Г. Н. ЗУБАРЕВ ИМ. ЛЯЛИН
КОНСТРУКЦИИ
ИЗ ПЕРЕВА
И ПЛАСТМАСС
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одним из важнейших направлений прогресса строительства,
которое ведется у нас в огромных масштабах, является производ-
ство и применение легких и эффективных строительных конструк-
ций. В десятом пятилетием плане этой проблеме уделено большое
внимание. В Основных направлениях развития народного хозяй-
ства СССР на 1976—1980 годы, утвержденных XXV съездом
КПСС, ставятся важные задачи: существенно увеличить выпуск
укрупненных и облегченных строительных конструкций заводского
изготовления; шире применять в строительстве деревянные клее-
ные конструкции; организовать массовое производство пластмассо-
вых строительных конструкций; увеличить заводское изготовление
деревянных клееных конструкций примерно в 6 раз.
Современные легкие, особенно клееные деревянные, конструк-
ции заводского изготовления являются достаточно прочными и
долговечными. Они способны перекрывать большие пролеты и яв-
ляются стойкими в ряде химически агрессивных сред. Степень их
огнестойкости не ниже, чем конструкций из некоторых несгорае-
мых материалов. Применение деревянный конструкций в нашей
стране, богатой лесами, дает значительный технико-экономический
эффект.
Конструкции с применением пластмасс промышленного произ-
водства превосходят легкостью почти все известные строительные
конструкции. Они могут быть светопрозрачными, их быстро и
несложно возводить, и их применение, особенно в отдаленных ос-
ваиваемых районах, куда они могут доставляться в разобранном
виде, является весьма рациональным.
Настоящая книга предназначена для студентов специальности
«Промышленное и гражданское строительство» строительных вузов
и соответствует программе курса «Конструкции из дерева и пласт-
масс». Учитывая, что клееные конструкции являются основным
видом деревянных конструкций, им в книге уделено особое вни-
мание.
Параграфы пособия сопровождаются примерами расчета эле-
ментов, конструкций и вопросами для самопроверки, что облегчает
усвоение материала и особенно важно для студентов заочной и
вечерней систем высшего образования. Единицы физических вели-
чин даны в Международной системе (СИ). В начальных разделах
книги они повторены в действующей в настоящее время системе,
з
принятой в СНиПах и большинстве имеющейся учебной и техни-
ческой литературы.
В пособии использованы сведения из трудов инженерно-строи-
тельных вузов (МИСИ им. В. В. Куйбышева, ЛИСИ, ВЗИСИ,
КИСИ), научно-исследовательских и проектных институтов
(ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, ЦНИИ промзданий, ЦНИИЭП
зрелищных и спортивных зданий, НИИЭП сельстроя, Союздор-
НИИ) и других отечественных и зарубежных источников.
В книге главы 2—7 и 9—19 написаны Г. Н. Зубаревым, введе-
ние, главы 1 и 8 — И. М. Лялиным. Пример 14.1 и 15.1 составлен
В. М. Головиной, § 18.6 написан В. С. Сарычевым.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Капитальное строительство ведется в нашей стране во все воз*
растающих объемах. Повышение его качества, ускорение темпов,
снижение материалоемкости, трудоемкости и стоимости имеют ог-
ромное значение. Широкое применение в строительстве эффектив-
ных легких сборных конструкций заводского изготовления позво-
лит существенно ускорить сооружение строительных объектов,
упростить и снизить трудоемкость работ по сооружению фундамен-
тов, транспортированию и монтажу зданий и сооружений и полу-
чить благодаря этому значительный технико-экономический эф-
фект.
Особенно большое значение имеет применение легких транспор-
табельных конструкций в застройке отдаленных осваиваемых райо-
нов Дальнего Востока и Сибири, где темпы развития относитель-
но выше, чем в среднем по стране, но там нет еще разветвленной
сети путей сообщения и развитой строительной промышленности.
Такое же большое значение имеет применение легких конструк-
ций в сельскохозяйственном строительстве в глубинных сельских
районах с недостаточно развитой сетью дорог с твердым покрыти-
ем. Легкие строительные конструкции, изготовленные на специа-
лизированных предприятиях, могут быть доставлены в отдален-
ные и глубинные районы с меньшими трудностями и с использова-
нием менее грузоподъемных видов транспорта, чем конструкции из
тяжелых строительных материалов.
К числу легких строительных конструкций в первую очередь
относятся деревянные конструкции и конструкции с применением
пластмасс.
Деревянные конструкции являлись основными в течение многих
веков и имеют широкие перспективы применения в современном
облегченном капитальном строительстве. Огромные лесные богат-
ства нашей страны являются надежной сырьевой базой производ-
ства деревянных строительных конструкций. Основная масса на-
ших лесов находится в отдаленных районах Дальнего Востока и
Севера, которые в первую очередь нуждаются в легких конструк-
циях. Деревянные конструкции характеризуются малой массой,
малой теплопроводностью, повышенной транспортабельностью и
их перевозки на значительные расстояния вполне рациональны.
Легкая обрабатываемость древесины позволяет организовать их
изготовление без особых трудностей с применением в основном,
стандартного деревообрабатывающего оборудования.
5
Высокая (относительно массы) прочность древесины позволяет
создавать деревянные конструкции больших размеров для пере-
крытий зданий, имеющих свободные пролеты до 100 м и более.
Деревянные конструкции подвержены загниванию. Однако со-
временные методы конструктивной и химической защиты от заг-
нивания позволяют снизить до минимума опасность их гнилост-
ного поражения и обеспечить им необходимую долговечность в
самых различных условиях эксплуатации.
Древесина является сгораемым материалом. Однако современ-
ные деревянные конструкции, состоящие из массивных, в первую
очередь клееных, элементов, показывают достаточную степень ог-
нестойкости.
Древесина является стойким материалом в ряде агрессивных
по отношению к металлу и бетону сред. Кроме того, деревянные
конструкции проявляют .необходимую долговечность в ряде соору-
жений химической промышленности.
Создание высокопрочных и стойких синтетических полимерных
клеев и разработка высокопроизводительной заводской технологии
склеивания позволили из пиломатериалов ограниченных размеров
создавать клееные элементы и конструкции практически любых
размеров и форм, имеющих повышенную прочность и стойкость
против загнивания и возгорания и при минимальном количестве
отходов.
Изготовление водостойкой строительной фанеры, склеенной по-
лимерными клеями, дало возможность получать особо легкие
и экономные по расходу материалов листовые клеефанерные кон-
струкции.
Производство и применение клееных деревянных конструкций
является одним из главных направлений прогресса в области
строительства из дерева. Изготовление этих конструкций расширя-
ется на создаваемых в ряде районов страны специализированных,
оборудованных высокопроизводительными машинами, предприя-
тиях.
Основной задачей промышленности клееных деревянных кон-
струкций является строгое и точное выполнение всех операций
технологического процесса, с тем чтобы обеспечить высокое каче-
ство и снизить стоимость этих прогрессивных конструкций.
Наибольший технико-экономический эффект дает их использо-
вание в следующих областях строительства: большепролетные об-»
щественные здания, промышленные здания с химически агрессив-
ной средой, не действующей на древесину, сборные малоэтажные
дома заводского изготовления, сельскохозяйственные производст-
венные здания. Опыт зарубежного строительства показывает так-
же все возрастающий объем применения клееных деревянных кон-
струкций.
Однако в ряде условий экономически целесообразно изготовле-
ние и применение деревянных конструкций из цельных неклееных
элементов, имеющих пониженную стоимость, не требующих специ-
6
альной технологии склеивания и доступных для изготовления си-
лами строительных организаций.
Конструкции с'применением пластмасс стали широко внедрять-
ся в связи с созданием и интенсивным развитием производства
синтетических полимерных материалов. Эти материалы образовали
целый новый класс конструкционных строительных материалов.
В него входят пенопласты, несравненно более легкие, чем все про-
чие строительные материалы, стеклопластики, мало- и высокопроч-
ные, темные и светопрозрачные, оргстекло, прозрачные и цвет-
ные винипласты, воздухонепроницаемые ткани и древесные пласти-
ки. Все пластмассовые материалы характеризуются невысокой
жесткостью и сгораемостью. Поэтому наиболее целесообразно ока-
залось их применение в малонагруженных ограждающих конст-
рукциях и в сочетании с более жесткими несгораемыми листовы-
ми металлами, асбестоцементами и др. В этих так называемых
слоистых конструкциях эффективно используются высокие
теплоизоляционные свойства пластмасс и высокая жесткость,
прочность и несгораемость сопутствующих материалов, соединен-
ных между собой высокопрочными синтетическими клеями.
Светопрозрачные ограждающие конструкции из пластмасс вы-
годно отличаются от стеклянных гораздо более высокой проч-
ностью, ударной вязкостью, а некоторые из них и большой прони-
цаемостью для ультрафиолетовых лучей.
Высокопрочные воздухонепроницаемые ткани позволили начать
производство пневматических строительных конструкций — боль-
шепролетных оболочек и отдельных элементов, отличающихся вы-
сокой сборностью и транспортабельностью.
Наиболее рациональными областями применения особо легких
слоистых конструкций с применением пластмасс являются ог-
раждающие конструкции — плиты и панели промышленных зда-
ний, в первую очередь в отдаленных районах, куда они могут
быть доставлены любым видом транспорта, включая воздушный.
<2ветопрозрачные пластмассовые конструкции экономически целе-
сообразна применять во всех отраслях строительства. Пневмати-
ческие конструкции незаменимы в качестве временных сборно-
разборных покрытий зданий и сооружений различного назначе-
ния-. Перечисленные конструкции нашли широкое применение в
различных отраслях зарубежного строительства.
Глава 1
КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР
И СОВРЕМЕННЫЕ ПУТИ РАЗВИТИЯ
КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС
$ 1.1. Краткий исторический обзор развития деревянных
конструкций
Дерево — древнейший конструкционный материал, применяв”
мый человеком со времен первобытнообщинного строя. Являясь
одним из элементов материальной культуры, деревянные конст-
рукции на протяжении всей своей истории развивались соответст-
венно уровню и состоянию производительных сил каждой истори-
ческой эпохи. Развитие деревянных конструкций имело тенденцию
к созданию систем, элементов и видов соединения, которые позво-
ляли бы экономить древесину и наилучшим образом учитывать
ее физико-механические особенности.
Археологические исследования дают представление о роли де-
рева на ранней стадии развития культуры человечества. Имея в
своем распоряжении несовершенные инструменты (главным обра-
зом каменный топор), человек был вынужден применять преиму-
щественно цельные круглые деревянные элементы. Из этого ма-
териала сооружались жилища и их покрытие, ограды в виде часто-
колов, простейшие пешеходные мосты через водные преграды,
свайные постройки.
Последующее развитие материальной культуры и появление
более совершенных орудий производства позволили создать более
совершенные деревянные конструкции и постройки.
Так, прообразом древнегреческих ордеров, оказавших столь
большое влияние на развитие архитектуры вообще, являются де-
ревянные элементы: столбы, балки из брусьев, стропила (рис. 1.1).
Строители Древнего Рима являлись создателями мостов весь-
ма рациональной конструкции. Принятая ими схема расположения
несущих элементов оказалась столь удачной, что применяется до
наших дней в мостах временного назначения (рис. 1.2).
Вполне естественно, что особенно широкое распространение
деревянные сооружения и конструкции получили в районах, бо-
гатых лесом. Это убедительно подтверждается историей и опытом
деревянного строительства на территории нашей страны. Уже в
конце прошлого тысячелетия искусными русскими плотниками
8
возводились многочисленные деревянные здания разнообразного
назначения: жилые избы, храмы, крепости, дворцы. О размере и
облике этих сооружений можно судить по дошедшим до нас лето*
Рис. 1.1. Прототипы греческих ордеров в дереве:
а — эолийская капитель; б —ионический ордер
Рис. 1.2. Схема несущих конструкций:
а «м моста через Рейн, построенного в I в. до н. э. войсками Цезаря (реконструкция
Палладио); б — современного моста временного назначения
писям и запискам иноземных путешественников. Так, в X в. в Нов-
городе была возведена дубовая соборная церковь Софии, снаб-
женная 13 главами. Это сооружение не дожило до наших дней: оно
сгорело в XI в.
Самое древнее из сохранившихся на территории СССР деревян-
ных сооружений — маленькая церковь Воскрешения Лазаря в Му-
ромском монастыре Карельской АССР (рис. 1.3). В конце XIX в.
вокруг нее для защиты был сооружен сруб-футляр. До наших дней
9
О !	2 Зн
*	1	1__I
Рис. 1.3. Фасад и план церкви Воскре-
шения Лазаря в Муромском монастыре
(XIV в.)
сохранились также многие другие деревянные церкви и крестьян-
ские постройки в Архангельской, Вологодской, Ленинградской об-
ластях и Карельской АССР. Их возведение датируется XVI—
XVIII вв. Некоторые из них отличаются богатством архитектурных
форм и сложными конструктив-
ными решениями, как, напри-
мер, 22-главая Преображен-
ская церковь в Кижах (1714).
Другим шедевром русского де-
ревянного зодчества был дере-
вянный дворец в Коломенском
под Москвой (просущество-
вал с конца XVII до середины
XVIII в.). Все эти здания, раз-
личаясь размерами, архитек-
турным убранством, соотноше-
нием объемов, базировались
на одном общем для них кон-
структивном принципе — на
применении бревенчатого сру-
ба-клети с его многочисленны-
ми разновидностями.
Важный шаг в развитии
стержневых систем примени-
тельно к деревянному мосто-
строению связан с именем
итальянского архитектора
XVI в. Палладио. Им было
предложено несколько вариан-
тов стержневых систем, включая ригельно-подкосную схему, стати-
чески определимые и статически неопределимые фермы.
Совершенствование деревянных конструкций в отечественном
строительстве началось в XVIII в., когда возникла потребность
в таких конструкциях, форма и пролеты которых не могли быть
обеспечены на основе срубов-клетей. Эти конструкции были выпол-
нены как стержневые системы из брусьев. Этому во многом спо-
собствовало возникновение и развитие в России лесопильного про-
изводства.
В это же время (XVIII—XIX вв.) был создан ряд значитель-
ных сооружений: деревянный шпиль башни Адмиралтейства
(1738), деревянные фермы пролетом около 50 м покрытия
Московского манежа (ныне Центральный выставочный зал) (рис.
1.4) и др.
Особенно следует выделить проект деревянного моста пролетом
298 м через реку Неву, разработанный И. П. Кулибиным. Мост
был запроектирован в виде комбинированной системы, состоящей
из деревянной гибкой арки и криволинейного элемента жесткости.
Эту конструкцию отличает ясная статическая схема, в которой ос-
новной несущий элемент — арка — имел сечение из нескольких
ю
брусьев, а элемент жесткости был выполнен в виде сквозной мно-
горешетчатой бесшарнирной арки. Рациональное распределение
функций между этими двумя основными элементами позволило
применить простые и надежные виды соединений: упор для стыко-
вания элементов гибкой арки и болты для крепления раскосов в
элементе жесткости. Предложенная впервые И. П. Кулибиным
идея многорешетчатой фермы находила применение во многих де-
ревянных конструкциях XIX и XX вв. как в нашей стране, так и
за рубежом.
Рис. 1.4. Ферма покрытия Московского манежа (1817)
Быстрое развитие деревянных конструкций, прежде всего мо-
стостроения, отмечаемое в первой половине и середине XIX в. в
России, тесно связано с именем другого нашего выдающегося со-
отечественника — Д. И. Журавского. По его проектам в то время
был построен ряд деревянных железнодорожных мостов. Он до-
казал, что усилия в стойках и раскосах фермы при сплошной наг-
рузке убывают от опор к середине пролета, вывел формулу для
сдвигающих усилий при изгибе сплошной балки, предложил спо-
соб расчета шпоночных соединений, экспериментально обосновал
допускаемые напряжения в деревянных элементах в зависимости
от вида напряженного состояния.
Вторая половина XIX в. характеризовалась внедрением в каче-
стве конструкционных материалов стали и железобетона, так что
дерево утратило свою ведущую роль в инженерных конструкциях.
В это же время развивается тенденция применения дощатых пи-
ломатериалов взамен брусьев и бревен и попытки сплачивания
досок в большеразмерные сечения с помощью гвоздей и болтов;
в конце XIX в. появляются первые клееные конструкции. В конце
XIX и начале XX в. сооружаются также первые деревянные прост-
ранственные конструкции: многослойные гвоздевые своды и сетча-
тые башни-оболочки. Эти виды конструкций были разработаны
русским ученым и инженером В. Г. Шуховым.
