола башни с лестницами и промежуточными площад¬
ками и фундаментов. Ствол, определяющий тип башни, представляет
собой пространственную конструкцию, выполненную из плоских ре¬
шетчатых ферм (рис. 166, а), как сетчатая система (рис. 166, б) или как
оболочка (рис. 166, в и г); при малом сечении ствола башни раскреп¬
ляются оттяжками (рис. 166, д).а	6 ‘Рис. 166. Башенные конструкции различных типов:а — решетчатая; б — сетчатая; в — цилиндрическая башня-оболочка; г — коническая
башня-оболочка; д — башня с оттяжками227
кРис. 167. Схемы решетчатых башен:а — башня с простой раскосной решеткой на болтах или гвоздях; 6 — башня с кре¬
стовой решеткой; в — работа ствола башни с деревянными раскосами на врубках при
ветре слева; г — то же, с раскосами из круглой стали и деревянными ригелями; д —
башня с полураскосной решеткой и работа ее элементов при ветре слева; е — грань
той же башни, перпендикулярная к грани, изображенной на схеме д\ ж — то же, что
схема д, но при больших высотах и с применением шпренгелей; з — башня с ромбиче¬
ской решеткой и работа ее элементов при ветре слева; и — грань той же башни, пер¬
пендикулярная к грани, изображенной на схеме з: к — поперечные сечения ствола
башниНаиболее распространены решетчатые башни. Они состоят из рас¬
положенных вертикально (при малых высотах и больших вертикаль¬
ных нагрузках) или под углом к вертикали (при больших высотах)
плоских ферм с различной решеткой (рис. 167). В плане ствол башни
чаще всего бывает квадратным, однако для легких башен он может
быть и треугольным. По высоте башни через 5...6 м устраиваются диа¬
фрагмы, обеспечивающие ее пространственную жесткость.Стойки башни выполняются из бревен или обзольных брусьев,
из фанерных или стеклопластиковых труб. Если необходима радио¬
прозрачность, то соединения в узлах выполняются безметальными.
В зависимости от расчетных усилий и размеров башни стойки могут
быть цельными или состоять из нескольких ветвей (от 2 до 4). Ветви
соединяются между собой прокладками на болтах. Длины панелей
стоек принимают 2,5...6 м. Стыкование стоек производят в пределах
одной панели. Для сокращения числа стыков по высоте башни приме¬
няют материал наибольшей длины.Выбор схемы решетки зависит от размеров башни и типа узловых
соединений с помощью врубок или болтов. Наиболее распространена
крестовая решетка, применяемая при обоих видах соединений. Другие228
системы решеток, изображенные на рис. 167, при изменении направ¬
ления горизонтальной нагрузки меняют знак усилий в своих элемен¬
тах, а поэтому применяются только в узлах с болтовыми соединения¬
ми. Крестовую решетку проектируют в трех вариантах: из брусьев
(бревен) или труб со вкладышами на концах на врубках (рис. 168, а,
б) и на болтах (рис. 168, в, г); из досок, фанерных или стеклопластико¬
вых профилей на болтах (рис. 168, д, е, ж)\ из круглых стальных или
стеклопластиковых стержней на болтах (рис. 168, з, и).При узловых решениях по вариантам, показанным на рис. 167, а,
б, з, и у фермы являются статически определимыми, так как один из
элементов крестовой решетки выключается из работы — растянутый
деревянный, трубчатый с соединением на врубке или сжатый круглыйРис. 168. Конструкции узлов башни с элементами из бревен, брусьев и труб:
а — из бревен на врубках; 6 — из труб со вкладышами на врубках; в — из брусьев на бол¬
тах; г — из труб со вкладышами на болтах; д — с решеткой из досок на болтах; е — с элемен¬
тами решетки из фанерных профилей; ж — с элементами из стеклопластиковых профилей;
з — с решеткой из стальных тяжей; и — с решеткой из стеклопластиковых тяжей; 1 — стойка:
2 — раскос; 3 — ригель; 4 — вкладыш; 5 — оголовок229
Рис. 169. Анкерное крепление стоек к фун¬
даменту:1 — стойка; 2 — подкос: 3 — ригель: 4 — анке¬
ры: 5 — прокладкастержень. В других случаях при до¬
статочной жесткости стержней решет¬
ки могут работать оба элемента кре¬
ста на переменные усилия и система
является статически неопределимой.
Башни с крестовой решеткой облада¬
ют хорошей жесткостью.Узловые соединения башен — про¬
странственные. Для удобства их кон¬
струирования и уменьшения ослабле¬
ния поперечного сечения стоек центры узлов, расположенные в раз¬
ных гранях, смещают относительно друг друга по высоте. Если цент¬
рирование элементов в узлах в плоскости граней не выполнено, стой¬
ки рассчитываются с учетом изгибающего момента.Для заанкерения опорных узлов башен стойки крепятся к выпус¬
кам, заложенным в фундаменты. Наиболее надежны натяжные креп¬
ления (рис. 169). Между торцами деревянных стоек и фундаментами
прокладывается гидроизоляция для предотвращения быстрого загни¬
вания концов стоек.Решетчатые башни рассчитывают на вертикальную (собственный
вес), технологическую (от резервуаров, оборудования и т. п.) и вре¬
менную (на площадках и лестницах, вода в резервуарах и т. д.) нагруз¬
ки, распределяемые поровну между стойками башни. На решетки дей¬
ствуют лишь вертикальные нагрузки, расположенные на ригелях, вы¬
зывающие их работу на изгибГоризонтальные нагрузки действуют на все элементы граней баш¬
ни. Для определения усилий в них пространственная конструкция
башни раскладывается на плоские фермы, которые рассчитываются по
консольной схеме на нагрузки, совпадающие с плоскостью фермы.
Для квадратной в плане башни наибольшие усилия S в решетке по¬
являются при направлении ветра вдоль боковых граней, а в стойках
усилия N — при направлении ветра вдоль диагоналей плана (рис. 170).
При этом в сечении на уровне фундамента в наветренной стойке можетИич	qSinfi\nuntmi71{~0,7фгнг)Рис. 170. Загружение башни ветром:
а — для расчета решетки: 6 — для расчета стоек230
Рис. 171. Расчетная схема к проверке башни на оп¬
рокидываниевозникнуть растягивающее усилие (при от¬
сутствии временной нагрузки), на которое
рассчитывается анкерное крепление. Сече¬
ние подветренной стойки подбирается с уче¬
том временной нагрузки, когда расчетное
сжимающее усилие максимально. Узловая
нагрузка от ветра находится в соответствии
с указаниями СНиП 11-6-74.Необходимой проверкой является также
определение устойчивости башни на опро¬
кидывание. Проверка производится отно¬
сительно оси 1—1 на уровне подошвы фун¬
даментов (рис. 171). Отношение удержи¬
вающего момента к опрокидывающему дол¬
жно быть — Муд/Мопр ^ 1,3, где Муд == (Pi + Р*)Ы2 + Рф, а Мопр = Pg (h + hQ),
здесь Рг и Р2 — силы тяжести шатра и ре¬
зервуара и ствола башни, Pg — равнодейст¬
вующая ветровой нагрузки gx и g2, размеры6,	h и hQ показаны на рис. 171.На рис. 172 приведен пример радиолокационной вышки высотой
54,9 м. Обязательное требование к вышке — обеспечение ее радиопро¬
зрачности на высоте от 12,2 м до 42,7 м, так как на этом уровне рядом
расположен действующий радиолокатор. В этих пределах башня вы¬
полнена из пластмасс. В поперечном сечении она имеет форму равно¬
стороннего треугольника со сторонами 1,1 м. Решетки трех граней
крестовые и состоят из трубчатых элементов из эпоксидного стекло¬
пластика диаметром « 150 мм, с толщиной стенки 6,5 мм. Концы рас¬
косов замоноличены в каждую пяту секции из полиэфирного стекло-
54^Рис. 172. Вышка из стеклопластиковых труб:в — схема вышки; б — конструкция решетки; в — промежуточный узел; / — ствол башни:
2 — неметаллические оттяжки; 3 — вертикальные растяжки; 4 — трубчатые раскосы; 5 —
Деревянный вкладыш; 6 — пята; 7 — тяжи231
пластика, в них же заделаны горизонтальные тяжи из высокопрочного
стеклопластика (рис. 172, в). Секции между собой соединены стекло¬
пластиковыми болтами. Решетки предварительно напряжены верти¬
кальными растяжками из высокопрочного стеклопластика, что исклю¬
чает растягивающие усилия в раскосах. Башня рассчитана на ветро¬
вую нагрузку до 2 кН; при этом перемещение в вершине < V240 Я,
а угол поворота < 0,5°.§ 83. МАЧТЫ НА ОТТЯЖКАХМачты на оттяжках применяются преимущественно для радио¬
мачт, опор в линиях электропередач, а также для монтажа при стро¬
ительных работах. Такая мачта представляет собой вертикальный
стержень цельного или составного сечения из бревен, фанерных или
стеклопластиковых труб, опирающийся на фундамент. Устойчивость
мачты обеспечивается системой оттяжек из металлических или неметал¬
лических тросов (рис. 173). При составном сечении стержня мачты
стыки ветвей размещаются по высоте вразбежку: при трех ветвях —
через V3 длины элемента, при четырех — через V4. Бревна стыкуются
косым прирубом длиной 3...3,5 диаметра бревна и скрепляются сталь¬
ными хомутами, фанерные трубы стыкуются с помощью вклеенных про¬
бок с фасонками из ДСП, а стеклопластиковые — с помощью фасон¬
ных накладок на клею с обжимными болтами.Крепятся стальные оттяжки при помощи коушей, стальных пла¬
нок и болтов (рис. 174), а неметаллические оттяжки с помощью ого¬
ловков, фасонок из КАСТ-В и болтов из АГ-4С. К анкерам в фунда¬
ментах оттяжки крепятся натяжным способом.в — при Н до 75 м; б — при Н > 75 м; 1 = оттяжки; 2 —* мачта; 3 — фундамент; 4 — анкер232
Рис. 174. Конструкции мачт и крепление оттяжек:а — мачта из трех бревен; б — мачта из четырех бревен; 1 — трос; 2 — коуш; 3 — болте
4 — хомут: 5 — планки; 6 — колодкаПри расчете мачты условно принимают, что в точках крепления
оттяжек имеются шарниры стержня. Такое допущение позволяет рас¬
считывать каждый ярус оттяжек независимо один от другого. При
этом стержень мачты рассчитывается как сжато-изгибаемый элемент
на продольную силу и изгибающий момент от ветровой нагрузки, дей¬
ствующий на участке мачты между креплениями оттяжек.Первое время после возведения мачты все поставленные болты сле¬
дует подтягивать не реже одного раза в месяц.§ 84. ВЫТЯЖНЫЕ ТРУБЫПластмассовые дымовые трубы возводятся на предприятиях хими¬
ческой промышленности, что объясняется коррозионной стойкостью
этих сооружений против воздействия агрессивных отходов производ¬
ства. Вытяжные трубы могут быть высотой от 18 до 60 м. Диаметр ихназначается порядка	(возможные схемы труб показаны нарис. 175). Трубы собираются из цилиндрических элементов, изготов¬
ленных из полиэфирного стеклопластика разной толщины. Соединения
выполняются или с помощью стальных фланцев, покрытых полиэфирным233
а	6Рис. 175. Схемы вытяжных труб:а — высбтой 20...25 м; б — высотой 30...35 м; в — высотой до 60 мстеклопластиком (при большой высоте трубы), или с помощью
фланцев, являющихся частью цилиндрических элементов. Фланцы
одновременно играют роль ребер жесткости. По высоте труба может
быть постоянного сечения или (для устойчивости) с нижними элемен¬
тами коноидной формы. От опрокидывания при ветровой нагрузке
трубы удерживаются оттяжками из стальных канатов в защитной (на¬
пример, поливинилхлоридной) оболочке или неметаллическими кана¬
тами. При большой высоте трубы могут быть опоясаны решетчатой
конструкцией в виде постамента в нижней части или на всю высоту
трубы.Способы соединения цилиндрических элементов труб между собой
и с фундаментом показаны на рис. 176.При стальных фланцах используются болты из нержавеющей стали
и сами фланцы защищаются пластмассовой оболочкой (рис. 176, а).
В случае неметаллических фланцев (рис. 176, б) болты могут быть
стеклопластиковыми из АГ-4С или из ДСП-Б.К фланцам крепятся оттяжки и элементы диафрагм решетчатой
опоясывающей конструкции.На рис. 177 приведен пример запроектированной впервые в СССР
вытяжной трубы высотой 100 м.Металлический каркас башни имеет пространственную решетча¬
тую конструкцию в виде усеченной трехгранной пирамиды, а верхнийРис. 176. Соединения элементов труб:а — через стальные фланцы; б — непосредственно между собой; 1 — элементы трубы; 2 —
стальные уголки; 3 — болты; 4 упругие прокладки; 5 — пластмасса, нанесенная распыли¬
телем; 6 — фундамент234
а — схема трубы; б — укрупнительная сборка обечаек; в — подвижный стык обечаек; г •«*
монолитный стык обечаек; / — уплотнение герметиком; 2 — шнур d = 20 мм; 3 — стеклома-
териал, пропитанный связующимярус — в виде трехгранной призмы. Площадки служат диафрагмами
и обеспечивают пространственную жесткость каркаса. Каркас башни
состоит из однотипных секций высотой 8... 12 м, соединяемых при мон¬
таже с помощью фланцев на высокопрочных болтах. Пояса, распорки
и другие сжатые элементы каркаса башни — трубчатого сечения. Рас¬
тянутые элементы решетки — из уголков.Газоотводящий ствол трубы состоит из отдельных обечаек длиной
4 м и диаметром 2 м, соединенных между собой с помощью монолит¬
ных и подвижных стыков (рис. 177, в, г). Обечайки опираются на пло¬
щадки, а между ними подвешиваются на оттяжках к каркасу башни.§ 85. ЛЕСА, ПОДМОСТИ, КРУЖАЛАЛеса, подмости, кружала чаще всего бывают стоечно-балочного
или стоечно-подкосного типа.Сборно-разборные конструкции лесов, состоящие из отдельных
стандартных элементов, выполняются из отдельных плоских секций
или из мелких объемных блоков.Подмости имеют обычно плоскую горизонтальную рабочую пло¬
щадку (рис. 178, а), а кружала — криволинейную (рис. 178, б). Они235
Ж-т~ ж-Г--ж- ут ■“ ж/ 1 ч / I \ I / ^ 1 7 1 \ I *' I \
/ I \ ! / ! \ ! / \ I / I \ / N_ 4- :К- -L-W- -*• -	^Ssr' ' :	i ! Iг Ikвни24	SРис. 178. Различные типы подмостей	и кружал:а — подмости для сборки металлического	моста: б — кружала для возведения арочного
мостаобеспечивают правильную форму возводимого сооружения и воспри¬
нимают монтажные нагрузки. Необходимо отдавать предпочтение кон¬
струкциям, которые менее всего деформируются от веса возводимого
сооружения и усушки в соединениях.Эти требования удовлетворяются сокращением числа соединений,
применением наиболее простых и плотных соединений, сокращением
до минимума работы древесины на смятие поперек волокон, передачей
усилий вдоль волокон с подгонкой элементов торец в торец.Конструкции подмостей и кружал бывают различными ввиду боль¬
шого разнообразия возводимых на них сооружений (рис. 179). Стоеч¬
ная конструкция лесов-кружал, применяемых при небольших высо¬
тах (рис. 179, а), состоит из большого числа стоек, расположенных на
всем пролете. Подкосная система (рис. 179, б) имеет меньшее число
стоек в пролете, более экономична, однако и более сложна. Еще более
экономичной конструкцией является ригельно-подкосная система ле-
сов-кружал (рис. 179, в), но она более деформативна. Веерная система
(рис. 179, г) с одной или несколькими опорами в пролете и расходящи¬
мися от них подкосами применяется при невозможности устройства
частых опор. При невозможности устройства опор (при возведении,
например, путепровода над действующими железнодорожными путя¬
ми) может применяться арочная система (рис. 179, д).Основными элементами кружал являются косяки, работающие
на поперечный изгиб и нормальные усилия. Изготавливаются косяки236
Рис. 179. Схемы лесов-кружал:а — стоечная конструкция; б — подкосиая система; в ригельно-подкосные системы; г **
веерная система; д — конструкция с применением трехшарнирной аркииз досок или брусьев с криволинейной поверхностью длиной от 2 до
3,5 м.Для строительства крестовых и сомкнутых железобетонных сводов
кружала выполняются из косяков, расположенных в соответствии
с направлением осей пересекающихся в этих сводах цилиндрических
поверхностей (рис. 180, а и б). При строительстве куполов косяки ус¬
танавливаются в радиальных направлениях (рис. 180, в). Для гладких
оболочек по кружалам устраивается сплошная опалубка, для ребрис¬
тых покрытий — с коробами для ребер и колец.Рис. 180. Типы кружал:а — для крестового свода; б — для сомкнутого свода; в — для купола; /
жала; 2 — промежуточные кружала; 3 — лобовые кружала. диагональные кру-237
§ 86. ЭСТАКАДЫ И ГАЛЕРЕИЭстакадами называются сооружения мостового типа, имеющие
большую длину по сравнению с шириной, предназначенные для пе¬
шеходного сообщения, для поддержания трубопроводов и т. д. Крытые
эстакады называются галереями.Эстакады^и галереи состоят из пролетного строения, опор, фунда¬
ментов и ограждения проезжей части (для галерей).Пролетное строение состоит из проезжей части, передающей на¬
грузку от людей, оборудования, перемещаемого материала на несущие
конструкции и самих несущих конструкций со связями, которые обес¬
печивают пространственную неизменяемость пролетного строения, а
также служат для восприятия ветровой нагрузки.Конструкция проезжей части включает в себя поперечины, уло¬
женные или по прогонам, расположенным между несущими конст¬
рукциями на второстепенных балках при большой ширине эстакады,
или прикрепленными непосредственно к поясам несущих конструкций.
Вдоль проезжей части эстакад устраивают настилы из досок толщиной
4...5 см с зазором 2...3 см, что обеспечивает сток воды и предохраняет
доски от гниения. В галереях укладывают сплошной настил или пли¬
ты по поперечным балкам.Несущие конструкции эстакад и галерей в зависимости от пролета,
нагрузок, способа их изготовления могут быть выполнены в виде цель¬
ных, составных, шпренгельных балок (рис. 181, а, б), подкосных сис¬
тем (рис. 181, в), арок или ферм (рис. 181, г, д). Цельные балки в виде
ряда прогонов применяются для пролетов в 2...4 м между опорами.
При пролетах 6...12 м применяют составные и шпренгельные балки и
различные подкосные системы. При еще больших пролетах применяют
арки или фермы.В открытых сооружениях, какими являются эстакады, элементы
в законченном виде должны быть пропитаны водостойкими антисепти¬
ками или обмазаны водостойкими антисептическими пастами с нане¬
сением гидроизоляции. В процессе сборки все врубки, врезки и под¬
тески должны быть дополнительно промазаны пастами. В соединениях
не должна застаиваться дождевая вода.Рассмотренные системы эстакад (галерей) являются конструкция¬
ми трудоемкими, требующими применения высококвалифицированных
исполнителей.Более современными конструкциями заводского изготовления яв¬
ляются эстакады (галереи) из клееных деревянных и клеефанерных
несущих конструкций. На рис. 182 приведено несколько вариантов
конструкций пролетных строений галерей. На схемах (рис. 182, а и б)
конструкции решены с полным разделением несущих (арки, балки) и
ограждающих функций (плиты и панели ограждения). Несущие кон¬
струкции пролетных строений до 24 м выполнены в виде металлодере¬
вянных арок с гнуто клееным верхним поясом. Плиты крыши и панели
стен длиной 6 м укладываются и крепятся на поперечные клеедощатые
рамы. Ограждения вместе с рамами воспринимают местную нагрузку
и обеспечивают пространственную жесткость.238
1000040004-4s-sРис. 181. Схемы эстакад и галерей:а — наклонная эстакада подкосной системы; б — то же, сборно-разборная со шпрен-
гельными балками; в — то же, с горизонтальным участком в начале эстакады; <г —
пешеходный мост над железнодорожными путями; д — крытая горизонтальная га¬
лерея
Рис. 182. Схемы поперечных сечений пролетного строения галерей:
а — с клееными арками; 6 — с несущими балками-стенками; в — комбинированная (балки ,о
панелями-оболочками); г — пространственная из цилиндрической оболочки; 1 — несущие
клеедощатые арки: 2 — поперечные рамы; 3 — поперечина; 4 — клееные балки; 5 — подвес¬
ки; 6 — балки покрытия; 7 — шпренгельные балки; Н — панель-оболочка; 9 — фанерная об¬
шивка; 10 — продольные ребра; 11 — кольцевые ребра; 12 — прогоны; 13 — настил; 14 —
плиты покрытия и панели огражденияНесущие конструкции пролетного строения в виде клееных дере¬
вянных балок (рис. 182, б), выполняют одновременно роль стены (вы¬
сота балок 2,5...3 м). Плиты пола уложены на поперечены, которые
прикреплены с помощью деревянных клееных подвесок к двухскатным
балкам покрытия галереи. Подвески выполняют роль ребер жесткости
для высоких балок и вместе с поперечинами пола и балками покрытий
обеспечивают пространственную жесткость.Пролетное строение может быть выполнено в виде шпренгельных
клееных балок (рис. 182, в), а ограждение галереи — в виде панели-
оболочки каркасного типа, представляющей собою ребристый кар¬
кас из древесины с обшивкой из фанеры. При жестком креплении обо¬
лочек к балкам и между собой они частично участвуют в совместной
работе на изгиб пролетного строения.Пространственная конструкция пролетного строения в виде замк¬
нутой цилиндрической оболочки кругового очертания (диаметр 4...6 м)
показана на рис. 182, г. В этой конструкции совмещены несущие и
ограждающие функции. Оболочки по длине собирают из отдельных
элементов длиной 3 или 6 м, которые сопрягаются между собой с по¬
мощью вклеенных в каркас выпусков арматуры с последующим замо-
ноличиванием стыков полимербетоном. Фанерная обшивка укрупнен¬
ного элемента крепится к пространственному каркасу, состоящему из
продольных и поперечных кольцевых клеедощатых ребер, соединен¬
ных между собой на вклеенных штырях.240
§ 87. МОСТЫМосты проектируются по специальным нормами техническим ус¬
ловиям с учетом действующей на них нагрузки от автомобильного и
железнодорожного транспорта.Основные конструктивные элементы моста: опоры и пролетное
строение со связями жесткости. Пролетное строение включает несу¬
щие конструкции и проезжую часть, состоящую из системы поперечных
и продольных балок и ездового полотна. В зависимости от конструк¬
ции пролетного строения могут быть различные типы мостов.Балочные мосты. При пролетах до 6 м пролетное строение балоч¬
ных мостов выполняется из часто поставленных прогонов из брусьев
или бревен, уложенных непосредственно на насадки опор; для про¬
летов до 9 м прогоны могут быть выполнены в виде составных балок
на колодках. Это конструкции построечного изготовления.При применении клеедощатых или клеефанерных главных балок
в пролетном строении высотой h = С/и,...1/^) I длина пролета I мо¬
жет достигать 20 м. В принципе возможны и большие пролеты, но при
этом небходимо устройство монтажных стыков, что усложняет кон¬
струкцию. Балки, число которых должно быть четным, связываются
попарно в жесткий пространственный блок связями (рис. 183, а).
-L*	мр “IЛ1XXXРXXX1н!ж!XXз	иРис. 183. Конструктивные схемы балочных и сквозных систем мостов:а# б ~т балочные мосты; в, г, д, е, ж, а# и — сквозные системы мостов; 1 —* опоры моста? 2клеефанерные балки; 3 — клеефанерные блоки; 4 » деревоплита; 5 «• насадки опор16 — 2-73424 L
Проезжая часть выполняется в виде деревоплиты, собираемой из
отдельных блоков шириной до 1 м, которые крепятся к главным бал¬
кам глухарями из круглой стали. Блоки изготовляются из досок на
ребро, склеенных по пласти. Так как ширина досок различна (она чере¬
дуется по 11 и 13 см), поверхность плиты получается ребристой, что
дает хорошее сцепление с покрытием из асфальтобетона.В СССР разработаны сборные пролетные строения / = 4...20 м
из пространственных клеефанерных блоков заводского изготовления
с дощатоклееными и клеефанерными несущими ребрами (рис. 183, б).