После Октябрьской революции в восстановительный период и
в годы первых пятилеток деревянные конструкции широко приме-
нялись в отечественном строительстве. К этому времени относится
разработка и внедрение ряда новых конструктивных форм и но-
вых видов соединений, способствовавших повышению эффективно-
сти деревянных конструкций.
В 20-е годы начали применять дощато-гвоздевые конструкции
в виде балок с перекрестной дощатой стенкой. Позднее, в начале
11
30-х годов, перекрестная дощато-гвоздевая система была исполь-
зована в пространственных конструкциях (цилиндрических сводах-
оболочках, башнях). К этому же времени относится успешное ос-
воение и применение для сводов и других пространственных по-
крытий кружально-сетчатых конструкций системы С. И. Песель-
ника. Из предложенных в это время новых видов соединений от-
метим пластинчатые нагели инж. В. С. Деревягина, которые ус-
пешно применялись для изготовления деревянных брусчатых ба-
лок и верхних сжато-изогнутых поясов ферм.
В годы первых пятилеток В. Г. Ленновым предложена когте-
вая шайба, позволяющая существенно повысить несущую способ-
ность болтового соединения деревянных элементов за счет дроб-
ной передачи усилия; тогда же начались отечественные исследо-
вания в области клееных деревянных конструкций. В эти годы и
особенно в годы Великой Отечественной войны деревянные конст-
рукции широко использовались в строительстве мостов и зданий.
Их применение позволяло экономить металл, необходимый для во-
енных нужд.
§ 1.2. Современное состояние и области применения
деревянных конструкций
В послевоенные годы развитие народного хозяйства потребова-
ло дальнейшей индустриализации строительства. Этому требова-
нию в наибольшей мере отвечали конструкции заводского изго-
товления. Поэтому главной чертой, характеризующей прогресс в
области деревянных конструкций в GCCP и за рубежом, является
ориентация на клееные деревянные конструкции.
Развитие и распространение клееных деревянных конструкций
неразрывно связано с успехами в производстве синтетических
полимерных материалов, поскольку клеи на их основе являются
наилучшими для склеивания древесины.
На первых этапах для склеивания использовали клеи, в основе
которых лежали вещества животного происхождения. К ним от-
носятся мездровый (столярный), казеиновый и казеиноцементный
клеи. Главным недостатком этих клеев является их невысокая во-
достойкость, которая для двух первых видов клея проявляется да-
же при кратковременном увлажнении. В последние годы эти клеи
для конструкций не применяются.
Клееные деревянные конструкции используют преимущественно
в следующих областях строительства: сельскохозяйственные, жи-
вотноводческие и складские постройки, общественные здания и со-
оружения (спортзалы, бассейны, стадионы и пр.), одноэтажные
жилые здания, сборно-разборные здания и автодорожные мосты.
С учетом требований противопожарных норм их применяют также
для производственных зданий, в особенности для складов и зда-
ний с химически агрессивной средой, применение металла и же-
лезобетона в которых связано с большими затратами на их ан-
тикоррозионную защиту.
12
Разработка и применение клееных несущих и ограждающих
конструкций в СССР началась в 50-е годы. За участие в этой ра-
боте Л. С. Белозеровой, А. Б. Губенко и Г. Г. Карлсену была при-
суждена государственная премия.
Разнообразен ассортимент клееных деревянных конструкций,
применяемый в практике зарубежного строительства (США, ФРГ,
ЧССР, Финляндия, Швеция, Канада, Франция и др.). Этот опыт
представляет значительный интерес и может быть использован в
отечественном строительстве.
Наиболее распространенными несущими деревянными конструк-
циями являются балки, арки, рамы, фермы, а также оболочки.
В современном строительстве применяются балки, склеенные
из досок, уложенных плашмя (дощатоклееные балки), и балки
с дощатыми поясами и фанерной стенкой (клеефанерные балки).
Дощатоклееные балки изготовляют постоянного и переменного
сечения пролетом от 10 до 30 и даже до 40 м. Применяют также
балки криволинейного очертания. Из клеефанерных балок наибо-
лее индустриальными оказались балки с волнистой фанерной
стенкой, применяемые для пролетов до 14—17 м.
В послевоенные годы в СССР и за рубежом начали применять
дощатоклееные балки, армированные стальной арматурой, вклеи-
ваемой синтетическими клеями.
Дощатоклееные арки и рамы используют для покрытия зданий
пролетом от 20 до 60 и в отдельных случаях до 100 м. Сечения
этих конструкций выполняют, как правило, сплошными прямо-
угольными, иногда переменной высоты.
В СССР дощатоклееные и клеефанерные трехшарнирные рамы
пролетом 18—24 м, а также трехшарнирные арки с прямолиней-
ными дощатоклееными поясами и стальной затяжкой пролетом до
24 м используют для покрытия сельскохозяйственных зданий. Для
покрытия складов удобрений применяют опирающиеся на фунда-
менты трехшарнирные стрельчатые арки пролетом до 50 м (рис.
1.5). Арки и рамы находят также применение в зданиях общест-
венного назначения: спортзалах, рынках, выставочных зданиях
и т. п.
Фермы из клееных, элементов могут использоваться в покрыти-
ях пролетов от 15 до 30, а иногда и до 70 м. В СССР были возве-
дены здания, в которых применялись клееные фермы с верхним
поясом из криволинейных (сегментная ферма) и прямолинейных
(односкатная и двускатная фермы) элементов пролетом до 24 м.
За рубежом для покрытия небольших пролетов применяют до-
щатые фермы разнообразных схем пролетом до 20 м. Узловое сое-
динение в этих фермах осуществляется с помощью стальных нак-
ладок «ГЭНГ-НЕЙЛ» с выштампованными зубьями (рис. Г.6)', ко-
торые запрессовываются в древесину гидравлическим прессом.
Деревянные оболочки в виде куполов сводов, гиперболоидов на-
ходят применение для покрытия главным образом общественных
зданий. Ребра, бортовые элементы и другие части конструкций,
13
клееные
ками из
панели заводского изготс
водостойкой фанеры. Их
склада калийной соли
Рис. 1.5. Покрытие
по стрельчатым дощатоклееным аркам про-
летом 45 м в г. Березники (в процессе
строительства)
требующие больших поперечных сечений, выполняют клееными,
а поле оболочки — многослойным из досок или из фанеры.
Современные ограждающие конструкции — это прежде всего
шя с одной или двумя обшив-
меняют для стен и покрытий
производственных и сборных
жилых зданий.
Конструкции построечно-
го изготовления из бревен,
брусьев и досок, в которых
применяют гвоздевые, бол-
товые и другие -соединения,
также находят применение
в современном строительст-
ве для временных и вспомо-
гательных зданий и некото-
рых сельскохозяйственных
построек. Однако и здесь
заметно внедрение сборно-
разборных конструкций из
элементов заводского изго-
товления для временных
зданий и нарастание доли
индустриальных конструк-
ций в капитальном сельском
строительстве.
Прогресс в развитии со-
временных деревянных
(прежде всего клееных)
конструкций проявляется в
следующем: 1) повышении
качества и производительно-
сти труда за счет заводского
изготовления конструкций и
использования сборных эле-
ментов на монтаже; 2) стан-
дартизации конструкций,
требований к ним и методи-
ки оценки их качества; 3) унификации, позволяющей использовать
одни и те же изделия, элементы и детали, а также одинаковые тех-
нологические процессы для получения более широкой номенклату-
ры конструкций; 4) использовании элементов большой длины и
большого поперечного сечения (существенно превышающих разме-
ры стандартных лесоматериалов); это позволяет перекрывать про-
леты значительной величины (до 80—100 м) конструкциями срав-
нительно небольшой массы; 5) внедрении конструкций на основе
листовых материалов и использовании конструкций рациональных
форм и сечений; 6) применении в сочетании с древесиной других
конструкционных материалов (металлов, пластмасс); 7) увеличе-
14
нии надежности, огнестойкости и долговечности конструкций за
счет усовершенствования технологии и методов контроля, а также
за счет повышения био- и огнестойкости древесины; 8) рациональ-
Рис. 1.6. Ферма из досок с узловыми соединениями на гвоздевых пластин-
ках «ГЭНГ-НЭЙЛ»:
1 — стальная пластина с выштампованными гвоздями
ном использовании отходов лесоматериалов и низкосортной древе-
сины; 9) дальнейшем совершенствовании неклееных конструкций
из брусьев и досок (технология изготовления стыков).
§ 1.3. Краткий исторический обзор, современное состояние
и области применения конструкций на основе пластмасс
Пластмассы начинают свою историю с 1872 г., когда был по-
лучен целлулоид—жесткий прозрачный материал, вырабатывае-
мый из растительной клетчатки (целлюлозы). Будучи полученным
из органических материалов естественного происхождения, целлу-
лоид является искусственным высокомолекулярным соединением.
С 1907 г. по методу, предложенному Л. Бакелендом, начали про-
изводить пластмассы на основе феноло-формальдегидной смолы.
В отличие от целлулоида эти смолы являлись синтетическими сое-*
динениями, так как их получали путем синтеза из более простых
химических соединений —фенола и формалина.
В последующие годы началось производство и других синтети-
ческих смол: с 1924 г. — мочевино-формальдегидной смолы, а с
1938 г. — меламиновой смолы.
В 30-е годы начинается промышленное производство таких
пластмасс, как поливинилхлорид, полистирол. В 1940 г. в Англии
15
Рис. 1.7. Экспериментальный жилой дом
из стеклопластика, пенопласта и других
конструкционных пластмасс (США)
был получен полиэтилен, а в послевоенные годы — полиэфирные и
эпоксидные смолы. В 1943 г. в США был получен первый стекло-
пластик — материал, состоящий из отвержденной феноло-формаль-
дегидной смолы, армированной стеклянным волокном.
В первые годы появления пластмасс им предназначалась роль
заменителей металлов (в особенности дорогостоящих цветных ме-
таллов) и других дефицитных материалов. Однако в последние
20 лет были разработаны многочисленные материалы, базирую-
щиеся на модифицированных (видоизмененных) и вновь получен-
ных полимерах, которые обладают комплексом свойств, не встре-
чающихся у неорганических материалов. Высокая прочность, не-
большая плотность, простота
переработки и возможность
варьирования в широком диа-
пазоне других эксплуатацион-
ных свойств быстро преврати-
ли пластмассы в незаменимые
конструкционные материалы с
присущими только им свойст-
вами. Теперь пластмассы при-
меняют во всех отраслях на-
родного хозяйства, среди кото-
рых строительство является
одним из главных потребите-
лей.
Впервые пластмассы для строительных конструкций начали
применять за рубежом в 1956—1957 г., когда во Франции, а затем
в США были созданы отдельные экспериментально-рекламные
цельнопластмассовые жилые дома (рис. 1.7), демонстрировавшие
возможности таких, конструкционных пластмасс, как стеклопласти-
ки, пенопласты, винипласт, синтетические клеи.
В СССР широкое внедрение пластмасс в строительство нача-
лось после решения майского (1958 г.) Пленума ЦК КПСС, на-
метившего программу развития химической промышленности и
внедрения ее продукции в различные отрасли отечественной эко-
номики.
К началу 60-х годов были определены основные области приме-
нения строительных конструкций на основе пластмасс: 1) сов-
мещенные * несветопрозрачные панели стен" и покрытий; 2) свето-
прозрачные (панели и фонари) ограждающие конструкции; 3) по-
крытия в виде оболочек; 4) конструкции, работающие в условиях
химически агрессивных сред; 5) пневматические (надувные) кон-
струкции (мягкие оболочки).
Трехслойные панели для стен и покрытий начали применять в
США и западноевропейских странах в послевоенные годы вначале
для одноэтажного стандартного домостроения и временных зда-
* Конструкция, совмещающая в одном элементе несущие и ограждающие
(тепло-, звуко- и гидроизоляционные) функции.
16
ний, а затем в качестве навесных панелей в промышленных и об-
шественных зданиях.
Все многообразные варианты таких панелей объединяются по
одному главному признаку: наличию двух разнесенных слоев (об-
шивок), выполненных из жестких листовых материалов (металла,
асбестоцемента, стеклопластика) и включенного между ними лег-
кого тепло- и звукоизолирующего среднего слоя.
Рис. 1.8. Обогатительная фабрика со стенами и покрытиями из трехслойных па-
нелей с обшивками из алюминия
Все три слоя выполняют и несущие функции. Небольшая соб-
ственная масса панелей и плит со средним слоем из пенопласта
(200—700 кг/м2) обеспечивает эффективность их применения в
первую очередь для зданий, строящихся в отдаленных и труднодо-
ступных районах. В СССР разработка таких панелей и плит ведет-
ся с 1958 г. В 1959 г. в Воскресенске, а также в Люберцах были
построены экспериментальные жилые дома со стеновыми трехслой-
ными панелями, имевшими обшивки из асбестоцемента. Панели с
обшивками из алюминия и средним слоем из пенопласта были раз-
работаны в 1960 г. Они эксплуатируются в здании обогатительной
фабрики в г. Мирном Якутской АССР (рис. 1.8) и других про-
мышленных объектах этого района.
В последующие годы усовершенствованные варианты таких па-
нелей и плит нашли применение для стен и покрытий промышлен-
ных, жилых и сельскохозяйственных зданий.
Светопрозрачные конструкции применяют в форме волнистых
листов куполов и трехслойных панелей, для которых используют
17
пластмассы, сочетающие высокое светопропускание и достаточную
прочность, — полиэфирные стеклопластики, органическое стекло и
винипласт. Начало производства светопрозрачных стеклопласти-
ков следует отнести к 1946 г., когда в США был освоен выпуск
плоских и волнистых листов из этого материала. В Англии свето-
прозрачный стеклопластик появился в 1952 г., в ФРГ — в 1955 г.
В последующие годы шло совершенствование этого материала
с целью повышения его долговечности, огнестойкости и механиче-
ских свойств. В странах Западной Европы выпуск плоских и вол-
нистых листов широкой номенклатуры составляет сейчас около
40% общего объема производства всех стеклопластиков.
Рис. 1.9. Здание плавательного бассейна, покрытого свегопрозрачными па-
нелями из стеклопластика
В СССР производство полиэфирного стеклопластика началось
в 1963 г. Исследования, направленные на разработку и внедрение
опытных светопрозрачных конструкций из стеклопластика, были
до этого начаты в ряде научных и проектных организаций.
С 1962 г. эксплуатируются стеновые панели с волнистым стекло-
пластиком, установленные в павильоне на территории ЦНИИСКа
им. В. А. Кучеренко; в 1963 г. было устроено светопрозрачное
покрытие из стеклопластиков над бассейном санатория «Пушки-
но», в 1969 г. — над бассейном «Десна» (рис. 1.9). В эти же годы
в Латвийской ССР была построена теплица с ограждением из
волнистого стеклопластика.
Значительное развитие получили в СССР конструкции из jopr-
стекла, применяемые в виде небольших "оболочек для*.заполнения
световых проемов в покрытиях (зенитцые* фонари). Впервые' они
18
были применены у нас в 1962 -г. для естественного «освещения поме-
щений Дворца пионеров в Москве. В последующие годы был раз-
работан ряд модификаций зенитных фонарей, и они нашли приме-
нение во многих промышленных и общественных зданиях.
Первыми оболочками, выполненными из конструкционных
пластмасс, были только что упомянутые купола зенитных фона-
рей, для изготовления которых было использовано органическое
стекло.
Другими видами оболочек были защитные покрытия над радио-
локационными аппаратами. Здесь выбор пал на стеклопластики —
материал, сочетавший требуемую прочность с небольшой массой и,
что очень важно, радиопрозрачность. Такие сооружения выполня-
ли в виде усеченной сферы, диаметр которой зависел от размера
защищаемой аппаратуры. При диаметрах до 20—25 м сферы вы-
полняли однослойными из стеклопластиковых элементов, при
больших диаметрах — трехслойными. Первое сооружение такого
типа в 1959 г. было собрано из сборных трехслойных элементов
и имело диаметр 43 м. В последующие годы сферические оболочки
различной конструкции и размеров изготовляли серийно.
В 60-е годы оболочки из стеклопластика успешно начали ис-
пользовать в зданиях общественного назначения, в теплицах,
быстровозводимых жилых зданиях и т. п. Оболочки для этих со-
оружений отличались многообразием форм и размеров. С 1965 г.