Ширина блока принимается равной 1/2---1/$ ширины пролетного стро¬
ения, высота блока h = (Vie...V20) /.Сквозные системы мостов. В подкосных мостах (рис. 183, в) под¬
косы служат промежуточными опорами, что позволяет увеличить дли¬
ну пролета I до 9 м; в ригельно-подкосных (рис. 183, г) — до 12 м;
в арочно-подкосных (рис. 183, д) —до 24 м.Для мостов подвесных систем с ездой понизу (рис. 183, е) и шпрен-
гельных с ездой поверху (рис. 183, ж) можно Применять составные
балки со стыками по длине при пролетах до 18 м.Такие сквозные системы мостов выполняются из бревен или брусьев
и являются временными конструкциями, возводимыми на строительной
площадке из местного материала. Капитальные мосты выполняются
из клеедощатых и клеефанерных балок, что позволяет увеличивать
пролеты мостов подвесной и шпренгельной систем.Фермы Гау—Журавского (рис. 183, з, и). Эти раскосные системы
раньше широко использовались для строительства мостов пролетом
до 60 м. Пояса и перекрестные раскосы выполняются из дерева, стой¬
ки — из стальных тяжей. Узлы решаются лобовым упором раскосов
в деревянную подушку при деревянном нижнем поясе или сварной
башмак при металлическом нижнем поясе. Так как при такой кон¬
струкции узла раскосы всегда сжаты, а усилие в них при подвижной'	' 2 .	V/ 2-2I	IтРис. 184. Автодорожный мост сквозной системы:
а — схема моста; б узел верхнего пояса; в тт узел нижнего пояса242
Рис. 185. Схемы арочных и комбинированных систем мостов:а — арочная система с ездой поверху; б — то же, с ездой посередине; в — то же, с ездой по¬
низу; г — комбинированная система с гибкой аркой и фермой жесткости; д — то же, с балкой
жесткости; е — комбинированная система с гибкой цепью; 1 — вертикальные поперечные свя¬
зи; 2 — горизонтальные продольные связи; 3 — продольные свяи между азрками; 4, 5 —
портальные связи в пределах проездного габарита; 6 — оттяжкинагрузке меняет знак, при сборке ферм тяжи натягиваются. Получен¬
ное натяжение сохраняется при эксплуатации и обеспечивает плот¬
ность сопряжений в узлах. Высота ферм h = (Vj.-.Vj)/, а строитель¬
ный подъем (Vgoo-.-Vjoo) /.Мосты системы Гау—Журавского надежны в эксплуатации, благо¬
даря чему эта система успешно применяется и в наши дни. Примене¬
ние клеедощатых поясов и раскосов позволяет увеличить длины па¬
нелей и уменьшить количество узлов.Автодорожный мост из клееной древесины пролетом 60 м сквозной
системы с перекрестной решеткой показан на рис. 184. Верхние пояса
сегментного очертания этого моста состоят из двух ветвей сечением
по 28 X 53 см, сечение ветвей нижних поясов 28 X 33 см. В зазор
между ветвями заведены двухветвевые стойки, между ветвями которых
в свою очередь заведены раскосы. Это центрирует узлы, выполненные
на нагелях, и дает возможность избежать дополнительных изгибаю¬
щих моментов в панелях и возникновения в древесине усилий поперек
волокон. Поперечные балки проезжей части сечением 28 X 85 см под¬
вешены в узлах нижнего пояса на болтах (рис. 184, б, в). В плоскости
нижних поясов и выше проездного габарита в плоскости верхних поя¬
сов, а также между стойками устроены связи жесткости.Арочные мосты. Наиболее распространенные схемы арочных мос¬
тов показаны на рис. 185, а, б, в. Основными несущими конструкциями
мостов этой системы являются арки, которые могут выполняться в
виде сквозных ферм и сплошного сечения из досок на водостойких кле¬
ях. Часто поставленные стойки или подвески позволяют конструиро¬
вать продольные балки проезжей части небольшого сечения. Пролеты
арочных мостов могут достигать 60 м, /// = (V*...1/?)» h/l = (V25...
Vgo). Пространственная жесткость обеспечивается поперечными16*243
вертикальными связями между стойками или подвесками, горизонталь¬
ными продольными связями в плоскости проезжей части, продольными
связями между арками.Комбинированные системы мостов. Эти системы рациональны при
больших пролетах мостов (100... 150 м) и представляют собой комби¬
нацию гибкой арки с фермой (балкой) жесткости (рис. 185, г, д) или
гибкой цепи с фермой (балкой) жесткости (рис. 185, е). Распор в сис¬
теме «арка — ферма» целесообразно передавать на верхние сжатые
пояса фермы, центрируя пояса арки в опорных узлах на верхние пояса
ферм жесткости. В системе «цепь — ферма» распор воспринимается
оттяжками. Для мостов системы «арка — ферма (балка)» /= (V5...
V7) /, h = (1/1б...1/20) / — для ферм жесткости и h =* (Vso--1^) I —
для балок жесткости. Для мостов системы «цепь — ферма» / —
= (V8..-V10) / и h =* (1/1б...1/30) I. При монтаже мостам придается
строительный подъем, равный V600 пролета. Пространственная жест¬
кость пролетного строения обеспечивается продольными горизонталь¬
ными связями и вертикальными поперечными связями между фермами
или балками.Глава XIIИЗГОТОВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА, ЭКСПЛУАТАЦИЯ,
РЕМОНТ И УСИЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ§ 88. НАДЕЖНОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙГарантией надежности конструкции является коэффициент безопас¬
ности, найденный как отношение разрушающей нагрузки Рф, полу¬
ченной в результате испытания конструкции, к проектной несущей
способности Рп [4]РФ/РП = К-	(173)Коэффициент безопасности представляет собой показатель, харак¬
теризующий как уровень развития методов проектирования, так и
культуру производства и эксплуатации конструкций. Этот показатель
определяет эффективность использования ресурсов материала и, сле¬
довательно, экономичность конструкции.Природу и состав коэффициента безопасности конструкций изуча¬
ют на основании метода расчета строительных конструкций по пре¬
дельным состояниям. Это изучение состоит из теоретических и экспе¬
риментальных исследований и натурных наблюдений за конструкциями.Коэффициент безопасности находится как произведение дифферен¬
циальных значений отдельных коэффициентовК = КгК2К3.	(174)Коэффициент Кг характеризует длительную прочность древесины.
Для несущих конструкций среднее значение коэффициента Ki —244
— 1,88 • 0,8 (здесь 0,8 — поправка к значению Ри, найденному при
кратковременном испытании).Коэффициент Кг характеризует качество изготовления конструк¬
ций, в зависимости от следующих основных факторов:применения для изготовления конструкций лесоматериалов, несоот¬
ветствующих по качеству требованиям СНиП, техническим нормам и
указаниям проекта;неудовлетворительного качества распиловки лесоматериалов, на¬
рушения допусков по толщине и ширине досок, несоблюдения чистоты
подготовки поверхности и т. д.;отклонения технологических операций при изготовлении от техни¬
ческих регламентов и др.Учитывающий эти факторы коэффициент находится статисти¬
ческими методами оценки изменчивости качества конструкций по дан¬
ным испытаний на заводе. По результатам исследований на современ¬
ных заводах клееных конструкций /С2= 1,42.Коэффициент /С3» 1,3 и учитывает несовершенство методов расче¬
та конструкций — условность расчетной схемы, вероятностный харак¬
тер расчетных механических показателей материалов и внешних на¬
грузок, концентрацию напряжений, дополнительные напряжения
и т. д.Факторы, определяемые коэффициентами К\ и /С3, имеют объектив¬
ный характер. Это реологические свойства древесины, проявляющиеся
при длительном действии внутренних напряжений в материале, неод¬
нородность структуры и анизотропия механических свойств материа¬
ла, случайные факторы эксплуатации. Поэтому бороться с этими фак¬
торами сложно и в теории расчета по предельным состояниям они учи¬
тываются системой коэффициентов (см. главу II): коэффициентами
условий работ, коэффициентами перегрузок и т. д., значение которых
оправдано.Однако не следует путать указанные объективные факторы с субъ¬
ективными — ошибками проектирования, которых можно избежать,
соблюдая правила, изложенные в учебной и нормативной литературе.Рассмотрим основные неточности проектирования (те, которые мо¬
гут привести к аварийным ситуациям и, поэтому подлежат обязательной
повторной проверке):ошибки расчета — неправильность подбора сечений, расчета свя¬
зей в составных стержнях или узловых соединений, отсутствие учета
дополнительных напряжений в элементах (например, при внецент-
ренном решении узлов) и т. д.;ошибки конструирования — применение нерациональных схем кон¬
струкций (например, для несущих конструкций пониженная конст¬
руктивная высота), пренебрежение мерами борьбы с гниением, недо¬
статочная пространственная жесткость, различные отступления при
конструировании от расчета, отсутствие на чертеже указаний о ка¬
честве материала и т. д.В большой мере поддается корректировке коэффициент К2• Почти
все факторы, объясняющие его появление, или в значительной мере
исправимы, или вообще устранимы. По мере улучшения производ¬245
ственного процесса стабильность качества изготовления конструкций
будет повышаться, что приведет к уменьшению значения /С2. Этому
способствует культура производства, строгое соблюдение технологии
и тщательный пооперационный контроль качества изготовления конст¬
рукций. Руководство [2] при проверке клеевых соединений в зоне
концентрации скалывающих напряжений учитывает возможный не-
проклей понижающим коэффициентом 0,6, на который умножается
расчетная площадь клеевого шва, что значительно увеличивает разме¬
ры поперечного сечения элементов, тем самым существенно снижая
экономическую эффективность клееных конструкций.Одновременно с повышением качества изготовления необходимо
повысить культуру эксплуатации деревянных конструкций, с тем что¬
бы, как можно больше уменьшить коэффициент Кг-Рассмотрим подробнее вопросы производства и контроля качества
деревянных клееных конструкций.§ 89. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙИзготовление деревянных клееных конструкций включает следую¬
щие основные производственные процессы: подготовку пиломатериа¬
лов; приготовление и нанесение клеев; запрессовку и склеивание;
механическую обработку и защиту.Подготовка материалов. Основными материалами несущих де¬
ревянных клееных конструкций являются пиломатериалы хвойных по¬
род согласно ГОСТ 8486—66, поставляемые преимущественно в рас¬
сортированном виде. Размеры пиломатериалов выбираются исходя
из необходимых проектных размеров конструкций с учетом запасов
на механическую обработку и сушку.Сушка пиломатериалов является одной из основных операций
технологического процесса изготовления клееных конструкций, и
в значительной мере определяет их эксплуатационную прочность.
Сушка должна довести пиломатериалы до заданной влажности.Пиломатериалы, предназначенные для изготовления несущих кон¬
струкций, рекомендуется сушить комбинированным способом, вклю¬
чающим предварительную атмосферную сушку до влажности около
20% и камерную сушку до влажности 8... 12%. Особое внимание
следует уделять правильному формированию штабелей перед сушкой.
Укладка в штабель должна соответствовать типу камеры и обеспечи¬
вать равномерное омывание агентом сушки всего материала, сохране¬
ние пиломатериалом первоначальной формы и предохранять его от
коробления. Внутренние напряжения и уменьшение прочности дре¬
весины после сушки не допускаются.Сортировка пиломатериалов производится для отбора древесины
требуемого качества в соответствии с категориями элементов дере¬
вянных конструкций. Ранее при поставке пиломатериалов в нерассор-
тированном виде применялась визуальная и машинная сортировка
по качеству древесины. Сейчас все больше начинают использовать
силовую сортировку пиломатериалов. При этом выход высших сортов246
пиломатериалов увеличивается, за счет чего достигается экономия
древесины до 20%.Механическая обработка включает поперечно-продольный раскрой
досок и фрезерование поверхностей перед склеиванием. На современ¬
ных заводах эти операции проводятся на автоматических и полуавто¬
матических линиях, состоящих из специализированных станков. Ме¬
ханическая обработка заготовок производится в пределах припусков на
обработку, значение которых регламентируется ГОСТами. После
механической обработки подлежащие склеиванию поверхности долж¬
ны предохраняться от загрязнения, увлажнения или пересушивания., Приготовление и нанесение клеев. Для приготовления клеев долж¬
ны применяться дозированные взвешиванием компоненты, удовлетво¬
ряющие требованиям соответствующих ГОСТов. Состав клеев приведен
в [3]. Перед приготовлением компоненты клеев тщательно перемешива¬
ются.Нанесение клея — важная операция в технологии изготовления
конструкций. Она определяет расход клея и качество склеивания.
Наиболее высокое качество достигается при двустороннем нанесении
клея. Максимальная прочность обеспечивается определенной толщи¬
ной клеевой прослойки (0,1...0,2 мм), что контролируется расходом
клея (0,25...0,35 кг/м2).Клей наносят вальцовыми клеенаносителями, способами контакт¬
ного (для высоковязких клеев) и бесконтактного (при изготовлении
крупногабаритных элементов) налива, воздушным распылением (для
маловязких клеев).Запрессовка и склеивание. После нанесения на заготовки клея
производится’сборка элементов (или конструкций) из заготовок, транс¬
портирование их к запрессовочным устройствам, запрессовка и вы¬
держка под давлением до необходимой прочности клеевых соеди¬
нений.Учитывая ограниченную жизнеспособность клея, продолжитель¬
ность сборочных операций должна быть минимальной и составлять
по времени 40...50% жизнеспособности клея. Продолжительность сбо¬
рочных операций состоит из открытой выдержки (время с момента на¬
несения клея до контакта поверхностей) и закрытой выдержки (время
с момента контактирования поверхностей до запрессовки). Наиболее
оптимален процесс, при котором заготовки сразу же после нанесения
клея контактируют и запрессовывают.В процессе запрессовки конструкции склеиваются под давлением,
обеспечивающим полный равномерный контакт поверхностей по всей
площади склеивания.При массовом изготовлении однотипных конструкций с небольшой
шириной клеевых прослоек (до 120 мм) запрессовку осуществляют
в прессовых установках непрерывного действия с применением высо¬
кочастотного нагрева.При изготовлении большепролетных конструкций криволинейного
очертания сборку целесообразно производить непосредственно в ваймо-
вых запрессовочных устройствах или применять гвоздевую послой¬
ную запрессовку.247
Действующими нормативными документами предусматривается за¬
прессовка при давлении от 0,03 до 0,1 МПа в зависимости от вида клея,
его вязкости и других свойств.Режим склеивания подразумевает необходимые температуру и вре¬
мя выдержки до достижения клеевым соединением требуемой проч¬
ности. Для ускорения технологического процесса изготовления уста¬
новлена разборная прочность, равная не менее 50% расчетной
для прямолинейных и не менее 70% —для криволинейных элементов
(конструкций).При склеивании в нормальных условиях (/= 16...20° С) время
отверждения определяется свойствами клеев, но всегда довольно про¬
должительно (до 10 ч для прямолинейных элементов и до 20 ч для кри¬
волинейных элементов). Ускоряется склеивание применением кон¬
тактного и высокочастотного нагрева.Механическая обработка и защита ДКК. Механическая обработка
необходима для доведения элементов и конструкций до проектных раз¬
меров и придания им соответствующего внешнего вида. Обработка
включает фрезерование пластей элементов, боковых граней, торцовку
и сверление отверстий под болты, продольную прямолинейную и кри¬
волинейную распиловку для получения из одного заготовочного блока
двух одинаковых или разных элементов.Защита деревянных клееных конструкций от увлажнения, биопо¬
вреждений и возгорания необходима для несущих конструкций. Наи¬
более эффективны покрытия, обеспечивающие комплексную защиту
древесины. Однако арсенал таких составов пока невелик, поэтому
используют систему защитных составов Сначала древесину пропи¬
тывают водорастворимыми составами, защищающими ее от гниения
(паста на латексе ПАЛМ-Ф, водный раствор фтористого натрия, крем¬
нефтористый аммоний) и возгорания (состав ППЛ, перхлорвиниловая
эмаль ПХВО). После подсушки поверхности обрабатывают защищаю¬
щими средствами от увлажнения (пентафталевая эмаль ПФ-115, алкид-
но-карбамидная эмаль МЧ-181, лаки и др.). Вид и технология обработ¬
ки приводятся на рабочих чертежах со ссылкой на нормативные до¬
кументы и технические условия.§ 90. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ДЕРЕВЯННЫХ КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙВопросы производства клееных конструкций неразрывно связаны
с вопросами обеспечения их качества. Повышение качества, характе¬
ризующее уровень научно-технического прогресса, способствует росту
эффективности общественного производства, увеличению срока служ¬
бы конструкций.Контроль качества конструкций производится на всех основных
технологических этапах изготовления. Готовые конструкции должны
строго соответствовать требованиям ГОСТ 20850-75 или техническим
условиям на конкретные виды конструкций.Поэтапный контроль и контроль готовой продукции включает ряд
операций, При подготовке пиломатериалов и заготовок проверяют
влажность дерева, внутренние напряжения, чистоту обработки по¬248
верхности, выявляют и устраняют недопустимые для элементов кон¬
струкций соответствующей категории пороки, устанавливают меха¬
нические характеристики древесины и соответствие геометрических
размеров пиломатериалов и заготовок проектным, а также правиль¬
ность выбора геометрии зубчатых шипов.При подготовке клеев необходимо правильно выдержать состав,
определить условную вязкость, жизнеспособность и условное время
выдержки до запрессовки деталей, установить время отверждения клея.В процессе склеивания обращают внимание на температуру и влаж¬
ность воздуха цеха, на расход клея и качество его нанесения на поверх¬
ности заготовок, на выбор способа запрессовки и обеспечение требуе¬
мого давления запрессовки, на выбор способа нагрева и поддерживание
нужной температуры склеивания, на выдержку под давлением и после
распрессовки до механической обработки готового клеедощатого
блока.Контроль клеевых соединений после изготовления элемента заклю¬
чается в проверке толщины клеевой прослойки, определении прочности
при скалывании вдоль волокон и при изгибе и растяжении зубчатых
соединений, установлении однородности клеевой прослойки и непро-
клеев.После изготовления элемента конструкции из клеедощатого блока
проверяется качество механической обработки, фиксируется возмож¬
ное отклонение от проектной геометрической формы и размеров, вы¬
является наличие видимых дефектов и проверяется качество защитной
обработки.Последним этапом контроля качества является проверка несущей
способности конструкций. Партия конструкций, прошедших внешний
осмотр и обмер, считается принятой, если при испытании отобран¬
ных произвольно экземпляров отношение разрушающей нагрузки
Рразр к контрольной нагрузке Рконтр = Рп • К, указанное в поясни¬
тельной записке, будет для всех экземпляров-^->1,	(175)гконтргде Рп — проектная несущая способность; К — коэффициент безопас¬
ности для данного типа конструкции. Условие (175) гарантирует дол¬
говечность и надежность эксплуатации деревянных конструкций.§ 91. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ОБСЛЕДОВАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙНадежность и длительность работы конструкций в значительной
мере зависят от соблюдения правил их эксплуатации, указанных в
проекте.Состояние несущих и ограждающих конструкций зависит, прежде
всего, от нагрузок и температурно-влажностных факторов. За изме¬
нением состояния конструкций нужно следить и своевременно прини¬
мать надлежащие меры.Усушка лесоматериала вызывает возникновение трещин в опасных
местах, ослабление затяжки болтов, коробление элементов, что нару¬249
шает цельность конструкции. Замедленное высыхание или увлажнение
создает опасность загнивания деревянных элементов, расслоения
клееных элементов. Поэтому нельзя допускать протекания кровли,
увлажнения опорных частей несущих конструкций, недостаточности
термо- и пароизоляции ограждения. Во избежание этого несущие
деревянные конструкции должны быть открытыми, хорошо проветривае¬
мыми, защищенными от увлажнения и доступными для осмотра.Существенные повреждения конструкций, вплоть до их обрушения,
может причинить превышение проектных нагрузок (как снеговой, так
и технологических). Поэтому нужно вести наблюдение за отложением
снега и в особенности за скоплением его в местах ендов, перепада уров¬
ней крыши, карнизов и очищать крышу от снега. Необходимо со¬
блюдать требования проекта по огнезащитным мероприятиям.Эксплуатация здания (сооружения) должна включать системати¬
ческий технический надзор за ним, при котором устанавливают нали¬
чие явных разрушений в растянутых и изгибаемых элементах, трещин
в ответственных соединениях, щелей в составных клеедощатых эле¬
ментах, выхода конструкций или отдельных элементов из плоскости,
недопустимых прогибов и деформаций несущих конструкций покрытий
и перекрытий, нарушений крепления ограждающих частей к каркасу
и т. д. Одновременно исследуется качество материалов, наличие ув¬
лажнения, гнили, дефектов и повреждений и производится обмер эле¬
ментов и расчетных сечений.По результатам обследования с учетом фактических нагрузок про¬
изводится расчетная проверка состояния конструкций по действую¬
щим нормам. Если при анализе состояние конструкций оценивается
как аварийное или угрожающее, то принимаются меры по восстановле¬
нию несущей способности и жесткости конструкций и соединений.§ 92. РЕМОНТ И УСИЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙВосстановление несущей способности и жесткости несущих кон¬
струкций может быть достигнуто различными способами: разгрузкой
конструкций путем передачи части нагрузки на новые несущие кон¬
струкции, устанавливаемые между существующими; установкой до¬
полнительных опор или элементов с изменением статической схемы
работы конструкции; усилением отдельных элементов и узловых со¬
единений; заменой отдельных элементов конструкций или участков
элементов и узлов. При ремонте конструкцию следует полностью или
частично разгрузить.Приемы ремонта и усиления разнообразны и различны в каждом
конкретном случае. С некоторыми из них можно ознакомиться на при¬
мерах, рассмотренных ниже.Способ разгрузки конструкций обычно применяется в том случае,
если непосредственное усиление существующих конструкций невоз¬
можно. Установка новых промежуточных ферм, арок, балок обычно
связана с раскрытием значительных участков крыши, поэтому это
может оказаться целесообразным только при капитальном ремонте
здания или покрытия. Для установки промежуточных дополнитель¬но
Рис. 186. Шпренгельные фермы, установленные между арками:1 — существующие арки; 2 — парные шпренгельные фермы; 3 — подвески; 4 —
поперечные балки; 5 — балки подвесного потолканых конструкций покрытия при каркасном здании необходимо пре¬
дусматривать подстропильные конструкции.На рис. 186 показан пример снижения нагрузки на клееные трех¬
шарнирные арки. Арки несли нагрузку от кровли и подвесного потол¬
ка. Несущая способность арок оказалась заниженной в результате
увлажнения их верхнего пояса, изготовленного на казеиново-цемент-
ном клее. Решено было разгрузить арки передачей нагрузки от под¬
весного потолка на новые несущие конструкции. Для этого запроекти¬
ровали шпренгельные фермы, не связанные с крышей, с верхним поя¬
сом из клеедощатых элементов на клее КБ-3. К подвескам парных
шпренгельных ферм были прикреплены балки, к которым подвесили
потолок. Установка новых ферм выполнялась без раскрытия кровлиtr10 'Рис. 187. Примеры усиления несущих конструкций покрытия:а — установка дополнительных опор; б — установка ,подкосов; в —
устройство шпренгелей; г — установка затяжек; д — введение новых
элементов; 1 — дополнительная стойка; 2 — подпорка; 3 — подкосы;
4 —затяжки; 5 — существующая ферма; 6 — подкос; 7 — ригель; 8 —
накладка; 9 — шпренгель; 10 — затяжка251
"ф* *0^ / -f&~ "ф* {^3*
-Ш- -ф-.-ф- -ф- ^-ф--ф ф ф- •1г г if зtfe^=Tl	^	-----/.. f -ф-I -# -f . -f -Ф-iga ■•■#■14- ,-ф Л\
-ф- 4- -ф у)=1===™'ууУуут> У77777?Рис. 188. Усиление элементов:а — усиление стойки, ослабленной встречными трещинами: б — усиление деформированной
стойки: в — выравнивание деформированной стойки; г — усиление растянутого нижнего поя¬
са фермы накладками на нагелях; д — усиление стыка нижнего пояса; 1 — дефекты (ослаб¬
ление) элемента; 2 — трещина в накладке соединения; 3 — стальной хомут; 4 — тяжиблагодаря меньшим габаритам ферм по высоте по сравнению с суще¬
ствующими арками.При установке промежуточной опоры (рис. 187, а) ферма из вися¬
чей конструкции превращается в наслонную. При подкосной системе
уменьшается расчетный пролет (рис. 187, б). Постановка промежуточ¬
ных опор или подкосов не всегда возможна, так как они уменьшают
свободную полезную площадь и внутренний объем здания. В этом
случае следует применять шпренгельные системы (рис. 187, в), металли¬
ческие затяжки, в том числе предварительно напряженные (рис. 187, г),
или вводить в конструкцию новые элементы (рис. 187, д).Примеры усиления отдельных элементов и узловых соединений при¬
ведены на рис. 188. Стойки цельного сечения, ослабленные встречными
трещинами, могут быть усилены увеличением их поперечного сечения
накладками, оплаченными с элементом гвоздями или болтами
(рис. 188, а). Деформированные стойки при небольшой стреле выгиба
(более ll20Ji) могут быть усилены без выравнивания их установкой
новых стоек, воспринимающих все усилие (рис. 188, б). При большом
выгибе перед усилением стойку необходимо выправить, например,
с помощью домкратов (рис. 188, в). Аналогично могут выправляться
сжатые и сжато-изгибаемые элементы стержневых конструкций.Рис. 189. Ремонт отдельных участков элементов и узлов:а» б — замена нижнего конца стойки; в — замена опорного узла фермы;
J — поврежденный участок; 2 — вспомогательная стойка; 3 — домкрат;
4 — хомут для вывешивания ремонтируемой стойки; 5 — замененный уча¬
сток стойки; 6 — верхний и нижний пояса фермы; 7 — металлический
опорный уз ел252
Растянутые элементы, имеющие дефекты и признаки разрушения,
могут быть усилены постановкой накладок и прокладок, соединенных
с ремонтируемым элементом расчетным числом связей (рис. 188, г).
В растянутых стыках более надежным является постановка металли¬
ческих натяжных хомутов (рис. 188, д).Замена отдельных элементов или их участков должна производить¬
ся при обязательной разгрузке этого элемента. Если, например, ре¬
монтируется стойка с заменой загнившего нижнего конца, то она раз¬
гружается с помощью вспомогательной стойки, вывешивается, затем
удаляется поврежденный участок и стойка наращивается каким-либо
образом (рис. 189, а, б). Загнившие опорные узлы ферм вырезают,
оставшийся материал антисептируют, а вырезанные части заменяют
новой конструкцией из защищенной от загнивания древесины или,
что предпочтительнее при ремонте, металлической конструкцией
(рис. 189, в) с необходимой изоляцией ее от древесины.Глава XIIIЭКОНОМИКА КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС§ 93. УСЛОВИЯ СОПОСТАВИМОСТИ ВАРИАНТНЫХ РЕШЕНИЙЭффективность проектных решений достигается не только внедре¬
нием новых прогрессивных типов зданий, сооружений, конструкций
и материалов, но и правильным экономическим обоснованием конструк¬
тивных решений на всех этапах проектирования как объекта в целом,
так и отдельных его частей. В постановлении ЦК КПСС и Совета Ми¬
нистров СССР «Об улучшении проектно-сметного дела» (май 1969 г.)
отмечается необходимость совершенствования вариантного проекти¬
рования и повышения требований к экономическому обоснованию про¬
ектов.Поэтому при изучении курса строительных конструкций и соору¬
жений из дерева и пластмасс должное внимание должно быть уделено
вопросам экономической оценки проектных решений на основании со¬
поставления технико-экономических показателей вариантов.Оценка вариантов проектов зданий и сооружений производится
сравнительным анализом технико-экономических показателей.Для правильной оценки сравниваемых вариантов должны быть
обеспечены условия их сопоставимости, которые делятся на общие
условия сопоставимости, распространяемые на здание или сооружение
в целом, и на частные условия сопоставимости, относящиеся к отдель¬
ным конструктивным элементам проектируемого здания или соору¬
жения.К общим условиям сопоставимости относятся:проектные решения, сопоставимые по назначению;253
проектные решения, составляемые в соответствии с действующими
СНиП и техническими условиями для одного и того же района строи¬
тельства и условий эксплуатации;показатели стоимости по вариантам, рассчитанные для условий
одного и того же района строительства, в едином уровне цен на анало¬
гичные конструкции и материалы, с применением единой сметно-нор-
мативной базы;эксплуатационные расходы, определяемые при одинаковых ценах
на тепловую и электрическую энергию и воду;определение приведенных затрат, когда все виды затрат приводят¬
ся к единому моменту времени;варианты решений, разрабатываемые с одинаковой детальностью.