начали сооружать купола из пенопласта.
Применение стеклопластиков и других пластмасс для конструк-
ций, работающих в химически агрессивных средах, основано на
еще одном положительном свойстве пластмасс — возможности под-
бора для материала конструкции такого полимера, который был
бы инертен (или почти инертен) в данной химически агрессивной
среде. Химически стойкие конструкционные пластмассы использу-
ют с 50-х годов для вытяжных труб, воздуховодов, емкостей и дру-
гих сооружений. Опыт их применения показывает, что они в 7—•
10 раз легче стальных и во много раз долговечнее. В отличие от
конструкций из традиционных материалов (стали, бетона) они не
нуждаются в каких-либо специальных защитных покрытиях, ко-
торые в агрессивных средах необходимо регулярно возобновлять.
Пневматические конструкции представляют собой оболочки из
воздухонепроницаемых тканей или пленок, несущая способность
которых обеспечивается совместной работой со сжатым воздухом.
Воздухоопорные конструкции состоят из «оболочек, герметически
прикрепленных краями к опорному контуру. Они образуют покры-
тия пролетом до 60 м над помещениями с постоянным небольшим
избыточным давлением воздуха. Пневмокаркасные конструкции
имеют каркас из отдельных пневмоэлементов—пневмостоек, пнев-
мобалок, пневмоарок, поддерживающих покрытия из водонепро-
ницаемой ткани. Пневмоэлементы представляют собой герметиче-
ски замкнутые баллоны со сжатым воздухом, находящимся под
значительным избыточным давлением. Они образуют покрытия
над помещениями с естественным воздушным давлением.
19
Пневматические конструкции характеризуются предельной лег-
костью, транспортабельностью в сложенном виде и возможностью
их возведения в кратчайшие сроки, измеряемые днями. Они имеют
благоприятные перспективы применения в качестве временных
сборно-разборных покрытий различного назначения, в виде укры-
тий1 и опалубки на строительных площадках, в виде отдельных
стоек, мостиков, небольших плотин и др.
Опытное применение пневматических конструкций было начато
за рубежом в 1945 г. и в нашей стране в 1960 г. Эксплуатация
пневматических покрытий складских, производственных, зрелищ-
ных, спортивных и других объектов показала их рациональность.
В настоящее время начато серийное изготовление пневматических
конструкций и их расширенное применение в строительстве.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Назовите два-три примера применения деревянных конструкций в зданиях
н сооружениях дореволюционной России.
2.	Где применялись и как совершенствовались деревянные конструкции в
СССР в предвоенные годы и во время войны?
3.	Каково направление развития деревянных конструкций в послевоенные
годы?
4.	Назовите основные области применения клееных деревянных конструкций
и деревянных конструкций построечного изготовления.
5.	Назовите основные направления прогресса современных деревянных конст-
рукций.
6.	Перечислите основные направления, по которым идет применение пласт-
масс в строительных конструкциях.
Глава 2
ДРЕВЕСИНА — КОНСТРУКЦИОННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ
§ 2.1. Леса и лесоматериалы
Леса и породы древесины. Древесина — ценный конструкцион-
ный строительный материал, являющийся продуктом леса, запа-
сы которого возобновляются после его использования. Обширные
леса занимают почти половину территории Советского Союза —
около 12,3 млн. км2. Таким образом, по площади лесов наша стра-
на находится на первом месте в мире. Основная масса наших ле-
сов, около 3А, расположена в районах Сибири, Дальнего Востока,
в северных областях европейской части страны. Почти на 3/4 наши
леса состоят из хвойных древесных пород: 2Д площади лесов за-
нимает лиственница, -Ve — сосна, Ve — ель и .меньшие площади за-
нимают пихта и кедр. Лиственные породы занимают около !/4 пло-
щади наших лесов. Наиболее распространенной лиственной поро-
дой является береза, занимающая 7б общей площади лесов. Дуб,
бук, осина и другие лиственные породы занимают относительно
меньшие площади.
20
Запасы древесины в наших лесах составляют около 80 млрд. м\
Ежегодно заготовляется около 280 млн. м3 деловой древесины,
т. е. пригодной для изготовления конструкций и изделий. Это
количество далеко не исчерпывает естественного годового прироста
древесины в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока.
Однако в европейской части страны естественный прирост исполь-
зуется полностью, а в ряде районов даже с -избытком. Более пол-
ное использование лесных запасов отдаленных районов имеет
важное народнохозяйственное значение. Это позволит улучшить
снабжение народного хозяйства лесными материалами и предот-
вратить опасность истощения лесов в европейской части страны.
Заготовленный лес в виде отрезков стволов стандартной длины
доставляется автомобильным, железнодорожным и водным транс-
портом или путем сплава по рекам и озерам на деревообрабаты-
вающие предприятия. Там из него изготовляют пиленые материа-
лы, фанеру, древесные плиты, деревянные конструкции и строи-
тельные детали. Наиболее экономически целесообразно снабжать
строительство пиломатериалами, готовыми «изделиями и конструк-
циями, а не круглым лесом.
Количество древесины, заготовляемой в нашей стране, обес-
печивает потребности в деревянных строительных конструкциях и
деталях. При лесозаготовках и обработке древесины образуется
большое количество отходов, эффективное исппльзова ние. лсодорых
имеет большое народнохозяйственное значение. Изготовление из
отходов древесины изоляционных древесноволокнистых и древесно-
стружечных плит, широко применяемых в строительстве, позволяет
экономить большое количество деловой древесины.
Хвойную древесину используют для изготовления основных
элементов дере_вянных^конструкций и строительных деталей. Пря-
мые высокие стволы хвойныЗГдеревьев с небольшим количеством
сучков относительно -небольшой величины позволяют- получить
прямослойные пиломатериалы с ограниченным количеством поро-
ков. Хвойная древесина содержит смолы, благодаря чему она луч-
ше -сопротивляется увлажнению и загниванию, чем лиственная.
Наиболее высоким качеством отличается сосновая древесина, осо-
бенно из северных районов страны, где деревья растут медленно
и дают более прочную древесину. Еловая древесина близка по ка-
честву к сосновой, пихтовая и кедровая имеет несколько меньшую
прочность. Древесина лиственницы по прочности и стойкости про-
тив загнивания превосходит сосновую, но имеет пониженную проч-
ность на скалывание.
Лиственная древесина большинства пород является менее пря-
мослойной, имеет больше сучков и более подвержена загниванию,
чем хвойная. Она почти не применяется для изготовления основ-
ных элементов деревянных строительных конструкций. Дубовая
древесина выделяется среди лиственных пород повышенной проч-
ностью и стойкостью против загнивания. Однако ввиду ее относи-
тельно большей дефицитности и стоимости ее используют в строи-
тельных конструкциях только для небольших соединительных де-
21
талей. Березовая древесина относится тоже к твердым лиственным
породам. Ее используют главным образом для изготовления строи-
тельной фанеры (нуждается в защите от загнивания). Осиновая,
тополевая и другая древесина мягких лиственных пород имеет
пониженную прочность и стойкость против загнивания и использу-
ется для изготовления малонагруженных элементов временных
зданий и сооружений.
Лесные материалы и сортамент. Лесоматериалы, получаемые
строительством, делятся на круглые и пиленые (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Лесные материалы:
а — круглые, б — пиленые; 1 — бревно; 2 — торец; 3 — пластина; 4 — подтоварник; 5 —
пласть; 6 — кромка; 7 — брус; 8 — доска толстая; 9 — доска тонкая; 10 — брусок
Круглые лесоматериалы, называемые также бревнами, пред-
ставляют собой части древесных стволов с гладко опиленными кон-
цами — торцами, очищенные от сучьев. Они имеют стандартные
длины, равные 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0 и 6,5 м. Более длинные бревна
выпиливают только для опор линий электропередач и связи, а так-
же по особым заказам. Бревна имеют естественную усеченно-ко-
ническую форму. Уменьшение их толщины по длине называется
сбегом. В среднем сбег составляет 0,8 см на 1 м длины бревна.
Толщина бревна определяется диаметром его тонкого верхнего
торца d. Средние бревна имеют толщину от 14 до24 см, а круп-
ные— 26 см и более с градацией размеров через 2 см. Толщина
бревна dCp в середине его длины I с учетом сбега может быть оп-
ределена из выражения dCp=d4-0,04/. Бревна толщиной 13 см и
менее называют также подтоварником и применяют их для времен-
ных построечных сооружений. Круглые лесоматериалы использу-
ют в основном при построечном изготовлении деревянных конст-
рукций.
Пиленые лесоматериалы, или пиломатериалы, получают в ре-
зультате продольной распиловки бревен на лесопильных рамах или
круглопильных станках. Они имеют прямоугольное или квадратное
сечение. Более широкие стороны пиломатериалов называют пластя-
ми, а узкие — кромками. Пиломатериалы с поверхностями, опи-
ленными по всей длине, называют обрезными. Если часть поверх-
ности не опилена в результате сбега бревна, материал называют
22
обзольным. Если не опилены две поверхности пиломатериала при
однократной распиловке бревна, его называют необрезным.
Пиломатериалы имеют стандартные длины от 1 до 6,5 м с гра-
дацией размеров через каждые 0,25 м. Их разделяют на доски,
бруски и брусья. Рекомендуемые для несущих конструкций доски
имеют ширину от 10 до 250 мм, а толщину — от 16 до 100 мм;
бруски имеют ширину от 100 до 180 мм, а толщину — от 50 до
100 мм. Брусья имеют ширину, не превышающую полуторной тол-
щины. Их толщина и ширина равны от 130 до 250 мм.
Практически пиломатериалы шириной или толщиной более
150 мм в центральных районах страны являются дефицитными, и
их применение следует ограничивать. Деревянные конструкции и
строительные детали изготовляют, как правило, из пиломатериа-
лов. Рекомендуемый сортамент шиломатериалов для несущих де-
ревянных конструкций приведен в приложении 1.
§ 2.2. Строение, пороки и качество древесины
*
В результате растительного происхождения и условий произ-
растания дерева древесина имеет трубчатое . слоис.товолокнистое
строение. Основную массу древесины составляют древесные волок-
на, расположенные вдоль ствола. Они состоят из удлиненных пу-
стотелых оболочек отмерших клеток (трахеидов почти прямоуголь-
ной формы, средней ширины 50 мкм и длины 3 мм) органических
веществ (целлюлозы и лигнина).
Древесные волокна располагаются концентрическими слоями
вокруг оси ствола, которые называют годичными слоями потому,
что каждый слой нарастает в течение года. Они хорошо заметны
в виде ряда колец на поперечных разрезах стволов, особенно хвой-
ных деревьев, и по их количеству можно определить возраст де-
рева. Каждый годичный слой состоит из двух частей. Внутренний
более широкий и светлый слой состоит из мягкой ранней древеси-
ны, образующейся весной, когда дерево растет быстро. Клетки
ранней древесины имеют более тонкие стенки и широкие полости.
Наружный узкий темный слой состоит из более твердой поздней
древесины, Образующейся летом. Клетки поздней древесины имеют
более толстые стенки и узкие полости. Плотность и прочность дре-
весины зависят от относительного содержания в ней поздней древе-
сины, которое у сосны, например, колеблется от 10 до 30% (рис.
2.2).
Средняя часть стволов сосны, кедра и лиственницы имеет более
темный цвет, содержит больше смолы и называется ядром. Сред-
няя часть стволов ели и пихты содержит меньше воды и состоит
из так называемой спелой древесины. Кроме этих основных частей
в древесине имеются горизонтальные сердцевинные лучи, мягкая
сердцевина, смоляные ходы, сучки, и снаружи она покрыта мягкой
корой.
Качество лесоматериалов определяется в основном стеиенью_од-
нородности строения древесины, от которой зависит ее прочность.
23
Неоднородность строения древесины возникает в процессе роста
дерева, хранения лесоматериалов на складах, сушки, обработки и
в процессе эксплуатации конструкций. Степень однородности дре-
весины определяется размерами и количеством участков, где од-
Рис. 2.2. Строение хвойной дре-
нородность ее строения нарушена и
прочность снижена. Такие участки на-
зывают пороками. Основными недопу*
стимыми пороками древесины являют-
ся гниль, червоточина и тршцины в зо-
нах скалывания в соединениях.
Наиболее распространенными и не-
избежными пороками древесины явля-
ются гуики — заросшие остатки быв-
ших ветвей дерева. Основные волокна
древесины ствола, ранее образовав-
шие сучок, затем обходят его, отклоня-
ясь в этом месте от своего продольного
направления и образуя так называе-
мый завиток. Сучки являются допуска-
емыми, но строго ограничиваемыми по-
роками.
Наклон волокон (прежний косо-
слой относительно оси элемента тоже
весины:
а — поперечное сечение ствола;
б — пласть доски; в — микрострук-
тура; / — годовые слои; 2 —ядро;
3 — заболонь; 4 — сердцевина; 5 —
ранние слои; 6 — позднние слои;
7 — клетки-трахеиды
является распространенным и допуска-
емым с ограничениями пороком. Он
образуется в результате природного
винтообразного расположения волокон
в стволе, а. также при распиловке бре-
вен в результате их сбега.
Трещины^ возникающие при высыхании древесины, тоже отно-
сятся к числу ограниченно допускаемых пороков. К порокам отно-
сятся также мят^а^£ердцещша? выпадающие сучки и другие ме-
нее распространенные нарушения однородности строения древе-
сины.
Качество лесоматериалов определяется сортом (отборным, I,
II, III и IV), устанавливаемым в зависимости от вида, величины,
расположения и количества пороков. Однако такая общая клас-
сификация не полностью учитывает действительное влияние поро-
ков на работу элементов деревянных конструкций при различных
видах напряженного состояния. Поэтому все элементы деревянных
конструкций разделяются на три категории качества — I, II и III
в соответствии с табл. 2, каждая из которых содержит свои
ограничения по порокам, указанные в табл. 3 и 4 СНиП
II-B.4—71.
Категория I включает наиболее ответственные и напряженные
растянутые элементы. Их прочность больше всего зависит от по-
роков древесины. Это отдельные растянутые стержни и доски ра-
стянутых зон клееных балок высотой сечения более 50 см. В них
сумма поперечных размеров сучков в сечении не должна превы-
24
отдельные сжатые стержни, доски
Рис. 2.3. Категории элементов по качеству
древесины
I—III — категории; 1 — сучки; 2 — наклон волокон
доски менее напряженных средних
шать */4 ширины или диаметра элемента, а наклон волокон должен
быть не более 7% в пиломатериале и 10% в бревне (рис. 2.3).
Категория II включает сжатые и изгибаемые элементы. Их
прочность меньше зависит от пороков, поскольку при изгибе и
потере устойчивости максимальные напряжения действуют только
в крайних зонах сечений. Эт
крайних зон клееных балок
высотой менее 50 см, доски
крайней сжатой зоны и рас-
тянутой зоны, расположен-
ной выше досок I категории
в клееных балках высотой
более 50 см, и доски край-
них зон прочих клееных
сжатых, изгибаемых и сжа-
то-изгибаемых стержней. В
них сумма поперечных раз-
меров сучков в сечении не
должна превышать */з ши-
рины элемента или диамет-
ра, а наклон волокон дол-
жен быть не более 10% в
пиломатериалах и 15% в
бревне.
Категория III включает
клееных сжатых, изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов, а
также мало ответственные элементы настилов и обрешеток, от ко-
торых не зависит прочность конструкции в целом. В них сумма
поперечных размеров сучков не должна превышать V2 ширины
сечения, а наклон волокон не должен превосходить 15%.
Зоны по высоте клееных балок, принимаются равными не ме-
нее 0,17 высоты сечения и не менее высоты двух досок. Размеры
сучков поперек волокон суммируются на длине 20 см. Более под-
робно ограничения пороков по категориям элементов указаны в
упомянутых таблицах норм.
§ 2.3.	Свойства древесины
Плотность. Древесина относится к классу легких конструктив-
ных материалов. Ее малая плотность определяется трубчатопо-
ристым строением и зависит от- относительного объемаотверстий,
пор и содержания в них влаги. Стандартная плотность древесины
должна определяться при влажности• Она колеблется в пре-
делах одной породы и одного ствола.
Свежесрубленная хвойная древесина имеет плотность 850 кг/м3.