При оценке отдельных вариантов строительных конструкций кроме
общих условий сопоставимости, должны обеспечиваться и следующие
частные условия:конструкции рассчитываются на одинаковые полезные, ветро¬
вые, снеговые и сейсмические нагрузки;сравнение конструкций производится или в деле, или при равной
степени их законченности и при равном соответствии техническим
нормам;если при различных вариантах решения конструктивного элемента
изменяются объемы работ по смежным конструктивным элементам, то
для сравнимости необходимо учитывать разницу в затратах по смежным
элементам; изменение в смежных элементах вызываются следую¬
щими факторами: различным собственным весом, неодинаковым очер¬
танием верхнего и нижнего поясов ферм или балок покрытий, неоди¬
наковым расстоянием между температурными швами, различным креп¬
лением рассматриваемых конструкций к смежным конструкциям
и т. д.При сравнении ограждающих конструкций отапливаемых зданий,
когда сопротивление теплопередаче их различно, необходимо учиты¬
вать разницу в единовременных и эксплуатационных затратах на отоп¬
ление.К частным условиям сопоставимости относятся также условия,
вызываемые специфическими требованиями к зданиям или сооруже¬
ниям, связанными с их назначением, например, такие, как освещенность,
санитарно-гигиенические условия труда, размещение технологическо¬
го оборудования и т. п.Технико-экономическая оценка вариантов проектных решений
производится по основным и дополнительным технико-экономическим
показателям:Основные показатели:Стоимость в деле, руб.Годовые эксплуатационные расходы, руб./год
Приведенные затраты, руб.Экономический эффект, руб.:на расчетную единицу измеренияна единицу веса или объема применяемых конструкций или основных материа¬
лов254
Дополнительные показателиКапитальные вложения в базу, руб./год
Продолжительность строительства зданий и сооружений, мес
в том числе рассматриваемого комплекса конструкций, мес
Вес конструкций, тОбъемы конструкций в деле (по материалам), му
Расход основных материалов по видам с учетом отходов
круглый лес (всего), м3;
в том числе:
ь на конструкции
на леса и вспомогательные конструкции
пиломатериалы (всего), м3
в том числе:
на конструкциина леса, опалубку, вспомогательные конструкции
фанера, м3синтетические смолы, т
асбестоцемент, м3
утеплители по видам, м3
сталь в натуральном весе (всего), т
в том числе:
на конструкциина монтажные детали и соединения
Трудоемкость изготовления, чел. • дн.Транспортные и складские расходы, руб.Трудоемкость возведения, чел. • дн.Для анализа вариантных решений применяемых конструкций по¬
казателем экономичности может служить стоимость конструкций
в деле, т. е. стоимость конструкций, установленных в проектное по¬
ложение.Стоимость в деле включает в себя стоимость материалов, стои¬
мость изготовления, транспортирования и монтажа. При этом
имеется ввиду, что срок службы конструкций и затраты на их эксплу¬
атацию одинаковы. Однако этот показатель не может быть во всех слу¬
чаях критерием эффективности при сравнении между собой деревян¬
ных конструкций.Допустим, что сравниваются между собой деревянные конструкции
из пропитанной древесины с различным качеством пропитки и кон¬
струкции из непропитанной древесины. Ясно, что стоимость конструк¬
ций из пропитанной древесины выше. Различна также себестоимость
деревянных элементов при различной технологии их пропитки. Срок
службы конструкций из пропитанной древесины гораздо больше и
эксплуатационные расходы соответственно меньше. Долговечность
деревянных конструкций может быть обеспечена улучшением их кон¬
струкций и некоторым увеличением расхода материала, что удорожает
конструкцию.Судить об эффективности при сравнении более дорогих долговеч¬
ных деревянных конструкций с менее дорогими, но и менее долго¬
вечными деревянными конструкциями можно, сопоставляя показа¬
тели приведенных затрат. Приведенные затраты включают в себя
стоимость конструкций в деле, капитальные вложения в базу, эксплу¬
атационные расходы. Вариант, для которого приведенные затраты ми¬
нимальны, принимается для последующей разработки.255
Для обеспечения сопоставимости все технико-экономические пока¬
затели по вариантам приводятся к единым для сравниваемых вариантов
расчетным единицам:ЗданияКаркасы одноэтажных зданий и конструкций зданий в целом, м2 развернутой пло*
щади зданияФундаменты зданий, м? площади зданияКолонны и опоры основные, м2 развернутой площадиКолонны фахверка, м2 площади стеныКонструкции покрытий и перекрытий, м2 горизонтальной проекцииПодкрановые пути, м длины путиСтены, м2 площади стены за вычетом проемовПереплеты оконные, м2 заполняемых проемовПерегородки, м2 площади перегородок за вычетом проемовСооруженияРезервуары, м? полезной емкости
Бункеры, то же
Градирни, шт.Опоры под трубопроводы, шт.Транспортные галереи, погрузочные эстакады, м длины галереи или эстакады
Мосты автодорожные, м2 полезной площади проезжей части с тротуарами
Мосты железнодорожные, м длины моста
Опоры линий электропередачи, км длины трассы
Радиобашни, радиомачты, осветительные вышки, шт.Чтобы правильнее выявить степень экономической эффективности
сравниваемых вариантов решения отдельного конструктивного эле¬
мента здания, следует сравнивать технико-экономические показатели
по этому элементу, а не по всему зданию или сооружению. При этом
смежные конструктивные элементы должны быть одинаковыми.Если различные варианты сравниваемого конструктивного эле¬
мента вызывают существенное изменение в конструкции и в расходе
материалов в смежных конструктивных элементах, это следует учи¬
тывать при анализе технико-экономических показателей. В этом слу¬
чае технико-экономические показатели должны находиться как от¬
дельно по сравниваемому элементу, так и по всему сооружению в
целом.Можно давать так называемое развернутое сравнение вариантов,
где сопоставляются показатели расхода материалов и их стоимость,
трудоемкость и стоимость изготовления, перевозки, монтажа как от¬
дельных элементов несущих и ограждающих конструкций (колонн,
ферм, панелей), так и по некоторым комплексам элементов сооружения
(например, по несущим и ограждающим конструкциям, по фундамен¬
там и т. д.). В таком сравнении определяющими факторами остаются
показатели стоимости в деле или приведенные затраты, которые нахо¬
дятся и для отдельных элементов конструкций, и для комплексов кон¬
струкций, и для всего сооружения в целом. Но развернутое технико¬
экономическое сравнение позволяет произвести дифференцированный
сравнительный анализ разрабатываемых вариантов решений по самым
различным показателям. В результате чего можно найти причины удо¬
рожания тех или иных конструкций или видов работ и предпринять256
конкретные меры (или дать рекомендации), которые улучшат экономи¬
ческие показатели основного варианта.Сравнительный анализ развернутых показателей вносит элемент
научного исследования и поиска при разработке основного варианта
здания или сооружения. В процессе разработки основного варианта,
варьируя конструктивными решениями отдельных элементов и узлов,
материалами для изготовления элементов, способами производства
работ, можно улучшить некоторые показатели в системе развернутого
технико-экономического сравнения.Показатели расхода материалов на принятую единицу измерения
находятся по чертежам конструкций. Стоимость материалов находит¬
ся по соответствующим прейскурантам оптовых цен на материалы и из¬
делия:Показатели расхода материалов в деле находятся с учетом отходов,
которые нормированы и установить их можно или по нормативным ис¬
точникам, или по данным, приведенным в § 95.Показатели стоимости конструкций и изделий находятся или по
соответствующим прейскурантам, или калькуляцией заводской себе-
стоимости, которая складывается из стоимости материалов, сушки и
антисептирования (для древесины), покраски (для металла), основной
заработной платы производственных рабочих и накладных расходов.Трудоемкость изготовления определяется по соответствующим
Единым нормам и расценкам (ЕНиР) и по калькуляции трудозатрат.
В ЕНиРах приведены не только комплексные нормы на изготовление
изделий или элементов, но и нормы на отдельные операции, пользуясь
которыми можно найти трудоемкость изготовления практически лю¬
бой конструкции.Трудоемкость монтажа определяется по Единым районным единич¬
ным расценкам (ЕРЕР). Если в нормативных документах отсутствуют
данные по монтажу разработанных в проекте элементов и конструк¬
ций, можно воспользоваться методом аналогии, считая, что трудоем¬
кость монтажа этих конструкций равна трудоемкости монтажа ме¬
таллических или деревянных конструкций такой же массы или га¬
баритов и с такими же, примерно, монтажными соединениями.Не все еще исходные данные в настоящее время можно найти в нор¬
мативных источниках. Поэтому их необходимо собирать в проектныхЛесопродукция, пиломатериалыСинтетические смолы, пластмассы, клеиСтальные изделияБолты, гайки, гвозди, шурупыАнтисептирование (антисептики)Огнезащитная покраскаОлифа, краски, грунтовкаАсбестоцементные изделияФанера строительнаяУтеплители органическиеСталь кровельная оцинкованнаяРулонные материалы для покрытийРулонные материалы для изоляцииМастика, битумРаствор цементный07—0305—0101—0901—0505—0118—1405—0406—0407—0606—15—0101—0206—0306—03
06—14а1772 2-734257
и научно-исследовательских организациях, занимающихся проекти¬
рованием и исследованием современных конструкций из клееной дре¬
весины и с применением пластмасс или на предприятиях, изготавли¬
вающих подобные и аналогичные конструкции.§ 94. ВЫБОР ВАРИАНТОВ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙОсновываясь на задании на проектирование принимается тип несу¬
щих и ограждающих конструкций и разрабатывается схема здания
(сооружения). При этом следует руководствоваться соображениями,
изложенными в § 17 и § 93. При выборе вариантов конструктивных ре¬
шений для сравнения их между собой надо иметь в виду следующее.Не рекомендуется сопоставлять между собой конструкции инду¬
стриального и построечного изготовления. Несущие конструкции зда¬
ний, изготовленные на заводе из клееных элементов оказываются в
большинстве случаев экономичнее конструкций из брусьев и досок.
Объясняется это не тем, что клееные конструкции экономичнее по
расходу материала (в том и другом случае надо стремиться к проектиро¬
ванию оптимальных сечений элементов конструкции), а более рацио¬
нальным использованием пиломатериалов различного сорта и каче¬
ства.При индустриальных несущих конструкциях покрытия и ограж¬
дающие конструкции целесообразно применять также индустриального
изготовления. Это многослойные конструкции со средним слоем из
пенопласта и с обшивками из алюминия или из асбестоцемента; плиты
(панели) с каркасами из древесины и обшивками из асбестоцемента,
фанеры, ДВП, стеклопластика.Кровельные плиты и глухие стеновые панели должны быть одина¬
ковыми по конструктивному решению. В качестве стенового огражде¬
ния можно применять светопрозрачные панели с деревянным каркасом
и обшивками из полиэфирного стеклопластика или цельноформо¬
ванные. При несущих конструкциях построечного изготовления кон¬
струкции покрытия следует применять также построечного изготов¬
ления. Это или гвоздевые щиты, или прогоны по ним, бруски, об¬
решетка и т. д.Сопоставляя сегментные и трапецеидальные фермы покрытий сле¬
дует учитывать различную схему связей и дополнительные затраты на
наружные стены, связанные с большой высотой трапецеидальных ферм
на опорах, вследствие большей площади кровли сегментных ферм сле¬
дует учитывать дополнительные затраты на пароизоляцию, утепли¬
тель, кровлю, а также разницу в затратах на кровельные плиты или про¬
гоны и настил вследствие различной величины снеговой нагрузки.
Особенно важен этот фактор при сопоставлении треугольных ферм или
арок с фермами с пологим очертанием верхнего пояса.Учитывая, что рулонная кровля долговечнее при пологих кровлях,
при сопоставлении ферм с пологим очертанием верхнего пояса с сег¬
ментными фермами в последних рекомендуется выравнивать кровлю
постановкой дополнительных стоек (рис. 190, а, б). Целесообразно
выравнивать кровлю таким образом и для многопролетных зданий.258
вРис. 190. Схемы зданий:а — двухпролетные поперечники с трапециевидными фермами; б — то же, с
сегментными фермами и с надстройками: в — однопролетные поперечникиЭтим уменьшается снеговая нагрузка, так как ликвидируются так на¬
зываемые «мешки» и исключается устройство внутренних водостоков,
нежелательных в конструкциях из дерева.В качестве варианта для сравнения со схемами, показанными на
рис. 190, а и б, можно принять схемы, приведенные на рис. 190, в,
т. е. однопролетные поперечники с несущей конструкцией покрытия
большого пролета без промежуточных стоек.Следует, по возможности, избегать сопоставления таких конструк¬
тивных решений, при которых необходимо учитывать различия смеж¬
ных несущих элементов. Так, нецелесообразно сравнивать распорные
конструкции с безраспорными. Можно, например, для сравнения в
качестве вариантов принять арку с затяжкой на защемленных колон¬
нах и двухшарнирную раму с покрытием в виде фермы (рис. 191, а,
б) или трехшарнирные рамы из гнутоклееных и прямолинейных эле¬
ментов с различными конструкциями карнизных узлов (рис. 191, в, г).