Расчетная плотность древесины большинства хвойных пород в сос-
таве конструкций, эксплуатируемых в помещениях с нормальной
влажностью воздуха, принимается равной 500 кг/м3, а в помеще-
ниях с влажностью воздуха более 75% и на открытом воздухе —
600 кг/м3.
25
Прочность. По прочности древесина относится к среднепроч--
ным конструктивным материалам, однако ее относительная проч-
ность с учетом малой плотности позволяет сравнивать ее со
сталью. Прочность древесины определяется ее трубчатоволокнис-
тым, анизотропным и неоднородным строением и характеризуется
значительными колебаниями в зависимости от породы, располо-
жения в составе ствола и процентного содержания поздней дре-
весины. Прочность и плотность древесины связаны прямой про-
порциональностью.
Прочность древесины очень зависит от направления действия
усилий по отношению к направлению волокон. При действии уси-
лий вдоль волокон, оболочки клеток работают в самых благопри-
ятных условиях и древесина показывает наибольшую прочность.
Например, средний предел прочности древесины сосны без поро-
ков составляет при растяжении 100 МПа, при изгибе—75 МПа и
при сжатии — 40 МПа.
При действии же усилий поперек волокон они легко сплющи-
ваются или расслаиваются, поэтому прочность древесины при рас-
тяжении, сжатии и скалывании в этом случае не превосходит
6,5 МПа. Неоднородность строения, наличие пороков значительно
(примерно на 30%) снижают прочность древесины при сжатии и
изгибе и особенно (примерно на 70%) при растяжении.
Длительность действия нагрузки существенно влияет на проч-
ность древесины. При неограниченно длительном нагружении ее
прочность, характеризуемая пределом длительного сопротивления,
составляет только 0,5 от предела прочности при стандартном
кратковременном нагружении. Наибольшую прочность, в 1,5 раза
превышающую кратковременную, древесина показывает при крат-
чайших ударных и взрывных нагрузках.
Вибрационные нагрузки, вызывающие в древесине переменные
по знаку напряжения, тоже снижают ее прочность. Предел вынос-
ливости, при котором древесина может выдерживать неограничен-
ное количество циклов таких нагрузок, составляет 0,2 от предела
прочности.
Жесткость и твердость древесины относительно невелики ввиду
ее трубчатоволокнистого строения. Жесткость—степень деформа-
тивности древесины при действии нагрузок — существенно зависит
от направления их по отношению к волокнам, их длительности и
влажности древесины. Деформации древесины состоят из упругих
(от кратковременных нагрузок), эластичных и остаточных (от дли-
тельных нагрузок). Упругие деформации исчезают вскоре после
разгружения, эластичные тоже исчезают через некоторый период
времени, а остаточные остаются навсегда. Например, балки, про-
гнувшиеся во время длительной эксплуатации, не могут быть вы-
прямлены полностью при разгружении.
Жесткость древесины определяется модулем упругости Е. Его
величина колеблется в значительных пределах и у лабораторных
образцов древесины хвойных пород вдоль волокон достигает
15 000 МПа. Модуль упругости реальной древесины любой породы
26
в 1,5 раза ниже и принимается для конструкций, эксплуатируемых
в нормальных температурно-влажностных условиях, равным
10 000 МПа. При повышенной влажности и на открытом воздухе
он снижается коэффициентами от 0,9 до 0,75 в соответствии с табл.
10 СНиП II-B.4—71. Жесткость древесины при действии нагрузок
поперек и под углом к волокнам в 50 раз ниже.
Соответственно мала и твердость древесины. Она выражается
в ньютонах нагрузки, требуемой для вдавливания стальной полу-
сферы радиусом 5,64 мм. Для древесины сосны поперек годичных
слоев она равна только 1000 Н. Это свойство облегчает обработку
древесины, но делает ее поверхность легко повреждаемой. Малая
твердость и волокнистое строение дают возможность относительно
легко забивать гвозди в древесину, которые прочно удерживаются
там окружающими волокнами, раздвинутыми острием гвоздей.
Влияние влажности. Влажность древесины w — это процентное
содержание свободной воды в полостях и гигроскопической воды
в порах. др.евесиныГНаибольшую влажность (до 200%), набран-
ную в период пребывания в воде, имеет сплавная древесина. Влаж-
ность до 100% имеет свежесрубленная древесина. В процессе хра-
нения на складах, естественной и искусственной сушки влажность
древесины снижается до нормативных значений — 40, 25, 20 и
15%. Степень влажности значительно влияет на свойства древеси-
ны и деревянных конструкций и строго ограничивается в зависи-
мости от условий их изготовления и эксплуатации.
Из древесины неограниченно высокой влажности можно изго-
товлять только конструкции, постоянно соприкасающиеся с водой.
Из древесины влажностью до 40% можно изготовлять конструк-
ции, эксплуатируемые на открытом воздухе, не зависящие от
усушки, из древесины влажностью до 25% — конструкции, эксплуа-
тируемые в помещениях с повышенной влажностью и соприкасаю-
щиеся с грунтом. Из древесины влажностью до 20% можно изго-
товлять также неклееные конструкции, эксплуатируемые в любых
условиях, из древесины влажностью до 12% —любые конструкции,
в том числе клееные.
В процессе уменьшения или увеличения влажности до 30% за
счет гигроскопической влаги в оболочках клеток размеры дере-
вянных элементов уменьшаются или увеличиваются. Происходит
усушка или разбухание, которые тем больше, чем больше плот-
ность древесины. Наибольшая усушка и разбухание происходят
поперек волокон, перпендикулярно годичным слоям, и достигают
10%, а в тангентальном направлении — параллельно годичным
слоям и достигают 5%. Наименьшие усушка и разбухание, не пре-
восходящие 0,3%, происходят вдоль волокон. При дальнейшем
увеличении влажности сверх 30% за счет свободной влаги усушки
и разбухания не происходит.
Высыхание деревянного элемента и развитие деформаций усуш-
ки происходят неравномерно от поверхности к центру. Этот факт,
а также разница величин радиальной и тангентальной усушки
приводят к возникновению значительных внутренних напряжений
27
Рис. 2.4. Усушка древесины:
1 — усушка; 2 — растрескивание: 3 — поперечное
коробление; 4 — то же, продольное
щие обычно радиальное направление.
растяжения в наружных и сжатия во внутренних частях элемента
поперек волокон и в результате к короблению и растрескиванию
древесины (рис. 2.4).
Коробление бывает продольным и поперечным. Поперечное про-
является в форме превращение квадратного сечения бруса в пря-
моугольное или ромбическое, прямоугольного сечения доски в же-
лобчатое, изогнутое в сторону наружных годичных колец. Продоль-
ное коробление проявляется
в форме выгиба досок по
длине, а наличие наклона
волокон в доске приводит к
тому, что она принимает
винтообразную форму.
Растрескивание древеси-
ны происходит в том случае,
когда внутренние напряже-
ния превосходят невысокий
предел прочности на растя-
жение поперек волокон и
появляются наружные и
внутренние трещины, имею-
Изменение влажности в пределах от 0 до 30% существенно
влияет на прочность и жесткость древесины. При увеличении влаж-
ности в этих пределах прочность древесины снижается до 30% от
максимальной. Дальнейшее увеличение влажности не приводит к
снижению прочности древесины.
Для сравнения показателей прочности и жесткости древесины
независимо от ее влажности установлено значение стандартной
влажности, равное 12% (ранее было 15%). При испытании образ-
цов древесины, имеющих нестандартную влажность w в пределах
от 8—23%, предел их прочности или другой показатель Bw дол-
жен быть приведен к. значению его при стандартной влажности
В12 с учетом коэффициента а, равного для сжатия и изгиба 0,04,
по формуле
B12=Bw[l+a(w-12)].
Влияние температуры и теплопроводность. Изменение темпера-
туры также влияет на прочность и жесткость древесины. При по-
вышении температуры предел прочности и модуль упругости сни-
жаются и повышается хрупкость древесины. Так, например,
предел прочности при сжатии древесины сосны, нагретой от 20 до
50° С, уменьшается в среднем до 70%, а при нагревании до
100°—до 30% от начального.
Предел прочности древесины at при температуре t в пределах
.от 10 до 50° С можно определить, исходя из ее начальной прочно-
сти Оао при температуре 20° С с учетом поправочного коэффициен-
та р, равного, например, для сосновой древесины при сжатии
3,5 МПа, по формуле
°/=о20—20).	।
28
При отрицательных температурах влага в древесине превра-
щается в лед и прочность ее при сжатии возрастает, например,
до 25%, но она становится более хрупкой и в ней развиваются
трещины.
Температурные .деформации древесины определяются коэффи-
циентом линейного расширения а. Вдоль волокон древесины этот
коэффициент очень мал и не превосходит 5-10—6, что позволяет
строить деревянные здания без температурных швов. Поперек во-
локон древесины этот коэффициент больше в 7—10 раз.
Теплопроводность древесины благодаря ее трубчатопористому
строению очень мала, особенно поперек волокон. Коэффициент
теплопроводности сухой древесины поперек волокон равен в сред-
нем Х=0,14 Вт/(м-град). Малая теплопроводность делает древе-
сину эффективным материалом для легких ограждающих конст-
рукций зданий. Теплоемкость древесины значительна, и ее коэф-
фициент для сухой древесины составляет в среднем
С=1,6 кДж/(кг-град).
§ 2.4.	Фанера строительная
Фанера является листовым древесным строительным материа-
лом заводского изготовления. Она^состоит, как правило, из нечет-
ного количества тонких слоев-шпонов из древесины березы и дру-
гих пород. Волокна соседних шпонов
располагаются во взаимно перпенди-
кулярных направлениях. Наружные
шпоны — рубашки — имеют взаимно
параллельное направление волокон,
вдоль которого измеряют длину фанер-
ного листа. Средние слои называют
средниками. В строительных конструк-
циях применяют фанеру клееную бе-
резовую и фанеру бакелизированную.
Клееная фанера (рис. 2.5) состоит
из слоев, которые склеиваются между
собой. При склеивании водостойкими
синтетическими клеями типа феноло-
формальдегидных получается фанера
повышенной водостойкости марки
ФСФ. При склеивании клеями средне-
водостойкими типа карбамидных полу-
чается фанера средней водостойкости
марки ФК, применение которой допус-
кается только в конструкциях помеще-
ний без повышенной влажности возду-
ха. Фанера марки ФСФ допускается
к применению в конструкциях зданий
Рис. 2.5. Строительная фанера:
а — план листа; б — сечение листа)
1 — наружные слои; 2 — внутренние
продольные - слои; 3 — то же» попе*
речные; 4 — клей

всех групп по влажности.
Листы клееной фанеры имеют толщину от 1,5 до 12 мм. Наи-
большее применение в конструкциях находят листы семислойной
29
фанеры толщиной 8, 9, 10 и 12 мм. Листы имеют длину 2440, 2135,
1830, 1525 и 1220 мм и ширину 1525, 1220 и 725 мм. Листы клееной
фанеры толщиной более 15 мм называют фанерными плитами и в
конструкциях применяют в редких случаях.
Листовая форма является одним из главных преимуществ фа-
неры по сравнению с другими лесоматериалами. Благодаря этому
ее с успехом применяют для изготовления легких эффективных
панелей покрытий и стен, а также емкостей и опалубки.
Перекрестное расположение волокон слоев придает фанере
меньшую анизотропию свойств в плоскости листов, чем у древе-
сины, и столь же малую усушку и разбухание при колебаниях
влажности, как у древесины вдоль волокон.
Прочность клееной фанеры вдоль волокон наружных слоев
существенно выше, чем поперек, поскольку слоев с продольным
направлением волокон на один больше,, чем поперечных, и наруж-
ные слои располагаются в зоне максимальных напряжений при
изгибе.
Прочность клееной фанеры при срезе по плоскостям сечений
в 2,5 раза превышает прочность древесины при скалывании вдоль
волокон, что является ее важным преимуществом. Прочность клее-
вых соединений фанеры при скалывании мала и не превышает
2/з прочности хвойной древесины при скалывании поперек волокон.
Влияние пороков на прочность фанеры относительно ниже, чем
в древесине, поскольку совпадение пороков, расположенных в от-
дельных слоях, мало вероятно.
Влажность фанеры повышенной водостойкости не превышает
12%, а средней— 15%. Жесткость фанеры, характеризуемая моду-
лем упругости, определяется главным образом слоями, работаю-
щими вдоль волокон, и составляет для фанеры толщиной 8 мм и
более около 85% от жесткости древесины вдоль и 70% — поперек
волокон.
Бакелизированная фанера имеет такое же строение, как и кле-
еная, но ее наружные слои не только склеивают со средними, но
и пропитывают водостойкими синтетическими спирторастворимыми
смолами. Листы бакелизированной фанеры имеют толщину 5—
18 мм, длину 1550—7700 мм и ширину 1200—1500 мм.
Бакелизированная фанера отличается от клееной более высо-
кой водостойкостью и прочностью и применяется в конструкциях,
работающих в особо неблагоприятных влажностных условиях.
Прочность бакелизированной фанеры при нормальных напряже-
ниях вдоль листов более чем в 2,5 раза, а поперек почти в 2 раза
превышает прочность хвойной древесины вдоль волокон. Ее соп-
ротивление срезу в 4,5 раза, а скалыванию в 1,5 раза выше сопро-
тивления скалыванию древесины вдоль волокон. Жесткость баке-
лизированной фанеры поперек волокон наружных слоев близка
к жесткости древесины вдоль волокон, а вдоль волокон наружных
слоев в 1,5 раза выше.
В настоящее время в нашей стране организуется производство
фанеры из древесины не только березы, но и хвойных пород, осо-
30
бенно лиственницы, запасы которой наиболее велики. Такая фа-
нера найдет широкое применение в строительстве.
§ 2.5.	Гниение и защита деревянных конструкций
Гниение — это разрушение древесины простейшими раститель-
ными организмами — древоразрушающими грибами, для которых
она является питательной средой. Некоторые лесные грибы пора-
жают еще растущие и высыхающие в лесу деревья. Складские
грибы разрушают лесоматериалы во время хранения их на скла-
дах. Домовые грибы — мерулиус, конифора, пория и другие —
разрушают древесину строительных конструкций в процессе их
эксплуатации.
Грибы развиваются из микроскопических микронных размеров
зародышевых клеток-спор, которые легко переносятся движением
воздуха. Прорастая, споры в виде тонких нитей-гифов, которые
сплетаются в шнуры и пленки-грибницы, образуют плодовое тело
гриба — источник новых спор. Гифы древоразрушающих грибов,
проникая в древесину, образуют отверстия в клеточных оболочках
и затем растворяют их выделяемыми ферментами — разрушителя-
ми целлюлозы. При этом древесина окрашивается в бурый цвет,
покрывается трещинами и распадается на призматические кусочки,
полностью теряя свою прочность.
Гниение, как результат жизнедеятельности растительных орга-
низмов, невозможно без определенных благоприятных условий.
Температура должна быть умеренно положительной, не выше
50° С. При отрицательной температуре жизнь грибов замирает, но
может возобновиться вновь при потеплении. Прекращается рост
грибов при температуре более высокой, а при температуре более
80° С плодовые тела, грибница и споры грибов погибают. Наимень-
шая влажность древесины, при которой могут расти грибы, состав-
ляет 20%. В более сухой древесине жизнь грибов замирает.
Присутствие воздуха также необходимо для роста грибов.
Древесина, полностью насыщенная водой или находящаяся в воде
без доступа воздуха, гниению не подвергается. Невозможна жиз-
недеятельность грибов также в среде ядовитых для них веществ.
Защита от гниения имеет важнейшее значение для обеспече-
ния долголетней службы деревянных конструкций. Она состоит
в том, что исключается одно из перечисленных выше условий, не-
обходимых для жизнедеятельности грибов. Изолировать древесину
от попадания в нее спор, от окружающего воздуха и положитель-
ной температуры в большинстве случаев практически невозможно.
Возможно только уничтожить грибы и их споры высокой темпе-
ратурой, не допустить повышения ее влажности~до опасного уров-
ня или пропитать ее ядовитыми для грибов, веществами. Это и
достигается путем стерилизации, конструктивной и химической
защиты древесины от гниения.
Стерилизация древесины происходит естественно в процессе
искусственной, особенно высокотемпературной, сушки. Прогрев
31
древесины при температуре выше 80° С приводит к гибели всех
присутствующих в ней спор домовых~грибов. Такая древесина го-
раздо дольше сопротивляется загниванию и должна в первую
очередь применяться в конструкциях.
Рис. 2.6. Конструктивная защита от гниения:
а — бесчердачное утепленное покрытие; б — то же, чердачное; в — продухи и
пароизоляция; г — наружный отвод воды; д — гидроизоляция; / — деревянные
конструкции; 2 — теплоизоляция; 3 — кровля; 4 — продух; 5 — пароизоляция;
6 — гидроизоляция
Конструктивная защита древесины от гниения (рис. 2.6) обес-
печивает такой режим эксплуатации конструкций, при котором ее
влажность не превышает благоприятного для загнивания уровня.
Защита древесины закрытых помещений от увлажнения атмосфер-
ными осадками достигается полной водонепроницаемостью кровли,
выполненной из высококачественных материалов. Кровля должна
иметь необходимые уклоны, и в ней не должно быть внутренних
водостоков и ендов. Защита древесины от увлажнения капиллярной
влагой осуществляется отделением ее от бетонных и каменных
конструкций слоями битумной гидроизоляции. Деревянные конст-
рукции должны опираться на фундаменты выше уровней пола и
грунта. Защита древесины от увлажнения парами воздуха дости-
гается тем, что в помещениях с влажностью более 75% и выделе-
нием водяных паров поверхность ее изолируется водостойкими
лакокрасочными материалами, например ПФ-115, УР-175 и др.
Защита древесины от конденсационной влаги имеет очень важ-
ное значение. Эта влага возникает в холодное время года в тол-
32
ще теплоизоляционного слоя ограждающих конструкций отапли-
ваемых помещений в результате конденсации водяных паров. Та-
кое увлажнение происходит длительное время и не всегда может
быть обнаружено. Для защиты от проникновения в конструкцию
водяных паров со стороны помещения укладывается слой паро-
изоляции. Основные несущие конструкции помещаются вне зоны
перепада температур или полностью внутри помещения ниже слой
теплоизоляции или вне его, например в холодном помещении чер-
дака выше утепленного чердачного перекрытия. Хорошее провет-
ривание древесины благоприятно для ее естественного высыхания
в процессе эксплуатации. Для этого делают осушающие продухи
в толще конструкций, сообщающиеся с наружным воздухом. Ес-
тественные продухи образуются между листами асбестоцементной
кровли. Элементы основных конструкций следует проектировать
без зазоров и щелей, где может застаиваться .сырой воздух.
Химическая защита древесины необходима в тех случаях, ког-
да ее увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно. Конструк-
ции, эксплуатируемые на открытом воздухе, в земле, в толще ог-
раждающих конструкций зданий и др., например конструкции
мостов, мачт, свай и т. д., неизбежно увлажняются атмосферной,
грунтовой или конденсационной влагой. Химическая защита таких
конструкций от загнивания заключается в пропитке или покрытии
их ядовитыми для грибов веществами — антисептиками. Они быва-
ют водорастворимыми и маслянистыми.
. Водорастворимые антисептики — это вещества, не имеющие цве-
та и запаха, безвредные для людей, например фтористый и крем-
нефтористый натрий. Их используют для защиты древесины в
закрытых помещениях, где х возможно пребывание людей и нет
опасности вымывания антисептиков водой. Существуют и другие
виды водорастворимых антисептиков, некоторые из них ядощидС
и для людей.
Маслянистые антисептики представляют собой некоторые ми-
неральные масла — каменноугольное, антраценовое, сланцевое,
древесный креозот и др. Они не растворяются в воде, очень ядо-
виты для грибов, однако имеют сильный неприятный запах и вред-
ны для здоровья людей. Эти антисептики не вымываются водой
и применяются для защиты от гниения конструций, эксплуатируе-*
мых на открытом воздухе, в земле и над водой. Защищенные мас-
лянистыми антисептиками конструкции успешно эксплуатируются
десятки лет в условиях, где незащищенные конструкции разруша-
ются гнилостными грибами за два-три года. Внесение в древеси-
ну антисептиков производят различными методами.
Пропитка древесины под давлением наиболее эффективна. При
этом древесина влажностью не более 25% выдерживается в рас-
творе антисептика внутри стального автоклава под высоким (до
14 МПа) давлением, в результате чего антисептик проникает в
нее на достаточную глубину. Пропитка древесины в горяче-холод-
ных ваннах тоже дает достаточный эффект при меньшей стоимо-
сти. При этом древесина выдерживается сначала в горячей, а за-
2—2411	32
тем в холодной ванне с раствором антисептика без повышенного
давления. Поверхностное антисептирование заключается в нане-
сении на поверхность древесины эксплуатируемых конструкций
горячего антисептического раствора или густой антисептической
пасты. Подробные указания по защите древесины от загнивания
содержатся в специальной инструкции И-119—56. Применение
древесины, не защищенной от гниения, в благоприятных для заг-
нивания условиях должно быть полностью исключено.
Поражение насекомыми может тоже служить причиной разру-
шения древесины. Для деревянных конструкций наиболее опасны
жуки-точильщики. Их личинки, питаясь главным образом древе-
синой, прогрызают в.ней многочисленные отверстия, соответствен-
но снижая ее прочность. Для защиты от жуков-точильщиков эф-
фективны только температурный и химический способы. Нагрев
древесины до температуры выше 80° С приводит к гибели этих вре-
дителей. Химическая защита древесины от загнивания, особенно
маслянистыми антисептиками, одновременно надежно защища-
ет ее и от жуков-точильщиков. Для истребления жуков и их личи-
нок в древесине эксплуатируемых конструкций применяется оку-
ривание ее ядовитыми газами и вспрыскивание в ходы жуков рас-
творов ядовитых веществ, 'например гексахлорана или ДДТ.
)
§ 2.6.	Горение и защита деревянных конструкций
Горение древесины происходит в результате ее нагрева до тем-
пературы, при которой начинается ее термическое разложение
с образованием горючих газов, содержащих углерод. Таким обра-
зом, древесина как органический материал сгораема. Однако
благодаря малой теплопроводности горение крупных элементов
долго ограничивается наружными слоями, и они имеют доста-
точный предел огнестойкости — очень важный показатель для
успешного тушения пожара. Он определяется временем, при кото-
ром нагруженный элемент сохраняет несущую способность при
температуре пожара. Деревянные элементы крупных сечений
имеют более высокие пределы огнестойкости, чем остальные. На-
пример, брусчатая балка сечением 17X17 см, нагруженная до на-
пряжения 10 МПа, имеет предел огнестойкости 40 мин, в течение
которых могут быть приняты меры для тушения огня.
Возгорание древесины и распространение огня невозможно без
определенных благоприятных условий. Длительное нагревание при
температуре 150° С или быстрое при более высокой температуре
может привести к воспламенению древесины. Окружающий воздух
обогащает процесс горения кислородом и 'способствует распростра-
нению пламени. Элементы конструкций, состоящие из отдельных
досок с зазорами между ними, быстрее нагреваются до опасного
предела, чем монолитные, имеют большие поверхности соприкос-
новения с воздухом и смежные поверхности, взаимно обогреваемые
лучистым нагревом. В результате их предел огнестойкости значи-
тельно ниже, чем у монолитных элементов.
34 '
Защита от возгорания. Целью защиты от возгорания является
повышение предела огнестойкости деревянных конструкций, с тем
чтобы они дольше сопротивлялись возгоранию и в процессе горе-
ния не создавали и не распространяли открытого пламени. Это
достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты
деревянных конструкций от возгорания.
Конструктивная зашита древесины от возгорания заключается
в ликвидации условий, благоприятных для возникновения и рас-
ширения пожара. В конструкциях производственных зданий с го-
рячими процессами применение древесины недопустимо. Деревян-
ные конструкции должны быть отделены от печей и нагреватель-
ных приборов * достаточными расстояниями или огнестойкими
материалами. Для предотвращения распространения огня деревян-
ные строения должны быть разделены на части противопожарными
преградами и зонами из огнестойких конструкций. Деревянные
ограждающие конструкции не должны иметь сообщающихся по-
лостей с. тягой воздуха, по которым может распространяться пла-
мя, недоступное для тушения. Элементы деревянных конструкций
должны быть массивными клееными или брусчатыми, имеющими
большие пределы огнестойкости, чем дощатые. Обыкновенная
штукатурка значительно повышает сопротивление деревянных стен
и потолков возгоранию.
Химическая защита от возгорания производится в тех случаях)
когда от ограждающих деревянных конструкций требуется повы-
шенная степень огнестойкости, например в помещениях, где воз-
можно скопление людей. Она заключается в противопожарные
пропитках и окраске. Для огнезащитной пропитки древесины при/
меняют вещества, называемые антипиренами. Эти вещества, вве-\
денные в древесину, при опасном нагреве плавятся или разлагают-
ся, покрывая ее огнезащитными пленками или газовыми оболочка-/
ми, препятствующими доступу кислорода к древесине, которая*при
этом может только медленно разлагаться и тлеть, не создавая от-/
крытого пламени и не распространяя огня. Пропитка древесины
антипиренами производится под давлением в автоклавах, обычно!
с одновременной пропиткой антисептиками. Защитные краски на'
основе жидкого стекла, суперфосфата и других веществ наносятся
на поверхности древесины. При нагревании во время пожара плен-
ки их вздуваются от выделяемых газов и создают воздушную
прослойку, временно препятствующую возгоранию.
§ 2.7.	Коррозия и защита деревянных конструкций
Коррозия древесины заключается в ее разрушении при воздей-
ствии химически агрессивных веществ — кислот, щелочей, солей,
в жидком, твердом или газообразном состоянии. Жидкие и твер-
дые вещества действуют на древесину непосредственно, а газооб-
разные— лишь на влажную поверхность древесины, образуя на
ней химически агрессивные, растворы. Пыль некоторых веществ,
например калийных солей, осаждается в порах и щелях древеси-
2*	35
ны, расширяется при увлажнении и ослабляет связи между ее
волокнами.
Активность процесса коррозии древесины зависит от степени
концентрации агрессивной среды и ее температуры. Слабая агрес-
сивная среда, например минеральные кислоты концентрации до
5% и пыль калийных солей, оказывает лишь незначительное по-
верхностное агрессивное воздействие на древесину и практически
не снижает прочности деревянных конструкций. В таких средах
древесина является химически стойким материалом, гораздо более
долговечным, чем металл, бетон и железобетон, для которых такие
среды химически агрессивны. Средние и сильные агрессивные сре-
ды, например минеральные кислоты концентрации выше 5%, ока-
зывают разрушительное воздействие на древесину, тем более
активное, чем выше их концентрация и температура. При этом дре-
весина приобретает сначала цветную, затем темную окраску,
•растворяются целлюлоза и лигнин, нарушаются связи между во-
локнами и прочность древесины резКо уменьшается.
Защита древесины от коррозии заключается в устранении раз-
рушающего влияния этого процесса путем" конструктивных и за-
щитных мероприятий.
—Конструктивная защита от коррозии является в большинстве
случаев достаточной для конструкций, эксплуатируемых в слабых
химически агрессивных средах. Деревянные конструкции в этих
условиях должны изготовляться из смолистой хвойной древеси-
ны, лучше сопротивляющейся проникновению агрессивных веществ.
Элементы конструкций должны иметь крупные клееные или брус-
чатые сечения с минимальной поверхностью контакта с окружаю-
щей средой. Они должны иметь минимальное количество узловых
соединений и металлических креплений. Там, где агрессивные ве-
щества присутствуют в виде пыли, например в складах калийных
удобрений, конструкции не должны иметь- пазов и горизонтальных
поверхностей, удобных для оседания пыли. Этим требованиям от-
вечают в первую очередь сплошные клееные деревянные конст-
рукции.
Защитные покрытия используют в дополнение к указанным кон-
структивным мероприятиям. Деревянные конструкции, эксплуати-
руемые в условиях слабой химически агрессивной среды, допол-
нительно защищают лакокрасочными покрытиями, изолирующими
древесину от окружающей среды. Для этого используют краски,
лаки и эмали, стойкие к данной агрессивной среде. Деревянные
конструкции, эксплуатируемые в средних и сильных агрессивных
средах, должны быть изолированы от соприкосновения с ними
герметичными оболочками из химически стойких материалов.
z ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Какие запасы древесины и какие породы имеются в лесах СССР?
2.	Какие породы и лесоматериалы применяются в конструкциях?
3.	Какие особенности имеет строение древесины?
4.	Каковы основные физико-механические показатели древесины?
36
5.	Какие пороки имеет древесина и как они влияют на ее прочность?
6.	Как древесина и деревянные элементы сортируются по качеству?
7.	Как влияет на древесину изменение влажности? Из древесины какой влаж-
ности можно изготовлять конструкции и какие?
8.	Как влияет на древесину различная температура?
9.	Как влияет на прочность древесины длительная нагрузка?
10.	Что такое строительная фанера и каковы ее особенности?
11.	Что такое гниение и защита древесины от загнивания?
12.	Что такое горение и защита древесины от возгорания?
13.	Что такое коррозия и защита древесины от коррозии?
Глава 3
КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПЛАСТМАССЫ
§	3.1. Общие сведения
К пластмассам относят многочисленные материалы, объединен-
ные по одному общему признаку, — их основой является синтети-
ческий полимер, называемый также синтетическим связующим или
просто полимером. К конструкционным пластмассам относят те
пластмассовые материалы, которые по сочетанию присущих им
эксплуатационных свойств могут быть использованы в несущих
элементах конструкций. В строительных конструкциях находят
применение пластмассы, основными достоинствами которых явля-
ются:
высокая прочность, составляющая для большинства пластмасс
(кроме пенопластов) 50—100 МПа (500—1000 кгс/см2), а для не-
которых стеклопластиков достигающая 1000 МПа (10 000 кгс/см2);
небольшая плотность (объемная масса), лежащая в пределах
от 20 (для пенопластов) до 2000 кг/м3 (для стеклопластиков);
химическая стойкость, т. е. способность сохранять эксплуата-
ционные свойства в средах, в которых другие конструкционные
материалы корродируют;
биостойкость — неподверженность гниению и воздействию дру-
гих разрушительных факторов биологического происхождения;
технологическая возможность варьирования свойств в широ-
ком диапазоне в зависимости от эксплуатационных требований;
простота формообразования, что позволяет изготовлять элемен-
ты пространственной формы, например для оболочек;
сочетание свойств, не встречающееся у других материалов
(прочность и небольшая плотность, прочность и высокое свето-
пропусканиё);
высокие электроизоляционные свойства, что в ряде случаев да-
ет пластмассам преимущество перед металлами;
легкая обрабатываемость (для обработки пластмасс во многих
случаях используют инструменты, применяемые при обработке
древесины) ;
возможность применения клееных и сварных соединений;
возможность получения тонких прочных элементов из пленок и
тканей.
37
Вместе с тем пластмассам присущи и недостатки: невысокий
модуль упругости, вследствие чего пластмассовые элементы более
деформативны, чем элементы из других материалов; ползучесть
и падение прочности при длительных нагрузках; невысокая поверх-
ностная твердость и вследствие этого легкая повреждаемость по-
верхности элементов и изделий; сгораемость; старение (ухудшение
эксплуатационных свойств во времени под действием тепла, сол-
нечной радиации, влаги и т. п.).
Влияние недостатков пластмасс можно уменьшить разными
путями. Так, для уменьшения деформативности вследствие неболь-
шой величины модуля упругости применяют элементы с рацио-
нальным поперечным сечением (трехслойные, трубчатые) и конст-
рукции- пространственной формы-оболочки. Сгораемость и старе-
ние можно уменьшить за счет введения в состав материала
специальных добавок или путем применения защитных покрытий.
Кроме того, некоторые полимеры по природе своей обладают
самозатухаемостью, т. е. перестают гореть, если удалить источник
огня.
В состав пластмасс наряду с основным компонентом — поли-
мерной синтетической смолой — могут входить наполнители, кра-
сители и порообразователи. Эти компоненты оказывают существен-
ное влияние на свойства и качество пластмасс.
. Синтетическая смола — это компонент, определяющий основные
технологические и эксплуатационные свойства материала. В зави-
симости от того, как смола реагирует на нагревание, различают
смолы термопластичные и термореактивные.
Термопластичные смолы после завершения процесса
синтеза и превращения в твердую стеклообразную массу способны
под действием нагрева размягчаться, переходя в вязкотекучее
состояние, а при охлаждении вновь возвращаться к твердому со-
стоянию. В качестве примера можно привести следующие термо-
пластичные смолы: полиметилметакрилат, поливинилхлорид, по-
листирол, полиэтилен.