Если сравнивать трехшарнирные рамы с двухшарнирными с защемлен¬
ными колоннами, то при таком сопоставлении необходимо учитывать
разницу в затратах на фундаменты.При сравнении трехшарнирных рам из прямолинейных и гнутых
элементов с клееными арками, опирающимися на фундамент (рис. 191,
д), необходимо учитывать разницу в затратах на стены и кровлю.Можно сравнивать клееные арки одинакового пролета из прямо¬
линейных полуарок с полуарками кругового очертания. Основным
условием сопоставимости в этих случаях должна быть полезная вмес¬
тимость склада.
Рис. 191. Схемы рамных поперечников:а — покрытие в виде арки с затяжкой; б покрытие в виде треугольной фермы;
в — гнутоклееная рама; г — рама из прямолинейных элементов; д — клееные арки
прямолинейного и кругового очертания'Число сравниваемых вариантов можно увеличивать, варьируя
шаг рам или арок для отыскания наиболее оптимального шага при
данном очертании, пролете, нагрузке и пр. При этом надо учитывать
расход материала на прогоны покрытия, которые могут решаться по
разрезной и неразрезной схеме (двух- и трехпролетными).§ 95. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Определение стоимости в делеСметная или сметно-расчетная стоимость любых типов и видов кон¬
струкций в деле, учитывающая стоимость изготовления конструкций,
транспортирования и монтажа, руб., может быть представлена в сле¬
дующем виде:Сд = [(С, + Сх) /С,.с + Ссб + Су + С0 + Св + Н] Кз.в/Спл, (176)гдеС3 — заводская стоимость конструкции; Ст—стоимость транспор¬
тировки конструкции до стройплощадки и погрузочно-разгрузочных
работ; /Сз.с — коэффициент, учитывающий заготовительно-складские
расходы; ССб—стоимость укрупнительной сборки; Су — стоимость
монтажа; С0 — стоимость огнезащитной окраски деревянных элементов
и окраски стальных элементов, включая затраты на устройство подмос¬
тей и т. п.; Св—стоимость различных вспомогательных работ, необ¬
ходимых для возведения конструкции; Н — накладные расходы;
/Сз.н— коэффициент, учитывающий удорожание работ при производ¬
стве их в зимнее время; /Спл— коэффициент, учитывающий плановые
накопления.260
Заводскую стоимость некоторых конструкций можно найти по
прейскурантам оптовых цен, введенных в действие с 1 июня 1967 г.
При отсутствии оптовых цен стоимость франко-завод новых типов
и видов конструкций, например, из клееной древесины, из пластмасс
рекомендуется определять, составляя калькуляции.Определение заводской стоимостиДеревянные конструкции. Расчетная себестоимость изготовления
на заводе деревянных конструкций или отдельных деревянных эле-
ментов, руб., определяется по следующей упрощенной формуле:Сз.д.к = [С0.М+С зарпл. Ссуш ^ант] КвЛпл.3,	(177)где Со.м—стоимость основных материалов; руб.; Сзарпл — заработ¬
ная плата, руб.; Ссуш —стоимость сушки древесины; СаНт — стоимость
антисептирования древесины; Квн — коэффициент, учитывающий ком¬
мерческие расходы и принимаемый 1,028; /Спл.з — коэффициент, учи¬
тывающий плановые накопления предприятий, принимаемый равным
1,12.Стоимость основных материалов, руб., находится с учетом стои¬
мости использования отходов по формулам:1.	Для отдельного элемента из цельной древесиныС0.М = КПИЛ.Ц1-У0ТХ.Ц2)	(178)где Vпил — расход древесины в заготовке, м3; Цх— стоимость 1 м3 пи¬
ломатериалов различных сортов и различного сортамента находится
по прейскуранту 07—03 оптовых цен; 1/ОТх — выход использованных
отходов, равный 10...20% расхода пиломатериалов; Ц2 — стоимость1	м3 отходов.Расход пиломатериалов в деле для изготовления деревянных кон¬
струкций из брусьев и досок находится по чертежам конструкций.Расход древесины в заготовке УПИЛ находится с учетом отходов
при раскрое, которые принимаются равными: для ферм с элементами
из брусьев и досок — 25%; для прочих конструкций из брусьев и до¬
сок (кроме щитов) — 13%; для щитов кровли и покрытий —7%.2.	Для металлодеревянной конструкции с элементами из цельной
древесиныСо.м = S (Упил * Ц1 ^отх * 42)1 Сст.эл,	(179)Iздесь 2 — стоимость древесины i-ro количества элементов конструк¬
ции; Сст.эл — себестоимость стальных элементов (франко-завод из¬
готовитель).3.	Для отдельного клееного элемента из досокСо.м = S ^пил • IU - Vm • ц2 + Скл • ЦКЛ) (180)где i — сорта древесины в соответствии с категориями по высоте се¬
чения клеедощатого блока; GKJ] — расход клея для изготовления заго¬
товочного блока из досок; ЦкЛ — стоимость клея, которая находится
по прейскуранту 05—01.261
4.	Для клееной конструкцииСо.м = 2 (Упил * ^1 ^ОТХ * Ц2)/ “Ь Скл + Сст.эл»	(181)здесь i — число заготовочных элементов; Скл — стоимость клея, Скл == Оцл • Цкл.Для клееной конструкции или отдельного элемента расход пилома¬
териалов, м3, рассчитывается с учетом отходов при раскрое и изготов¬
лении стыков «зубчатый шип», при острожке слоев, торцовке загото¬
вочного блока:УшЛ = КгК2Кз-Ук,	(182)где Ki — коэффициент, учитывающий отходы при раскрое черновых
заготовок, равный для элементов без стыков «зубчатый шип» 1,07,
для элементов со стыками 1,09; /С2—коэффициент, учитывающий
отходы при острожке досок и боковых сторон заготовочного блока, рав¬
ный 1,52 для криволинейных блоков из досок толщиной 25 мм; рав¬
ный 1,35 при толщине досок 35 мм и 1,25 для прямолинейных бло¬
ков при толщине досок 45 мм (толщины досок даны после острожки);
/С3 — коэффициент, учитывающий отходы на торцовку заготовочного
блока, равный 1,03; VK — объем конструкции или отдельного элемен¬
та в деле, определяемый по чертежам.Расход клея для изготовления клееных конструкций, кг,^кл.шв ("сл—!)кл	Мел	к’	^^здесь Окл.шв — расход клея клеевого шва, принимается равным 0,25...
0,3 кг/м2; nCJ] —число слоев в заготовочном блоке; 80 — толщина досок
после острожки; VK—объем древесины в заготовочном блоке или в
конструкции.5.	Для клеефанерной конструкцииСо.м = X (Упил ■ 4l — К>ТХ * ^2)t+ Сф + Скл + Сст.эл. (184)Расход фанеры рассчитывается с учетом отходов при раскрое в раз¬
мере 5% объема фанеры в разработанной конструкции Уф.р = 1,05 X
X Кф.к. Стоимость фанеры Сф = Кф.р • Цф. Стоимость наиболее ши¬
роко применяемой для изготовления строительных конструкций фа¬
неры марки ФСФ по сортам находится по прейскуранту 07—06. Объем
фанеры в конструкции Уф.н находится по чертежам.Заработная плата основных производственных рабочих C3ap™,
руб.,Сзарпл = Е [Сч.,.пГ0.т (1 + Ки)],	(185)здесь Сч.з.п — часовая заработная плата рабочих, выполняющих от¬
дельные технологические операции; находится по ЕНиРам; 7от —
трудоемкость, чел. • ч, отдельных технологических операций, учиты¬
ваемых при определении основной заработной платы, которая находит¬
ся по ЕНиР; /Сц—коэффициент, учитывающий начисления на за¬
работную плату, содержание и эксплуатацию оборудования, цеховые
и общезаводские расходы, равный 130% основной заработной платы.262
Клееные конструкции из дерева и пластмасс и пластмассовые
конструкции. Стоимость франко-завод изготовитель конструкций из
дерева и пластмасс и пластмассовых конструкций находится так же,
как и для деревянных конструкций.Расчетная себестоимость конструкций из дерева и пластмасс скла¬
дывается из стоимости основных материалов (древесины, пластмасс,
клея и стальных элементов); основной заработной платы с начисле¬
ниями, стоимости сушки и антисептирования древесины, дополни¬
тельных затрат, связанных с применением пластмасс:Сз.д.ш1 = [(Сд + Спл + Скл +Сст.эл) + Сзарпл ССуш “Ь Сант + Сдоп] XX /Свн/Спл.	(186)Аналогично рассчитывается себестоимость пластмассовых конструк¬
ций:Сз.пл.к = [(Огл СклСст.эл) 4" Сзарпл + СДОп] КънКПл*	(187)Расход основных материалов находится по чертежам конструкций
с учетом отходов при производстве. Определение расхода древесины
и клея рассмотрено выше. Размеры отходов пластмасс принимаются
в процентах от расхода материала в деле: при использовании листовых
материалов — 5%; при использовании жидких смол и прочих компо¬
нентов, необходимых для получения материала в процессе полимери¬
зации— 7%; стекловолокна различного типа — 5%; при использо¬
вании плиточных пенопластов — 3%; при использовании вспениваю¬
щих пенопластов — 1%.Стоимость основных материалов находится в соответствии с це¬
нами, которые даны в прейскурантах.Заработная плата также может быть найдена по действующим нор¬
мативным источникам, так как технологические процессы изготовле¬
ния конструкций с применением пластмасс состоят из таких обычных
операций, как раскрой и заготовка элементов, их механическая обра¬
ботка, подготовка склеиваемых поверхностей, приготовление и нане¬
сение клеев, сборка и склеивание, которые применяются во многих
отраслях техники.Определение остальных показателей,
входящих в формулу (176]Стоимость транспортных расходов Q определяется по Ценнику
№ 3 сметных цен на перевозку грузов для строительства. При отсут¬
ствии цен на перевозку новых видов конструкций они устанавливают¬
ся по аналогии.Заготовительно-складские расходы принимаются в размере 2%
стоимости конструкций франко-приобъектный склад (кз.с = 1,02).Стоимости укрупнительной сборки ССб, монтажа Су, окраски С0
и других работ Св определяются по сборникам ЕРЕР или по сметам.
Для новых типов конструкций эти стоимости рекомендуется опреде¬
лять на основе временных единичных расценок и на основе калькуля¬263
ций, разработанных организациями, проектирующими и внедряющи¬
ми в практику подобные конструкции.Нормы накладных расходов принимаются в соответствии со Сбор¬
ником норм накладных расходов в строительстве, введенных в дей¬
ствие с 1 января 1969 года. Для деревянных и пластмассовых кон¬
струкций рекомендуется принимать Н = 19,8% стоимости прямых
затрат, составляющих [(С3 + Ст) Кз.с + Ссо + Су + С0 + CJ.Среднегодовые проценты удорожания, связанные с производством
работ в зимнее время, рассчитываются в соответствии с действующими
Временными нормами дополнительных затрат при производстве работ
в зимнее время (ВНДЗ-69). При учете удорожания работ следует
пользоваться дифференцированными нормативами в зависимости от
температурной зоны и характера конструкций.Плановые накопления для деревянных клееных конструкций и
конструкций из пластмасс принимаются в размере 6% сметной себе¬
стоимости конструкции (/Спл = 1,06).Определение показателей трудоемкостиТрудоемкость изготовления стальных элементов состоит из трудо¬
емкости правки металла, разметки, резки, образования отверстий,
нарезки резьбы, сварки, огрунтовки и внутризаводских транспортных
операций.Трудоемкость изготовления элементов деревянных конструкций
складывается из транспортных операций, поперечного раскроя, пер¬
вичной торцовки досок, острожки, опиливания концов досок на «зуб¬
чатый шип», склейки заготовочных блоков.Трудоемкость сборки конструкций из заготовочных элементов оп¬
ределяется суммарной трудоемкостью операций транспортирования
заготовочных деталей в процессе сборки, приторцовки элементов в
узлах, образования необходимых отверстий, постановки болтов, за¬
бивки гвоздей (см. пример 16 [10]).Приведенные затратыПриведенные затраты являются главным показателем при опреде¬
лении эффективности варианта конструктивного решения. Они опре¬
деляются к моменту ввода объекта в эксплуатацию и учитывают стои¬
мость конструкций в деле, капитальные вложения в организацию про¬
изводства конструкций, а также эксплуатационные расходы и нахо¬
дятся по формулеСп = МСл + ЕнК) + Эр, РУб-,	(188)где (х — коэффициент, учитывающий сроки службы конструкций;
Сд — стоимость конструкций в деле, руб.; Ен — нормативный коэф¬
фициент эффективности капитальных вложений, принимается равным
0,12; К — суммарные капиталовложения в производство конструкций,
руб. • год; Э — среднегодовые эксплуатационные расходы, руб. • год264
(для деревянных и металлодеревянных конструкций — 2% Сд, для
клеефанерных конструкций — 3% Сд, для деревопластмассовых кон¬
струкций — 1,5% Сд, для стеклопластиковых конструкций — 0,5%
Сд); р — коэффициент приведения предстоящих эксплуатационных
затрат к исходному уровню.Коэффициенты (х и р определяются в зависимости от сроков службы
конструкций по Методическим указаниям НИИЭС (см. § 8 [10]).Капитальные вложения в базуКапитальные вложения в базу складываются из затрат на органи¬
зацию производства конструкций, изделий, полуфабрикатов, материа¬
лов, необходимых для изготовления конструкций. Суммарные капи¬
таловложения (в руб. • год) в базу по производству различных кон¬
струкций находятся по следующим формулам (в общем виде):для металлодеревянных конструкций индустриального изготовле¬
ния из клееных элементовКкл.к = К v. Д.КЛ ' Vц “Ь Ккл * ^КЛ *4" Кст^Л • Сст.эл*	(189)лгде Ку.г., — удельные капиталовложения в производство клееных
деревянных конструкций или элементов, руб. • год; Ул — объем дере¬
вянных конструкций или элементов, м3; К*. —удельные капитало¬
вложения в производство клея, руб. • год; GK„ — расход клея, т;
Кст.эл — удельные капиталовложения в производство стальных эле¬
ментов на заводах деревянных конструкций, руб. • год; GCT.Эл — мас¬
са стальных элементов, т;для деревянных конструкций построечного изготовленияКд.н *= Ку.д.к • Vа -4“ Кст.эл • Gct^»	(190)здесь Ку.д., — удельные капиталовложения в производство конст¬
рукций из цельной древесины, руб. • год; Уд, Кст-эл, GCT.9* — см.