Термопластичные смолы используют для изготовления листовых
материалов (органическое стекло, винипласт), клеев для их скле-
ивания, пенопластов, пленок.
Термореактивные смолы переходят из вязкотекучего
в твердое состояние только один раз — в процессе отверждения.
Этот процесс происходит под воздействием отвердителя или прв
нагреве или под воздействием обоих этих факторов. После завер-
шения процесса отверждения термореактивный материал не раз-
мягчается. при последующем нагреве, а лишь незначительно те-
ряет прочность и' жесткость. В конструкционных пластмассах
строительного назначения применяют, следующие термореактив-
ные смолы: феноло-формальдегидные, подиэфи-рные, эпоксидные^,
мочевино-формальдегидные.
Термореактивные смолы находят широкое применение для из-
готовления фанеры, стеклопластиков, пенопластов, клеев, древес-
ных пластиков, различных фасонных деталей.
38
При формировании полимера применяются и такие компонен-
ты, как отвердители, ускорители (вещества, ускоряющие отверж-
дение), катализаторы (вещества, не участвующие в отверждении,
но присутствие которых необходимо для протекания процесса от-
верждения), пластификаторы (вещества, уменьшающие хрупкость
готового материала), ингибиторы (вещества, замедляющие про-
цесс отверждения) и др...
Наполнители — компоненты, вводимые в пластмассовый мате-
риал с целью улучшения его механических и технологических
свойств, повышения теплостойкости, снижения стоимости. В пласт-
массах используют разнообразные виды наполнителей неоргани-
ческого и органического происхождения, вводимые в материал в
виде порошков, волокон, листов (древесная мука, цемент, стек-
лянные и асбестовые волокна, бумага, хлопчатобумажные и стек-
лянные ткани и т. п.).
Красители. Окраска пластмассовых материалов осуществляет-
ся не путем окраски поверхности изделия, а путем введения кра-
сителей в массу материала. Нужный рисунок и цвет могут быть
также получены, если они предварительно нанесены на наружный
слой листового наполнителя (бумагу, ткань).
Парообразователи — добавки, применяемые для получения га-
зонаполненных материалов — пенопластов.
Основными полимерными материалами, используемыми в кон-
струкциях с применением пластмасс, являются стеклопластики,
пенопласты, оргстекло, винипласт, древесные пластики, воздухоне-
проницаемые ткани и пленки, синтетические клеи.
Вместе с пластмассами в конструкциях (см. гл. 10) широко ис-
пользуют такие неорганические материалы, как алюминий, пла-
кированную (защищенную) сталь, асбестоцемент. Описанию ос-
новных свойств этих материалов посвящен § 3.7 этой главы.
§	3.2. Стеклопластики
Стеклопластик — материал, состоящий из двух основных ком-
понентов: синтетического связующего и стеклянного волокна (на-
полнителя) . Сущность изготовления стеклопластика состоит в том,
что в неотвержденную смолу, вводят стекловолокно, а затем смолу
подвергают отверждению.
Стеклопластики обладают всеми достоинствами, присущими
конструкционным пластмассам, отличаясь наиболее высокими из
всех пластмасс прочностью и модулем упругости, а также нали-
чием светопропускания, химической стойкости и радиопрозрачно-
сти (т. е. способности пропускать радиоволны). Недостатками
стеклопластика являются старение и горючесть.
В строительных конструкциях стеклопластики находят следу-
ющее применение: а) в качестве светопроницаемогЬ материала —
для несущих элементов светопропускающих панелей стен и покры-
тий, для покрытий типа оболочек и т. п.; б) в качестве материала,
«стойкого в химически агрессивных средах, — для несущих элемен-
тов ограждающих конструкций, емкостей, газоводов, труб .и т. п.;
д) в качестве материала, обладающего радиопроницаемостью,—
для конструкций, ограждающих радиоприборы от атмосферных
воздействий,
Стеклянное волокно в стеклопластике является армирующим
элементом. Использование стеклянного волокна обусловлено вы-
сокой прочностью, которое приобретает стекло после вытягивания
его в волокна. Так, предел прочности при растяжении массивного
стекла (алюмоборосйликатного состава) составляет примерно
50 МПа, а полученные из него волокна выдерживают напряжение
1000—2000 МПа, т. е. их прочность в .20—40 раз больше.
Рис. 3.1. Виды стеклопластиков:
л — с прямолинейными непрерывными волокнами; б — с руб-
леными стекловолокнами, расположенными хаотично; 1 — на-
правления ориентированных стекловолокон
Элементарные волокна получают из расплавленной
стеклянной массы, вытягивая ее через небольшие отверстия —
фильеры. Диаметр элементарных волокон зависит от скорости вы-
тягивания и диаметра фильеры; для стеклопластиков обычно ис-
пользуют волокна диаметром 6—20 мкм; 100—200 элементарных
волокон объединяют в нити, а несколько десятков нитей (до 60)
объединяют в жгуты. Благодаря малому диаметру стекловолокно
приобретает гибкость, позволяющую вести его дальнейшую перера-
ботку. Вместе с тем увеличенная в тысячи раз (по сравнению с
массивным стеклом) поверхность стекловолокна оказывается
очень чувствительной к воздействию влаги, случайным механиче-
ским повреждениям и т. п.
В стеклопластиках, применяемых в строительстве, используют
следующие стекловолокнистые наполнители (рис. 3.1): а) прямо-
линейные непрерывные волокна, вводимые в виде жгутов, нитей
или элементарных волокон; б) стекловолокно в виде коротких от-
резков длиной 50 мм (рубленое стекловолокно); этот вид наполни-
теля получают путем нарезания жгутов и распыления отрезков
стекловолокна ’равномерно по поверхности изделия.
Синтетическое связующее выполняет в стеклопла-
стике следующие функции: а) придает монолитность и обеспечива-
ет стабильность формы готового стеклопластика; б) обеспечивает
40
использование высокой прочности стекловолокна путем равномер-*
ного распределения усилий между волокнами и обеспечения их
устойчивости, защиту волокон от атмосферных и других внешних
воздействий; в) воспринимает часть усилий, возникающих в экс-
плуатационных условиях.
В стеклопластиках чаще всего используют термореактивные
смолы (полиэфирную, эпоксидную, феноло-формальдегидную) с
различными модифицирующими добавками, улучшающими техно-
логические и эксплуатационные
свойства стеклопластика.
Варьируя параметры стекло-
волокнистого наполнителя и тип
связующего, можно получить
стеклопластики с -разнообразны-
ми наборами свойств.
Механические свойства стек-
лопластиков зависят от вида стек-
ловолокнистого наполнителя,
процента содержания стеклово-
локна в материале, механических
свойств связующего и прочности
соединения (адгезионного контак-
та) стекловолокна и связующего
(см. приложение III).
Наиболее высокими механиче-
скими свойствами обладают стек-
I
Рис. 3.2. Зависимость прочности при
растяжении (2?Вр) стеклопластиков от
угла а между' направлениями при-
ложенной силы и стекловолокна:
	— — стеклопластик, армированный не-
прерывным волокном в одном направлении;
------то же, но по двум взаимно-перпен-
дикулярным направлениям; - - - — стек-
лопластик,	армированный	рублеными
хаотично ,	расположенными стекло-
волокнами
лопластики,. армированные пря-
молинейным непрерывным стек-
ловолокном (например, жгута-
'ми). Если при этом все волокно
расположено только в одном на-
правлении, то именно в этом на-
правлении достигаются наиболь-
шие прочность — до 1000 МПа
при растяжении и модуль упруго-
сти— до 40 000 МПа, однако в направлении, поперечном располо-
жению волокон, прочность стеклопластика невелика и будет при-
ближаться к прочности неармированного связующего (рис. 3.2).
Если стекловолокно уложено по двум взаимно перпендикулярным
направлениям, то механические свойства будут выше вдоль того
направления, по которому уложена большая часть волокна.
Независимо от вида стекловолокнистого наполнителя все стек-
лопластики, армированные в одном или по двум взаимно перпен-
дикулярным направлениям, являются материалами анизотроп-
ными. *
Изотропными являются стеклопластики, армированные
рубленым стекловолокном. Одинаковая прочность этого материала
по всем направлениям достигается за счет хаотического располо-
жения отрезков волокон. Прочность таких материалов составляет
41
60—120 МПа при растяжении, что заметно ниже, чем прочность
стеклопластиков, армированных непрерывным стекловолокном, но
зато они дешевле и имеют технологические преимущества (появ*
ляется возможность изготовлять материал высокопроизводитель-
ным непрерывным способом).
В материалах на основе рубленого стекловолокна усилия от
одного отрезка волокна к другому передаются только через свя-
зующее и поэтому прочность связующего сказывается в большей
степени.
Светопроницаемость, или светопрозрачность. Некоторые марки
стеклопластиков обладают высоким коэффициентом светопропус-
кания (до 0,85), что открывает им широкую область применения
в строительстве (см. гл. 1 й 10).
Светопропускание стеклопластиков зависит от двух основных
факторов: светопропускания смолы и стеклянного волокна; бли-
зости коэффициентов преломления этих двух компонентов.
Из термореактивных смол наибольшим светопропусканием об-
ладают полиэфирные смолы, которые и используются для изготов-
ления светопрозрачных стеклопластиков. Стеклопластики в отли-
чие от оконного стекла пропускают свет не направленно, а рассеян-
но (диффузно), обеспечивая равномерную без бликов
освещенность. От оконного стекла выгодно отличает их также
высокая ударная прочность (свойственная и всем другим стекло-
пластикам). При окраске стеклопластиков коэффициент свето-
пропускания снижается.
Атмосферостойкость (стойкость против старения) характеризу-
ется скоростью снижения механических свойств, ухудшением ка-
чества поверхности, появлением трещин -и раковин, снижением
светопроницания. Чтобы предотвратить старение, в материал вво-
дятся различные добавки. Это позволяет получить стеклопласти-
ки, свойства которых в течение 15—20 лет эксплуатации в атмос-
ферных условиях практически остаются неизменными.
В зависимости от состава стеклопластики являются материалом
сгораемым или трудносгораемым. Для повышения предела огне-
стойкости конструкций из стеклопластика в состав связующего
вводят добавки, придающие материалу свойство самозатухае-
мости.	'	ч ,ч
Виды стеклопластиков. В строительных конструкциях чаще все-
го применяют светопрозрачные пластики.
Светопрозрачные стеклопластики. В СССР в
больших объемах выпускается обладающий светопропусканием
плоский и волнистый стеклопластик полиэфирный листовой (МРТУ
6-11-134—69), который состоит из рубленого стекловолокна и поли-
эфирного связующего.
Изготовление этих стеклопластиков осуществляется на уста-
новках непрерывного действия, на которых можно получать листы
толщиной 1,5—2,5 мм с продольным или поперечным гофром, а
также плоские листы (рис. 3.3). Ширина листа 0,8—1,5 м, длина
листов с продольной волной до 6,0 >м, а с поперечной волной — до
42
а)	Ь'
40 м. „Стеклопластики с поперечной волной можно не разрезать на
отдельные листы, а сматывать в рулоны. Согласно МРТУ выпуска-
ют листы с размерами волн ’ 200/54, 167/60, 125/35, 115/28, 90/30,
90/27, 78/18, 75/20, 60/14, 36/8 (числитель дроби — шаг волнц, а
знаменатель—высота волны в миллиметрах). Размеры волн
стеклопластиковых листов увязаны с соответствующими размера-
ми других листовых мате-
риалов, асбестоцементных
листов и листов из алюми-
ниевых сплавов.
Физико - механические
свойства материала приве-
дены в табл. 1 приложе-
ния III.
Светонепрони ц а е-
мые стеклопластики,
применяемые в строительст-
ве, представлены маркой
АГ-4 (см. приложение III).
Стеклопластик АГ-4 (С
и В) выпускается с примене-
нием волокна прямолиней-
ного в виде нитей или лент.
Он используется для изготовления. болтов, фасонок, профильных и
других изделий, эксплуатируемых в химически агрессивных сре-
дах, где металлы быстро корродируют.
Рис. 3.3, Волнистые стеклопластики:
а — с поперечной волной; б — с продольной вол-
ной; в — параметры поперечного сечения
§	3.3. Пенопласты
Пенопласты — это газонаполненные пластмассы, представляю-
щие собой систему замкнутых или сообщающихся между собой
ячеек, стенки которых состоят из твердой пластмассы, - а внутрен-
ние полости заполнены газом. Их отличительные особенности —
небольшая плотность (от 10 до 200 кг/м3), низкая теплопровод-
ность и достаточная для них прочность. Сочетание этих свойств
позволяет эффективно использовать пенопласты плотностью 30—
100 кг/м3 в трехслойных панелях в качестве среднего слоя, выпол-
няющего одновременно несущие и теплоизоляционные функции.
Для изготовления пенопластов могут использоваться термо-
пластичные и термореактивные полимеры. На основе термопластов
наибольшее распространение получили пенопласты полистироль-
ные (ПС-1, ПС-4, ПСБ) и поливинилхлоридные (ПХВ-1), а на ос-
нове термореактивных смол — феноло-формальдегидные (ФЛ-1,
ФРП-1) и полиуретановые (ПУ-101).
В зависимости от технологии изготовления различают пено-
пласты прессовые и беспрессовые.
.При изготовлении прессовых пенЬпластов требуется оборудо-
вание, обеспечивающее высокое давление' (до 15 МПа). Размеры
готового блока пенопласта, как правило, не превышают 200 X130X
43
Х7 см. По прессовой технологии получают пенопласты на основе
термопластичных смол, например ПС-1, ПС-4, ПХВ-1.
Беспрессовая технология имеет много вариантов, объединенных
одной общей особенностью — отсутствием высокого давления при
формовании изделия из пенопдаста. Другими достоинствами бес-
прессового метода являются: возможность изготовления изделия
сложной конфигурации и больших размеров (например, целого
блока для среднего слоя панели); меньшая, чем при прессовой
технологии, стоимость; возможность вспенивания термореактив-
ных смол, на основе которых получают более теплостойкие пено-
пласты. Вместе с тем беспрес-»
совые пенопласты менее проч-
ны, чем прессовые.
Для строительных конст-
рукций представляет интерес
беспрессовый полистирольный
пенопласт, вспениваемый из за-
ранее изготовленных гранул
(шариков) (см. гл. 18).
Не менее эффективной яв-
ляется технология заливочных
Рис. 3.4. Изменение плотности пеноплас- пенопластов, К которым ОТНО-
та по толщине блока с	сятся пенопласты ФРП-1 и
ПУ-101. Процесс изготовления
состоит в том, что в требуемый объем (например, в полость трех-
слойной панели) заливают смесь двух компонентов, которые, всту-
пая в реакцию, вспениваются. Химическая реакция идет с выделе-
нием тепла, способствующего отверждению вспененной термореак-
тивной смолы.
Механические свойства пенопластов зависят от вида полимера,
технологии вспенивания (см. приложение III) и плотности. Чем
выше плотность пенопласта, тем больше его прочность, модуль уп-
ругости и модуль сдвига.
По сравнению с другими конструкционными пластмассами ме-
ханические характеристики пенопластов невелики — прочность при
^жатии 0,2—1,1 МПа (2—11 кгс/см2), при сдвиге 0,15—0,7 МПа
(1,5—7 кгс/см2). Однако особенность работы этих материалов в
конструкции (см. гл. 10) такова, что этого оказывается достаточно
для выполнения пенопластом отведенных ему несущих функций.
При этом в зависимости от конструкционных требований использу-
ют пенопласт соответствующей плотности и марки. Так как плот-
ность пенопласта по толщине изделия неодинакова — в средней
части пенопласт имеет меньшую плотность, а ближе к поверхности
плотность‘материала выше (рис. 3.4), то вслед за плотностью
изменяются по толщине и механические свойства пенопласта.
Теплостойкость пенопластов зависит от типа полимера. Тепло-
стойкость пенопластов на основе термопластов составляет 60—
70° С, на основе термореактивных смол — 100—130° С. С повышени-
ем температуры снижаются механические показатели пенопластов
44
(особенно у пенопластов из термопластичных полимеров) и не-
сколько возрастает теплопроводность.
Возгораемость пенопластов зависит от природы полимера и
введенных в материал добавок. Так, пенопласты ПСБ-С и ФРП-1
являются трудносгораемыми, самозатухающими.