выше;для клеефанерных конструкцийКф.н = К у jj.k • Уй 4“ Ку.ф.к • Уф.к Ккл • GKJl,	(191)где Ку.ф — удельные капиталовложения в производство фанеры
или фанерных конструкций, руб. год; 1/ф.* — расход фанеры, м3;
для деревопластмассовых конструкцийiК.Д.П.К — Ку.д.цд Уд Kv.IUl.K ' ^пл.к “Ь 2 (Кпл./ * Oxtnj)) (192)здесь Ку.д.кл, Уд — см. выше; Ку.™.» — удельные капиталовложе¬
ния в производство конструкций с применением пластмасс, руб. • год;
Спл.к — масса конструкций; K™.i — удельные капиталовложения
в производство t-го вида материала или изделия, руб. год; Gaji.t —
расход i-го вида материала или масса элемента, т;18 *-734	205
для трехслойных панелей с применением древесины, фанеры, алю¬
миния, асбестоцемента и пластмасс (в развернутом виде)Ктр.к = Ку.тр.к * Fтр.к + Ку.д.к • Ул -J“ Кф • Уф -J- кад • Gajl Кавб • Faeg
+ Кпл • ^пл + Ккл • <3кл “Ь Кст.эл • Осю.эл И Т, д.,	(193)где Ky.xp.Kft— удельные капиталовложения в производство трехслой¬
ных панелей, руб. • год; FTp,K — площадь панелей, м2.В соответствии с конструкцией трехслойной панели в формулу
(193) могут входить те или иные составляющие.Нормативы удельных капиталовложений в производство основ¬
ных материалов и конструкций по отрасли строительства следует
брать из сборников нормативов удельных капиталовложений или по
рекомендациям НИИЭС и ЦНИИСК.
ПРИЛОЖЕНИЯП риложение 1Таблица 1. Битумная пастаМаркаРасход составных частей на 100 кг пасты, кгНорма расхода, г на 1 м1
древесиныпастыФтористыйнатрийНефтебитумКеросинТорфя¬
ная пыльРабочего сос¬
тава пастыСухого ан¬
тисептика в
пасте10020030,331,2530,331,2530,331,259,16,25330640100200Таблица 2. Экстрактовая пастаМаркаРасход составных частей на 100 кг naGTbiНорма расхода, г на 1 м2
древесиныпастыФторис¬ЭкстрактТорфя¬РабочегоСухого анти¬тый, нат¬сульфитныхная пыль,Вода, лсостава пас¬септика врий, кгщелоков, кгкгтыпасте1002528,753,7542,54001002004026430500200Таблица 3. Паста на кремнефториде натрия с содойМаркапастыРасход составных частей на 100 кг пастыНорма расхода, г на 1 м*
древесиныКремне-Сода кальци»ЭкстрактРабочегоСухого анти¬фторидwнированная,сульфитныхВода, лсостава пас¬септика внатрия, кгкгщелоков, кгтыпасте1002016204450010020028222030680200Таблица 4. Составы антипирирующих растворовКомпонентыСодержание компо¬
нентов в составах,
массовых частейКомпонентыСодержание компо¬
нентов в составам,
массовых частейNo 1 |№ 2№ 3Лв 1 |№ 2 |№ зДиаммонийфосфат6Борная кислота40Сульфат аммония14—17,5Фторид натрия1,5—1,5Динатрийфосфат——2,5Вода78,58078,5Бура—~10—18*	267
Приложение 2Таблица 1. Переходные коэффициенты тп к расчетным сопротивлениям древесиныразных пород по отношению к сосне и елиПороды древесиныК сопротивлениямПороды древесиныК сопротивлениямрастяжению, изгибу,
сжатию и смятию
вдоль волоконсжатию н смятию
поперек волоконскалываниюрастяжению, изгибу,
сжатию и смятию
вдоль волоконсжатию и смятию
поперек волоконскалываниюХвойные:Твердые листвен¬лиственница1.21,21ные:кедр сибирский0,90,90,9дуб1.321,3пихта0,80,80,8ясень, клен,Мягкие листвен¬граб1.321,6ные:акация1.52,21,8ольха, липа0,81,31.1береза, бук1.11,61.3осина, тополь0,810,8вяз, ельм11,61Таблица 2. Коэффициенты условий работы гнутых элементовНапряженноеКоэффициенты для отношений R/6состояние125150200250500 и болееСжатие и изгиб0,70,80,911Растяжение0,50,60,70,81Примечание: R — радиус кривизны гнутого элемента; б — размер сечения
одной доски или бруска в направлении радиуса кривизны.Приложение 3Таблица 1. Расчетные характеристики древесных пластиков, МПаРасчетные сопротивленияМодулиНаименование и марка
материаловрастяже¬
нию Rpизгибу*исжатию*сскалыва¬нию(срезу)°ск(ср)упру¬
гости Есдви¬
га GФанера березовая ма¬
рок ФСФ и ФК сорта
В/ВВ, мм:
семислойная 6^81316100,6 (6)85007507570,8 (6,5)7000750пятислойная 6 до 713,51611,10,6 (5)950075062,560,8 (6)6000750трехслойная 6 = 4141611,50,6 (3,5)И 000F505—50,8 (5)500075#268
Продолжение прилож. 3
Продолжение табл. 1Расчетные сопротивленияМодулиНаименование и марка
материаловрастяже¬
нию Яривгибу*исжатию*0скалыва¬нию(срезу)^ск(ср)упру¬
гости £сдви¬
га GФанера бакелизирован-3233281,8(11)15 0001400ная марок ФБС иФБСВ
Древеснослоистые
пластики, мм:ДСП-Б б = 15...602425231,8(12)11 000140010913080715 000—ДСП-В б = 15...60
Плиты древесноволок¬
нистые:45604777000твердые51053,57500350сверхтвердые
Плиты древесностру¬6100651250500жечныеФанерные трубы мар¬
ки Ф-1, мм:2,3...4,22,5...4,52,1...3,7800...2000D = 50... 150252025—8100—D = 200...300251525—7300—Примечания: 1. Для фанеры в числителе даны значения при действии уси¬
лий вдоль волокон рубашек, а в знаменателе — поперек волокон.2.	Расчетные характеристики даны без скобок для скалывания вдоль слоев шпо¬
на, в скобках — для среза.Таблица 2. Расчетные характеристики пластмасс, МПаРасчетные сопротивленияМодульупругостиНаименование и марка материаловрастяже¬
нию Яризгибусжатиюсрезу^срСтеклопластики:полиэфирный листовой15151593000КАСТ-В11055453019 000СВАМ 1 :11602501405524 000АГ-4С 1 : 122011090—15 000Термопласты:стекло органическое вини¬152520141400пласт листовой:марки ВН1420148,51600марки ВП
Полимербетон ФАМ на песчано¬1318148,58000щебеночном наполнителе23,22714 000Примечание: Для полимербетона в отличие от модуля упругости для дру¬
гих материалов приведен модуль деформации £сек.269
Продолжение прилож. 3Таблица 3. Расчетные характеристики пено- и со топ ластов, МПа11лот-
ность,
кг/м3Расчетные сопротивленияМодулиНаименование и
марка материаловрастяже¬сжатиюедвигуупругостисдвиганию*0^сд*сGПенопластыПС вс200,040,0250,05221400,0750,060,03542600,160,1080,08985ПСБ200,0450,0250,025221400,090,060,035542600,160,1050,08985ПС-4400,220,10,08654600,360,140,149,58,58ПС-11000,90,420,31202011ФРП-1800,090,0850,0351083,51000,1150,120,05——	ПХВ-11000,630,250,29202011Сотопласты на
основе:крафт-бумаги300,1350,090,031106030бязевой ткани1000,691,010,225016080500,340,20,081404030Приложение 4Предельные гибкости элементов конструкцийЭлементы конструкцийПредельная
гибкость А,При эксплуатацииСжатые и сжато-изогнутые:пояса, опорные раскосы, опорные стойки ферм120колонны, арки, рамы; прочие элементы ферм150растянутые:пояса ферм в вертикальной плоскости150прочие элементы сквозных конструкций200Связи сжатые200Связи растянутые400При монтажеДеревянные пояса балок, ферм, арок из рабочей плоскости:при подъеме и установке конструкций на опоры:без стыков в поясах400со стыками350при закреплении конструкций временными оттяжками:без стыков в поясах350со стыками300270
Предельные прогибы изгибаемых элементовПриложение 5Элементы деревянныхЭлементы конструкций с при¬[-L1конструкций1 чменением пластмассММеждуэтажные перекры¬1/250Стеновые панели с оконнымитияпроемами, а также подоконныеЧердачные перекрытия1/200и надоконные вставки1/200 (1/350)Прогоны покрытий, стро¬1/200Стеновые панели, кроме ука¬1/125 (1/350)пильные ногизанных вышеОсновные клееные балки1/300Панели покрытий и подвесныхПанели с деревянным кар¬потолков1/150касом1/250Светопрозрачные волнистыеОбрешетки и настилы1/150листы:Ендовы1/400при Z < 1,5 м
при 1 = 1,5...3 м1/751/125Примечание. Значения предельных прогибов, приведенные в скобках, от¬
носятся к жилым зданиям.Приложение 6Определение коэффициентов продольного изгибаПриложение 7Клеи для изготовления клееных конструкцийСоставНаименова¬ниеМаркаСмолаКоли¬чествомассовыхчастейОтвердительКоли¬чествомассо¬выхчастейФенолофор-мальдегид-ныйКБ-3Б (ТУ6-05-14 40-71)100Керосиновый
контакт Петро¬
ва18...25Резорцино¬формальде¬гидныеФР-100илиДФК-1АМФР-12ТУ 6-05-281-3-72100Параформаль¬
дегид с дре¬
весной мукой11...15Карбамидные(мочевино¬формальде¬гидные)УКСКС-68М19-62УКС марки Б
КС-68
(ГОСТ 14231—78)М 19-62
(ГОСТ 14231—78)10010%-ный раст¬
вор щавелевой
кислоты или
хлористый ам¬
моний5...20
0,5...1271
Приложение 8Таблица 1. Расчетные сопротивления клеевых соединений, МПаСклеиваемые материалыМарна клеяСдвигРавно¬мерныйотрывФанера с фанерой или в древесиной
сосны вдоль волокон *КБ-3; ФР-12; ФР-102; УКС;
КС-68; М-19-62; ДФК-1-АМ»*Древесина сосны вдоль волокон с
древесиной •То же20Модифицированная полимерами древе¬
сина с модифицированной древесинойФ-1240Древесина со стальной арматуройЭПЦ-130	Древесина сосны вдоль волокон с
полиэфирным стеклопластиком *
Стеклопластик полиэфирныйПН-1со стеклопластикомПН-123,6с пенопластамн н с сотопластами на
крафт-бумаге *Алюминий с пенопластамн:КБ-3ПСБ, ПХВ, ПС-1, ПС-4К-153; КБ-3 с подслоем
БФ-2 *;——88Н; КС-10,040,04Алюминий с алюминиемЭПЦ-14,56,5Асбестоцемент с пенопластамн*ЭПЦ-1; К-153;—КС-1; 88-Н♦Расчетные сопротивления соединения определяются прочностью соединяемых
материалов.Таблица 2. Переходные коэффициенты к расчетным
сопротивлениям комбинированных соединенийМинимальная тол¬
щина соединяе¬
мых элементов,
ммСоединенияклеесварноеклееэаклепочноеклеевинтовоеДо 121,91.71...21.51.41,32...31,251,251,25Приложение 9Таблица /. Коэффициенты kw и kw для расчета составных деревянных элементов
на нагелях всех видовКоэф¬фици¬ентЧисло
слоев в
элемен¬
теДлина пролета, мКоэф¬фици¬ентЧисло
слоев в
элемен¬
теДлина пролета, м4О9 и бо¬
лее4ь9 и бо¬
лее^W20,850,90,9кж20,650,750,830,80,850,930,50,60,7100,70,80,85100,20,30,4Примечание. Для промежуточных значений длины пролета и числа слоев
коэффициенты находятся по интерполяции.272
Таблица 2. Коэффициенты податливости kcПри сжатииВид связейцентральномвнецентрен-комСтальные цилиндрические нагели при-<т154*12,5 d2‘>т1,53adadДубовыецилиндрические нагели1d21,5d*Гвозди110 d215 d2Примечания: 1. Значения kc для стальных нагелей определяются по тол¬
щине а более тонкого из соединяемых элементов.2.	Размеры d и а берутся в см.3.	Приведенную гибкость составного элемента, вычисленную по формуле (88),
не следует принимать больше гибкости ветвей, определенной по формуле
% = /„// S/ep/F6p , где /0 — расчетная длина элемента; 2/бр — сумма моментов
инерции брутто поперечных сечений всех ветвей относительно их осей, параллель¬
ных оси у (см. рис. 91); Ftp— площадь брутто сечения элемента.График для определения
коэффициента неравномерности1 — для асбестоцемента, алюми¬
ния, полиэфирного стеклоплас¬
тика; 2 — для КАСТ-В; 3 — для
фанеры.Приложение 10График для определения
коэффициентов р*, ра, Рз273
Приложение 11Характеристика тканей и пленокВид ткани, пленкиЧисло слоевТолщина,ммМасса,кг/м2Расчетные (длитель¬
ные) характеристикина растя¬
жение,
МПамодуль
деформа¬
ции, МПаВоздухонепроницаемые ткани на основе капроновоготекстиля№60однослойная0,60,450,960,74№ 806однослойная0,750,980,3611,40,444,4№42однослойная0,80,90,960,79№24однослойная0,91,20,3690,554,4№19двухслойная параллельно0,80,651,9220,9дублированная1,056,7№ 110Фтрехслойная параллельно1,81,25,415дублированная2,57Армированные пленки из полиамида с впресованными капроновыми сеткамиПС-40-П0,690,720,2650,194,1ПС-2000,710,941,1130,78,8Полиэфирная0,50,970,3515(лавсановая)Примечания: 1. В числителе показатели «по основе», в знаменателе — «по
утку».2. Воздухопроницаемые ткани на основе капронового текстиля поставляются в
рулонах шириной 0,9 м, а армированные пленки из полиамида с впресованными
капроновыми сетками в рулонах шириной 0,8...0,9 м.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.	Материалы XXVI съезда КПСС.— М. : Политиздат, 1981. 224 с.2.	Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций.— М. : Строй-
издат, 1977. 189 с.3.	Руководство по индустриальному изготовлению деревянных клееных конструк¬
ций для строительства.— М. : Стройиздат, 1975. 61 с.4.	Рекомендации по испытанию деревянных конструкций.— М. : Стройиздат, 1976.
28 с.5.	Г р и н ь И. М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материа¬
лов.— Киев — Донецк : Вища школа, 1979. 272 с.6.	И в а н о в А. М. и др. Строительные конструкции из полимерных материалов.—
М. : Высшая школа, 1978. 239 с.7.	И в а н о в В. А. Деревянные конструкции.— Киев : Госстройиздат УССР,
1962. 412 с.8.	Карлсен Г. Г. и др. Конструкции из дерева и пластмасс.— М. : Стройиздат, 1975.
688 с.9.	Клееные деревянные конструкции в зарубежном и отечественном строительстве
(обзор). — М., 1977. В надзаг.: ЦИНИС Госстроя СССР. 108 с.10. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования / Под
ред. В. А Иванов а.— Киев.: Вища школа, 1980. 392 с.И. Методы технико-экономического обоснования и оценки проектных решений про
мышленных зданий и сооружений.— М. : Стройиздат, 1972. 110 с.12.	Оболочки покрытий из пластмасс (обзор).— М., 1972. В надзаг. ЦИНИС Госстроя
СССР 88 с.13.	С а р ы ч е в В. В. Экономика деревянных конструкций.— М., 1977. В надзаг.:
МИСИ им В. В. Куйбышева. 128 с.14.	Эффективное использование древесины и древесных материалов в современном
строительстве. Материалы Всесоюзного совещания.— М., 1980. В надзаг.: Все¬
союзное НТО Стройиндустрия. 432 с.
ОГЛАВЛЕНИЕПредисловие 		3Введение 		5§ 1. Применение деревянных конструкций в строительстве . . . .		5§ 2. Роль полимерных материалов и конструкций из пластмасс		7§ 3. Краткий исторический обзор развития деревянных и пластмассовых конст*рукций 	. .	9Г лава I. Древесина и пластмассы как строительные материалы		15§ 4. Полимерные материалы и пластмассы		15§ 5. Лесные ресурсы. Ресурсы производства полимерных материалов ....	16§ 6. Строение и состав древесины		17§ 7. Состав и структура синтетических полимерных материалов .......	; 19§ 8. Конструкционные пластмассы 		22§ 9. Физические свойства древесины и пластмасс 				26§ 10. Механические свойства древесины и пластмасс		33§ 11. Работа древесины и конструкционных пластмасс		39§ 12. Влияние различных факторов на механические свойства древесины ипластмасс		45§ 13. Влияние естественных пороков на механические свойства древесины ...	48§ 14. Влияние дефектов структуры армированных полимеров на их свойства .	52§ 15. Сортименты лесных и сортаменты полимерных материалов		52Глава II. Применение строительных деревянных и пластмассовых конструкций взданиях 				53§ 16. Строительные деревянные и пластмассовые конструкции в зданиях и ихклассификация 		53§ 17. Составление конструктивной схемы здания (сооружения)		58§ 18. Защита деревянных конструкций от биологического поражения		62§ 19. Огнестойкость деревянных конструкций		67§ 20. Огнестойкость конструкций из пластмасс		69§ 21. Применение полимеров для защиты древесины		70Глава III. Основные положения и данные для расчета деревянных и пластмассовыхконструкций и сооружений 		71§ 22. Расчет по методу предельных состояний		7\§ 23. Расчетные характеристики материалов 		72276276
§ 24. Нагрузки и воздействия		75§ 25. Расчет центрально-растянутых элементов 		76§ 26. Расчет центрально-сжатых элементов 		77§ 27. Расчет изгибаемых элементов 		79§ 28. Расчет элементов, работающих на сложное сопротивление		82§ 29. Расчет сталеполимербетонных элементов		85Глава IV. Соединения элементов деревянных и пластмассовых конструкций • •	87§ 30. Классификация и основные требования, предъявляемые к соединиениям, элементов деревянных конструкций ..				87§ 31. Общие указания по расчету и конструированию соединений элементов дере¬
вянных конструкций 		90§ 32. Клеевые соединения элементов деревянных конструкций		91§ 33. Нагельные соединения элементов деревянных конструкций		99§ 34. Другие виды соединений элементов деревянных конструкций	106§ 35. Классификация и общие сведения о соединениях элементов пластмассовыхI конструкций 			112§ 36. Склеивание пластмасс 	113§р7. Сварка термопластичных пластмасс 	115§ 38. Механическое соединение пластмасс 	115Глава V. Составные стержни на податливых связях 		116§ 39. Общие сведения 	116§ 40. Расчет изгибаемых составных стержней на податливых связях	117§41. Расчет составных стержней на продольный изгиб	119§ 42. Расчет составных стержней на внецентренное сжатие	121Г лава VI. Применение дерева и пластмасс в ограждающих частях зданий ...	121§ 43. Общие сведения 	121§ 44. Деревянные конструкции построечного изготовления • . .	122§ 45. Расчет изгибаемых элементов покрытий			125§ 46. Конструирование трехслойных панелей покрытий и стен	129§ 47. Светопроницаемые ограждения покрытий и стен с применением пластмасс	130§ 48. Конструкции глухих трехслойных панелей *	135§ 49. Крепление ограждающих плит и панелей к элементам несущего каркасаздания 	140§ 50. Расчет трехслойных плит и панелей 	140Глава VII. Плоские сплошные конструкции	146§ 51. Дощатоклееные балки 		146§ 52. Армированные дощатоклееные балки 	150§ 53. Клеефанерные балки 			151§ 54. Арки. Основные положения по проектированию	155§ 55. Конструкции арок 	157§ 56. Рамы. Основные положения по проектированию	161§ 57. Конструкции рам 			162277277
Глава VIII. Плоские сквозные деревянные и пластмассовые конструкции ...	167§ 58. Общие сведения. Статическая характеристика	167§ 59. Правила конструирования и расчета ферм	171§ 60. Металлодеревянные фермы с прямолинейными поясами из брусьев ...	173§ 61. Многоугольные фермы на нагелях	174§62. Крупнопанельные фермы с верхними поясами из дощатоклееных блоков .	176§ 63. Сегментные фермы 	178§ 64. Фермы из фанерных швеллеров	Г80§ 65. Фермы и арки из фанерных и стеклопластиковых труб	181§ 66. Рамные поперечники зданий 		183§ 67. Пространственное крепление плоских несущих конструкций ......	187Г лава IX. Пространственные конструкции в покрытиях . . . . , .......	19!$ 68. Общие сведения и классификация деревянных пространственных конст¬
рукций 	191§ 69. Кружально-сетчатые своды	197§ 70. Кружально-сетчатые купола и сомкнутые своды	201§71. Купольные покрытия с плоскими несущими конструкциями	201§ 72. Купола-оболочки 	202§ 73. Деревянные оболочки 		203§ 74. Покрытия в виде структур	207§ 75. Общие сведения и классификация оболочек покрытий из пластмасс ...	212§ 76. Особенности проектирования стеклопластиковых оболочек	218Глава X. Пневматические конструкции	220§ 77. Общие сведения 		220§ 78. Виды пневматических конструкций	221§ 79. Проектирование пневматических конструкций 		224§ 80. Расчет пневматических конструкций			225§ 81. Опорные крепления пневматических конструкций	226Г лава XI. Специальные сооружения	227§ 82. Башни, вышки 	227§ 83. Мачты на оттяжках ,					232§ 84. Вытяжные трубы 	233§ 85. Леса, подмости, кружала 	235§ 86. Эстакады и галереи 	238$ 87. Мосты 	241Глава XII. Изготовление, контроль качества, эксплуатация, ремонт и усиление
деревянных конструкций 		244§ 88. Надежность деревянных строительных конструкций			244§ 89. Изготовление деревянных клееных конструкций		 .	246§ 90. Контроль качества деревянных клееных конструкций	248278278
§ 91. Эксплуатация и обследование деревянных конструкций	249§ 92. Ремонт и усиление деревянных конструкций	250Глава XIЧ. Экономика конструкций из дерева и пластмасс . . . . 		253§ 93. Условия сопоставимости вариантных решений	 		253§ 94. Выбор вариантов конструктивных решений		258§ 95. Определение технико-экономических показателей		260Приложения 	267Список литературы 	275
38.5я 73
И20УДК 624.01 (075.8)Конструкции из дерева и пластмасс. В. А. Иванов,
В. 3. Клименко.— Киев : Вища школа. Головное изд-воэ
1983.—279 с.В учебнике изложены вопросы проектирования пло¬
ских и пространственных несущих конструкций из дерева
и конструкционных пластиков. Рассмотрены эффективные
ограждающие конструкции, рекомендуемые для примене¬
ния в сооружениях из дерева и пластмасс. Наряду с тра¬
диционными конструктивными решениями большое вни¬
мание уделено новым современным балочным и простран¬
ственным формам покрытий.Нормативные материалы приведены по состоянию на
01.07.81.Для студентов вузов, обучающихся по специальности
«Промышленное и гражданское строительство».Табл. 17 Ил. 191 Библиогр.: 14 назв.Рецензенты: доктор технических наук А, М. Иванов
(Воронежский инженерно-строительный институт), ка¬
федра строительных конструкций (Львовский политех¬
нический институт).Редакция литературы по строительству, архитектуре
и коммунальному хозяйствуЗав. редакцией В. В. ГаркушаСкан - Ахат.Обработка — Armin.DVG.ru3202000000— 187 _И М211 (04)—83 213-82© Издательское объединение
«Вища школа», 1983
|Вениамин Александрович Иванов,\
Виталий Захарович КлименкоКОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАССРедактор А. И. Черкасенко
Переплет художника В. Г. Самсонова
Художественный редактор С. Р. Ойхман
Технический редактор Л. Ф. Волкова
Корректор С. Я. КахетелидзеИнформ. бланк № 6483Сдано в набор 30.12.81. Подп. в печать 15.02.83. БФ ОЗИЬ.
Формат 60X90Vle. Бумага типогр. № 2. Лит гарн. Выс. печать.
17,5 печ. л. 17,81. кр.-отт. 19,03. уч.-изд. л. Тираж 17000 экз.
Изд. № 5159. Зак. № 2—734 Цена 80 к.Головное издательство издательского объединения «Вшца школа»,
252054, Киев, 54, ул. Гоголевская, 7Отпечатано с матриц головного предприятия РПО «Полиграф-
книга», 252057. Киев-57, Довженко, 3 в Киевской книжной типо*
графин научной книги. 252004, Киев*4, Репина, 4. Зак. 3*209.