§	3.4. Органическое стекло и винипласт
Органическое стекло и винипласт — термопластичные материа-
лы. Их применяют для изготовления светопрозрачных элементов
конструкций в виде небольших куполов или волнистых листов.
Органическое стекло — прозрачный или окрашенный листовой
материал, состоящий целиком из полимера — полиметилметакри-
лата — без введения в него каких-либо наполнителей.
Листовое органическое стекло изготовляет в формах, стенки
которых выполнены из полированных листов силикатного стекла.
Длину и ширину листа органического стекла получают равными
размерам формы, а толщи-
ну— равной просвету между Явр,МПа
листами силикатного стекла. 1
Специфическими достоин- 200 -
ствами органического стекла
являются: высокая прочность;
высокое светопропускание, в
том числе проницаемость для
ультрафиолетовых лучей; вы-
сокая ударная прочность; мед-
ленное старение.
К недостаткам оргстекла
относятся: невысокая тепло-
стойкость, связанная с термо-
пластичной сущностью поли-
мера; невысокая поверхност-
ная твердость (легкая повреж-
даемость поверхности листов).
Рис. 3.5. Зависимость прочности
органического стекла от температуры t:
— г----при сжатии; 	— при растяжении
строительстве в основном приме-
няют техническое органическое стекло в листах размером до
1500Х 1700 мм, толщиной от 0,8 до 40 мм.
При температуре 20° С прочность органического стекла при рас-
тяжении составляет 55 МПа й при сжатии — 80 МПа, а свето-
пропускание достигает 0,92. Изменение прочности оргстекла в
зависимости от температуры показано на рис. 3.5.
Винипласт может быть светопроницаемым и при этом окрашен-
ным в слабые цветные тона (листовой неармированный матери-
ал). Волнистые листы из винипласта имеют толщину 1—2 мм,
ширину до 1*200 мм. По основным механическим свойствам вини-
пласт близок к органическому стеклу (см. приложение III).
Особенностями винипласта, выгодно отличающими его от дру-
гих светопрозрачных пластмасс, являются самозатухаемость, вы-
сокая химическая стойкость, меньшая стоимость.
45
Вместе с тем этому материалу присущи и некоторые недостат-
ки: меньшее светопропускание и желтоватый оттенок материала,
что вынуждает вводить в винипласт красители; более интенсивное
старение; невысокая теплостойкость, и хрупкость при отрицатель-
ных температурах. Последний недостаток преодолевается путем
введения пластификаторов, хотя при этом несколько, снижаются
механические свойства винипласта.
§	3.5. Воздухонепроницаемые ткани
Воздухонепроницаемые ткани предназначены для изготовления
пневматических строительных конструкций (см. § 17.8). Эти ткани
состоят из текстиля и эластичных покрытий.
Технический текстиль является прочной основой воз-
духонепроницаемых тканей. Он изготовляется из высокопрочных
синтетических волокон. Полиамидные волокна типа «капрон» при-
меняются наиболее широко. Они имеют высокую прочность при
значительной растяжимости и малой стойкости против старения.
Полиэфирные волокна типа «лавсан» менее растяжимы и более
стойки против старения, и их применение непрерывно растет.
Синтетические волокна не подвержены загниванию, но являются
сгораемыми. Текстиль имеет полотняное переплетение. Более
прочные нити располагаются вдоль рулона (основа), а менее проч-
ные— поперек него (уток).
Покрытия обеспечивают необходимую воздухонепроницае-
мость тканей, служат для плотной связи нитей и слоев текстиля
между собой и защищают их от активного атмосферного старе-
ния. В качестве покрытий применяют главным образом резину на
основе синтетических каучуков, а также, эластичный пластифици-
рованный поливинилхлорид.
Воздухонепроницаемые ткани изготовляются заводами резино-
технических изделий в виде полотнищ шириной до 1 м, длиной до
20 м, толщиной от 1 до 2 мм и массой от 0,5 до 1,5 кг/м2, свер-
нутых в рулоны. По числу слоев текстиля их изготовляют одно-
слойными и многослойными с числом слоев до трех. Многослойные
ткани бывают параллельно дублированными, в которых нити
слоев располагаются параллельно, и диагонально дублиро-
ванными, когда они располагаются под углом 45°• друг к
другу. Наша промышленность выпускает следующие воздухонепро-
ницаемые ткани, пригодные для изготовления пневматических
конструкций: однослойная ткань У-93 и двухслойная ткань
У-92, параллельно дублированная для воздухоопорных кон-
струкций; двухслойная ткань № 109Ф и трехслойная № 110Ф, па-
раллельно дублированная для изготовления более напряженных
пневмокаркасных конструкций. Расчетные сопротивления этих
тканей приведены в табл. 7 приложения IV.
Резина из натурального каучука толщиной 1 мм применяется
для изготовления камер пневмокаркасных конструкций. Для из-
готовления небольших воздухоопорных конструкций со сроками
46
службы, измеряемыми месяцами, применяются малопрочные и не
стойкие к свету синтетические пленки.
Свойства воздухонепроницаемых тканей зависят от свойств со-
ставляющих их текстилей и покрытий.
Прочность воздухонепроницаемых тканей зависит не от
их толщины, а только от прочности нитей текстиля, направленных
вдоль действующего растягивающего усилия. Вдоль основы она
значительно выше, чем вдоль утка, что соответствует их относи-
тельной прочности. Прочность параллельно дублированных тканей
близка к суммарной прочности составляющих их слоев. Диагональ-
ные слои диагонально дублированных тканей повышают их проч-
ность не более чем на 10%, но существенно повышают их сопро-
тивление сдвигам в их плоскости и разрывам. Максимальная проч-
ность многослойных воздухонепроницаемых тканей на .растяже-
ние достигает 200 кг/см.
Деформативность воздухонепроницаемых тканей весьма
значительна. При испытании на растяжение ткани показывают
сначала повышенные деформации, что объясняется начальным
распрямлением напрягаемых волокон, затем рост деформаций
приближается к линейной зависимости от усилий и в заключение
ири разрушающей нагрузке происходит хрупки^ разрыв образца.
Предельная растяжимость тканей на основе синтетических волокон
достигает при одноосном растяжении 30%. Длительный модуль
упругости однослойных тканей составляет около 90 кг/см по ос-
нове и около 45 кг/см по утку (соответственно 90 и 45 кН/м).
Старение воздухонепроницаемых тканей происходит в ре-
зультате длительного воздействия на них в период эксплуатации
кислорода и озона воздуха, солнечного света, переменной влажно-
сти и температуры. Покрытия ткани при этом снижают свою эла-
стичность и воздухонепроницаемость, а нити текстиля уменьшают
свою прочность. ,	1
Морозостойкость тканей является достаточной, и они
сохраняют свои свойства при температуре до 50° С. Теплостой-
кость их тоже достаточно высока, и они могут эксплуатироваться
при температуре до 100° С. К недостаткам тканей относятся их
сгораемость и легкая повреждаемость.
•
§	3.6. Древесные пластики
Древеснослоистые пластики — слоистый материал, спрессован-
ный из тонких листов березового, ольхового, липового или буко-
вого шпона, глубоко пропитанных термореактивными смолами
(преимущественно феноло-формальдегидными). В зависимости от
взаимного направления волокон в слоях .различают следующие
марки древеснослоистых пластиков, применяемых в строительстве:
ДСП-Б (волокна от Vs до V20 слоев расположены перпендикулярно
волокнам остальных слоев), ДСП-В (волокна каждого слоя пер-
пендикулярны волокнам смежных слоев). Древеснослоистые пла-
стика обладают большой плотностью, (1250—1300 кг/м3) и проч*
47
костью (прочность при растяжении ДСП-Б и ДСП-В составляет
соответственно 260 и 140 МПа), высокой водостойкостью, сравни-
тельно легко обрабатываются. Из-за высокой стоимости этого ма-
териала область его применения в строительных конструкциях ог-
раничена небольшими по размеру ответственными деталями и
элементами соединений (шпонки, нагели, косынки и т. п.).
Древесноволокнистые плиты (ДВП) — листовой материал, сос-
тоящий из механически .измельченных древесных волокон, скреп-
ленных канифольной эмульсией, а в некоторых случаях еще и син-
тетическим термореактивным связующим. В строительных конст-
рукциях рекомендуется применять плиты твердые и сверхтвердые.
Менее плотные виды плит .используют главным -образом в качестве
теплоизоляционного материала.
Сверхтвердые плиты имеют плотность не менее 950 кг/м3 и
прочность при растяжении около 25 МПа. При -изготовлении этих
плит в них вводят смоляные добавки, благодаря которым увели-
чиваются их плотность и прочность. Сверхтвердые плиты выпуска-
ют в листах толщиной 3—4 мм, длиной 1200—3600 мм и шириной
1000—1800 мм.
Твердые плиты имеют плотность не менее 850 кг/м3 и прочность
около 20 МПа (200 кгс/см2). Они имеют те же размеры, что и
сверхтвердые ДВП при толщине 3—6 мм.
Сверхтвердые и твердые ДВП применяют в качестве обшивок
панелей для перегородок, из них выполняют ребристый средний
слой трехслойных панелей подвесных потолков и т. п. При исполь?
зовании в конструкциях ДВП должны быть антисептированы.
Древесностружечные плиты — листовой материал, полученный
горячим прессованием древесных стружек, пропитанных терморе-
активными (феноло-формальдегидными, мочевино-формальдегид-
ными) смолами.
В качестве конструкционных рекомендуется применять плиты
тяжелые марки ПТ (плотность 650—800 кг/м3) и плиты средней
плотности марки ПС (плотность 500—650 кг/м3). Прочность плит
ПТ и ПС при растяжении составляет соответственно 3,6—2,9 МПа
(36—29 кгс/см2) и 2,9—2,1 МПа (29—21 кгс/-см2). Плиты выпу-
скают толщиной 6—32 мм, шириной 1500—1750 мм и длиной до
3500 мм.
Древесностружечные плиты как конструкционный материал
применяют для перегородок, подвесных потолков. -
$ 3.7. Неорганические материалы, применяемые в сочетании
с конструкционными пластмассами
В качестве материалов для обшивок и других элементов трехслойных конст-
рукций наряду со стеклопластиками и листовыми материалами из древесины
широкое применение находят неорганические материалы: алюминиевые сплавы
(алюминий), защищенная от коррозии сталь, асбестоцемент.
Защищенная сталь применяется главным образом в виде листов, на поверх-
ность которых нанесено защитное покрытие, предохраняющее от коррозии.
В последние годы разработаны и внедрены различные эффективные способы
48
защиты стали, не требующие регулярного возобновления и надежно ограждаю-
щие металл от пагубного воздействия атмосферных факторов.
Одним из способов защиты стали является плакировка — нанесение защит-
ной пластмассовой (поливинилхлоридной) цленки толщиной 0,2—0,35 мм. Лучшая
атмосферостойкость достигается, если пленка нанесена- на предварительно оцин-
кованную поверхность стального листа. Применяемые в мировой практике спо-
собы плакировки обеспечивают высокую адгезию между пленкой и металлом,
долговечность при истирании. Наличие плакировки не препятствует проведению
таких технологических операций, как гнутье и штамповка. Плакировка, будучи
выполнена из цветных пленок, существенно улучшает эстетические качества лис-
товых изделий; поверхность пленки легко моется.
К другим способам защиты стальных листов относятся эмалировка, алюми-
нирование или окраска качественными водостойкими красками.
Алюминий используется для ограждающих конструкций в виде так называе-
мых деформируемых сплавов, т. е. сплавов, механическая обработка которых
(прокатка, прессовка) осуществляется давлением. Марка сплава зависит от его
химического состава. Сплавы, различаются также состоянием поставки, опре-
деляемым характером термической обработки й нагартовки (наклепа), в результа-
те которых сплав упрочняется.
Физические характеристики для всех деформируемых сплавов можно счи-
тать одинаковыми: средняя плотность принята 2,7 т/м3, в обычном диапазоне
температур модуль упругости £=7,1-104 МПа (7,1-105 кгс/см2), модуль сдвига
6=2,7-104 МПа (2,7-105 кгс/см2), коэффициент Пуассона |л=0,3, коэффициент
линейного расширения а=23-10~6.
Другие свойства алюминиевых сплавоЬ могут быть различными в зависимо-
сти от марки и состояния поставки. Наиболее важными свойствами, определяю-
щими выбор марки и состояния поставки алюминия, являются прочность, кор-
розионная стойкость, технологичность при изготовлении, возможность примене-
ния сварки, эстетические качества.
Для ограждающих трехслойных- конструкций нашли применение преимуще-
ственно сплавы следующих групп: алюминиево-марганцевые (АМц), алюминиево-
магниевые (АМг), алюминиево-кремниевые сплавы типа авиаль (АД, АВ). Эти
сплавы хорошо свариваются, обладают высокой коррозионной стойкостью, тех-
нологичны при производстве работ, изделия из них имеют хороший вид. Проч-
ность их может быть увеличена за счет нагартовки или термической обработки.
Расчетное сопротивление для этих сплавов, подвергнутых обработке, достигает
1.00—140 МПа (1000—1400 кгс/см2).
В трехслойных конструкциях алюминий используется в виде листов для об-
шивок и в виде профилей для обрамления панелей и устройства стыков.
Асбестоцемент — материал, состоящий из смеси асбестовых волокон и цемен-
тного камня. Асбестоцемент обладает плотностью 1600—2000 кг/м3, негорюч и не-
дорог. К его недостаткам надо отнести‘хрупкость, невысокую прочность при рас-
тяжении и гигроскопичность. В ассортимент асбестоцементных изделий для
строительства наряду с другими видами продукции входят плоские листы (пли-
ты), применяемые в качестве обшивок трехслойных панелей, а также профили,
применяемые для обрамления панелей. В зависимости от способа приготовления
листы могут быть прессованными и непрессованными. Кроме того, по прочности
асбестоцементные листы различают по маркам (от 200 до 400). Асбестоцемент-
ные листы могут иметь толщину 6—10 мм. Для панелей удобно применять
листы размером 1,5X3,0 и 1,7X3,3' м, из которых можно делать обшивки с
минимальным числом стыков или нестыкованные.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Перечислите достоинства и недостатки конструктивных пластмасс.
2.	Какие компоненты входят в состав пластмасс?
3.	Чем отличается термопластичная смола от термореактивной? Назовите
представителей той и другой групп.
4.	Какие основные компоненты входят в состав стеклопластика?
5.	Назовите области применения стеклопластиков в строительных конструк-
циях.
49
6.	Какие стекловолокнистые наполнители могут применяться в стеклопласти-
ках? Каково назначение стекловолокна?
7.	Какую роль в стеклопластике играет связующее (синтетическая смола)?
8.	От каких факторов зависит прочность стеклопластиков?
9.	Назовите две-три марки стеклопластиков и кратко охарактеризуйте их
свойства.	-
10.	Что такое пенопласт и где он применяется как конструктивный мате-
риал?
11.	Назовите две группы пенопластов в зависимости от технологии вспе-
нивания.
12.	Как меняются механические свойства пенопластов в зависимости от плот-
ности?	)
13.	Каковы достоинства органического стекла как конструкционного материа-
ла и где его применяют в строительстве?
14.	Назовите область применения воздухонепроницаемых тканей.
15.	Из чего состоит воздухонепроницаемая ткань?
16.	Назовите виды древесных пластиков и укажите особенности их струк-
туры.	%
Глава 4
РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ДЕРЕВА
И ПЛАСТМАСС ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
§ 4.1.	Предельные состояния
Согласно действующим в СССР Строительным нормам и пра-
вилам конструкции из дерева и пластмасс должны рассчитывать-
ся по методу предельных состояний.
Предельное состояние — это такое состояние, при достижении
которого конструкция перестает удовлетворять заданным требо-
ваниям, предъявляемым к ней в эксплуатационных условиях или
при возведении.
Внешней причиной, могущей привести конструкцию к предель-
ному состоянию, являются силйвые воздействия (внешние нагруз-
ки, реактивные силы).
Первая группа предельных состояний характеризуется
потерей несущей способности и полной непригодностью к дальней-
шей эксплуатации и является наиболее ответственной. В конструк-
циях из дерева и пластмасс могут возникнуть следующие предель-
ные состояния первой группы: разрушение, потеря устойчивости,
опрокидывание, недопустимая ползучесть.
Эти предельные состояния не наступают при условиях
(4.1)
(или /?ср),	(4.2)
т. е. когда нормальные напряжения о или скалывающие напряже-
ния т не превышают некоторой предельной величины R, называе-
мой расчетным сопротивлением.
Вторая группа йредельных состояний характеризуется
такими признаками, при которых эксплуатация конструкции или
50
сооружения хотя и затруднена, но полностью не исключается, т. е.
конструкция становится непригодной лишь к нормальной эксплуа-
тации.
Для деревянных конструкций и конструкций с применением
пластмасс пригодность к нормальной эксплуатации обычно опре-
деляется по прогибам:
/// < [//Лпред-	(4.3)
Формула (4.3) означает, что изгибаемые (или сжат'о-изгибае-
мые) элементы или конструкции пригодны к нормальной эксплуа-
тации, когда наибольшая величина отношения перемещения (т. е.
прогиба) к пролету f/l меньше некоторой предельной величины
{f/Опред.-
Цель производимого расчета конструкций — не допустить на-
ступления ни одного из возможных предельных состояний как при
эксплуатации конструкций в течение срока службы, так и при
транспортировании, монтаже конструкции и возведении здания
(сооружения).
Для оценки характеристик материалов, величин нагрузок и ре-
альных условий эксплуатации метод расчета по предельным со-
стояниям вводит понятия: нормативные и расчетные сопротивле-
ния, нормативные и расчетные нагрузки, коэффициенты условия
работы и другие параметры, применяемые при расчете различных
конструкций.
§ 4.2.	Нормативные и расчетные нагрузки
Исходными величинами и основными характеристиками нагру-
зок являются нормативные нагрузки, обозначаемые обычно индек-
сом «н» (например, gB, pF, Ри и т. п.). Отклонения учитываются
коэффициентами перегрузки п, значение которого в большинстве
случаев больше единицы (1,1—1,6).
Коэффициент перегрузки устанавливается с учетом изменчивос-
ти рамой нагрузки и в зависимости от группы и вида предельного
состояния, от назначения здания (сооружения), от условий его
эксплуатации.
Путем умножения нормативной нагрузки на коэффициент пе-
регрузки получают величину, называемую расчетной нагрузкой,
которая и принимается в,расчетах конструкций. Таким образом,
g-==g-"n; р=р*П’, Р=Р*п.	(4.4)
Проверку конструкций по второй группе предельных состояний
производят на действие постоянных и временных нормативных
нагрузок.	’ •
В СНиП П-6—74 различают нагрузки постоянные и временные,
а среди временных выделяют длительные, кратковременные и
особые.
К постоянным нагрузкам относят массу ограждающих и несу-
щих конструкций зданий и сооружений, и т. п.
51
к временным длительным нагрузкам относят массу технологи-
ческого оборудования и сопутствующих технологическому процес-
су материалов, давление газов, жидкостей и т. п.
К кратковременным нагрузкам относят нагрузки от подвижного
транспорта (кранов, тельферов), от людей, снеговые и ветровые
нагрузки, температурные климатические воздействия .и т. д.
К особым нагрузкам относят сейсмические воздействия. Вероят-
ность того, что все кратковременные и особые нагрузки не могут
одновременно достигнуть своей максимальной величины, учитыва-
ется коэффициентом сочетания пс, который меньше единицы.
В связи с этим установлены основные сочетания, составляемые
как сумма постоянных, длительных и кратковременных нагрузок.
При основных сочетаниях коэффициент Пс=0,9 вводится к вели-
чинам кратковременных нагрузок, когда учитывается одновремен-
ное действие двух (или более) кратковременных нагрузок.
§ 4.3.	Нормативные и расчетные характеристики материалов
вать установление характера и
Рис. 4.1. Кривая распределения проч-
ности и положение на оси «проч-
ность» средней величины временного
сопротивления и нормативного
сопротивлений
ность, большую нормативного
Основной характеристикой материалов, по которой оценивает-
ся их способность сопротивляться силовым воздействиям, является
нормативное сопротивление RH.
Назначению нормативного сопротивления должно предшество-
параметров кривой распределения
прочности (рис. 4.1), которую
строят по результатам испытаний
большого числа (нескольких ты-
сяч) образцов материала. Стати-
стическая обработка результатов
таких испытаний позволяет по-
строить достаточно достоверную
кривую распределения, которая
будет показывать, какова вероят-
ность или частота (в процентах
от общего числа испытанных об-
разцов) появления образца той
или иной прочности. СНиП
II.A10—71 устанавливает, что из
100% испытанных образцов не
менее 95% должны иметь проч-
сопротивления или равную ему
(рис. 4.1). При соблюдении этого условия говорят, что нормативное
сопротивление имеет обеспеченность не менее 0,95.
Нормативное сопротивление является основным мерилом при
оценке качества конструктивных материалов при проверочных ис-
пытаниях прочность материалов должна быть не меньше норматив-
ного сопротивления.
Коэффициент безопасности по материалу /г, который больше
единицы, учитывает вероятность проявления материалом прочно-
сти меньшей, чем нормативное сопротивление, т. е. отклонение
52
прочности в неблагоприятную для конструкции сторону. Нормы
устанавливают, что значение коэффициента безопасности по мате-
риалу должно быть не меньше 1,1. Коэффициент k учитывает от-
клонение, вызванное статистической изменчивостью (часть кривой
распределения,* расположенной левее значения /?н), а также не-
статистическими факторами (например, влиянием длительных наг-
рузок, несоответствием между прочностью малых образцов, кото-
рые применяют для выявления 7?н, и прочностью элементов реаль-
ных конструкций, имеющих значительно большее поперечное
сечение).
Расчетное ^сопротивление материала получают путем деления
нормативного сопротивления на коэффициент безопасности по ма-
териалу:
R=R*lk.	(4.5)
Расчетное сопротивление — это прочностная характеристика,
принимаемая при расчетах конструкций.
Коэффициенты условий работы m учитывают такие факторы,
как температура и влажность среды, продолжительность воздей-
ствий, а также приближенность расчётных схем, возможность пе-
рераспределения усилий и т. д. Факторы (условия работы), учи-
тываемые коэффициентом т, проявляются лишь в тех -или иных
специфических условиях эксплуатации конструкций. Они могут
ухудшать (либо улучшать) прочность материала. Коэффициент
вводится в расчет в качестве сомножителя к расчетному сопротив-
лению, так что при учете неблагоприятных условий т<1, а при-
учете условий, благоприятно влияющих на работу конструкции,
т>\.
Влияние длительных нагрузок на прочность древесины учтено
коэффициентом безопасности по материалу k и дополнительно
учитывается коэффициентом т лишь в особых случаях.
Нормативные^ расчетные сопротивления характеризуют одно
из основных свойстр материала —его прочность. Наряду с вели-
чинами сопротивлений при расчетах необходимо иметь значения
других характеристик материалов: плотности, модуля упругости,
коэффициента Пуассона и др. Нормативные значения этих харак-
теристик принимаются по их среднестатистическим величинам.
§ 4.4.	Нормативные и расчетные характеристики древесины
и фанеры
Нормативное сопротивление древесины вычисляется по резуль-
татам многочисленных, испытаний малых образцов чистой (без
включения пороков) древесины одной породы влажностью 12%.
Для оценки прочности при различных видах деформирования
(растяжение, сжатие, изгиб, скалывание) используют образцы,
установленные ГОСТом (см. рис. 19.9).
Принятое в СНиП П-В.4—71 значение нормативного сопротив-
ления древесины определено как
Я"=/?$(1— 2,25cv),	(4.6)
53
где	— среднее значение предела прочности; с» — коэффициент
изменчивости.
Это соответствует обеспеченности 0,99 и удовлетворяет требо-
ванию СНиП II-A.10—71, которые, как указывалось, устанавлива-
Рис. 4.2. Влияние длительно действующих
«агрузок на прочность и деформативность
древесины:
41 — зависимость длительной прочности древесины
-от напряжения; ——— кривая длительной проч-
ности; -----— предел длительного сопротивления
Чв долях от Явр); б —кривые ползучести при на-
пряжениях в пределах длительного сопротивления
(------) и выше предела длительного сопротивле-
ния (--'	)
ют обеспеченность не менее
0,95.
Коэффициент безопасно-
сти по материалу k назна-
чают с учетом факторов,
влияющих на прочность
конструкционных, элементов,
выполненных из древесины.
К числу этих факторов отно-
сятся: снижение прочности
и увеличение деформаций
при длительном действии
нагрузок; снижение прочно-
сти за счет естественных по-
роков древесины (сучки, ко-
сослой и т. п.); снижение
прочности за счет масштаб-
ного фактора.
При длительном дейст-
вии нагрузки снижение проч-
ности выражается в том, что
по истечении какого-то вре-
мени нагруженные образцы
древесины разрушаются, да-
же когда действующее в
образце напряжение мень-
ше, чем предел прочности,
полученный при кратковре-
менных испытаниях по ГОСТу. Предел длительного сопротивления
(т. е. прочность, соответствующая продолжительно действующей
нагрузке) выявляется экспериментально.
Для этого группу образцов из древесины нагружают до напряжений, соот-
ветствующих какой-либо доле кратковременного предела прочности (например,
Ю,90; 0,85; 0,80; 0,75 и т. д.). Результаты испытаний тем достовернее, чем боль-
шее число образцов будет испытано на каждом из выбранных уровней напряже-
ния (обычно не меньше, чем по 3—5 образцов на каждом уровне). После того
как нагрузка приложена, ведут наблюдение за поведением нагруженных образ-
цов. Со временем образцы начинают разрушаться. Время, истекшее от момента
приложения нагрузки до момента разрушения, называется временем до разруше-
ния (или долговечностью)^ оно исчисляется в секундах, часах или сутках. По
мере разрушения образцов строят график, по оси абсцисс которого откладыва-
ют долговечность образца,' а по оси ординат — либо приложенное к образцу на-
пряжение, либо отношение напряжения, приложенного к образцу,’к прочности,
«юлученной из кратковременных испытаний аналогичных образцов (рис. 4.2, а).
. Как видно из графика, более нагруженные - образцы имеют
меньшую долговечность и по мере уменьшения уровня напряжения
54
долговечность возрастает. Образцы же, нагруженные ниже ка-
кого-то’ определенного уровня, вообще не разрушаются даже по
истечении продолжительного срока (несколько десятилетий).
Этот уровень напряжений, составляющий для древесины примерно
0,50 предела прочности при кратковременных испытаниях, и при-
нят за предел длительного сопротивления.
В ходе длительных испытаний отмечается еще и нарастание
деформаций в образцах (рис. 4.2, б). Такое явление называется
ползучестью.
Как видно из рис. 4.2, б, деформаций ползучести еп нарастают со временем и-
тем больше, чем выше напряжения. Линий, характеризующие нарастанйе дефор-
маций во времени (кривые ползучести), могут иметь двоякий характер. При на-
пряжениях ниже предела длительного сопротивления кривая ползучести имеет
асимптоту, т. е. деформации ползучести затухают. При более высоких напряже-
ниях кривая ползучести со временем начинает выгибаться вверх, деформации
ползучести ускоряются и образец вскоре разрушается. Таким образом, снижение
прочности при длительных нагрузках и ползучесть являются процессами взаимо-
связанными.
Ползучесть древесины должна быть учтена при назначении
расчетных характеристик, в особенности модуля упругости Е. и
модуля сдвига G.
Влияние пороков. Данные, использованные для назначения
нормативного и длительного сопротивления, построены на резуль-
татах испытаний чистой древесины. На практике в элементах кон-
струкций неизбежно присутствуют пороки древесины, оказывающие
весьма ощутимое влияние на прочность элементов.
Сучки влияют на снижение прочности элементов за счет умень-
шения эффективной площади поперечного сечения элементов, воз-
никновения в элементах эксцентричного усилия (особенно при вы-
ходе сучка на кромку элемента), за счет концентрации напряже-
ний в местах образующегося отверстия, или выкружки, а также
за счет образующегося вблизи сучка косослоя.
Наклон волокон опасен тем, что при непараллельности волокон
древесины действующему усилию в элементе развиваются напря-
жения, направленные поперек волокон, я в этом направлении проч-
ность древесины, например, при растяжении в 20—25 раз меньше,,
чем вдоль волокон. Испытания показывают, что при наклоне воло-
кон до 15 см на 1 м длины элемента (требования к элементам 111-
категории) прочность древесины при растяжении падает примерно1
на 30%, а при щкатии — на 8%. Наклон волокон и сучки в большей
мере влияют на прочность при растяжении, чем при сжатии.
Трещины опасны при работе древесины на скалывание, которое
может быть вызвано действием поперечных сил, а при наличии
наклона волокон — и действием нормальных сил.
Учет пороков показывает, что их влияние снижает прочность-
элемёнтов по сравнению с чистой древесиной при растяжении при-
мерно в 2,8 раза, при сжатии — в 1,5 раза.
Влияние масштабного фактора выражается в том, что проч-
ность древесины в элементах крупных размеров меньше, чем и
55.
образцах, принятых при определении нормативного сопротивления.
Учет влияния всех перечисленных факторов длительного дей-
ствия нагрузки, пороков и масштабного фактора — позволяет по-
лучить значение коэффициента безопасности по материалу k, а за-
тем и величину расчетного сопротивления древесины при различ-
ных видах напряженного состояния (см. табл. 1 приложения IV).
Например, при растяжении нормативное сопротивление по формуле (4.6) бу-
дет составлять 7?рн=100(1—2,25-0,2) =55 МПа. Коэффициент безопасности по ма-
териалу k должен включать снижение прочности при^ длительном действии на-
грузки в 1,5 раза, за счет естественных пороков древесины — в 2,8 раза и за счет
масштабного фактора — в 1,3 раза. Перемножив эти величины, получим k—
= 1,5-2,8-1,3=5,5. Расчетное сопротивление при растяжении по формуле (4.5) бу-
дет 7? р= 55/5,5= 10 МПа.	•
Данные табл. 1 приложения IV относятся к древесине сосны и
ели. Эти две породы имеют идентичные свойства и находят наи-
большее применение в строительных конструкциях. Для получе-
ния расчетных сопротивлений древесины других пород> значения,
приведенные в табл. 1 приложения IV для сосны и ели, умножа-
ются на переходные коэффициенты тп табл. 1 приложения IV.
Модуль упругости древесины вдоль волокна независимо от по-
роды принимается равным Е= 10 000 МПа. Это значение установ-
лено путем снижения в 1,5 раза модуля упругости (15000 МПа),
полученного из кратковременных испытаний образцов древесины.
Анизотропия древесины, наличие пороков, чувствительность
к температурно-влажностным факторам требуют введения ряда
коэффициентов условия работы-т при расчете деревянных конст-
рукций. Часть из них указана в таблицах приложения IV.
Коэффициенты условий работы, зависящие от температурно-
влажностных условий, определяются группой конструкций (см.
гл. 8).'
При воздействии ряда кратковременных нагрузок к расчетным
сопротивлениям помимо коэффициентов сочетания нагрузок пс
(см. § 4.2) вводятся и коэффициенты условия работ тн>1 (см.
табл. 3 приложения IV).
Если кратковременная нагрузка создает более благоприятные
условия эксплуатации деревянных конструкций'(тн>1), то одно-
временное действие постоянной и временной длительной нагрузок
(например, собственная масса плюс масса оборудования) увели-
чивает вероятность достижения конструкций предельного состоя-
ния. Поэтому когда сумма усилий от этих двух нагрузок превыша-
ет 80% полного расчетного усилия, то расчетное сопротивление и
модуль упругости древесины умножаются на коэффициент тв=
= 0,8. Коэффициент тв=0,8 учитывает снижение прочности при
длительном действии нагрузки в дополнение к тому снижению,
которое включено в коэффициент безопасности k.
Для гнутых элементов к расчетным сопротивлениям' вводится
коэффициент условия работы тгн (см., табл. 4 приложения IV).
При гнутье возникают напряжения, которые в сумме с напряже-
ниями, вызванными эксплуатационными силовыми воздействиями,
56
не должны превышать расчетного сопротивления древесины. Нап-
ряжения в изогнутых элементах тем больше, чем больше толщина
элемента а в направлении радиуса кривизны и чем меньше радиус
кривизны гк.
Прочие коэффициенты условия работы, относящиеся к различ-
ным видам напряженного состояния деревянных элементов, рас-
смотрены в гл. 5.
Строительная фанера имеет слоистую структуру, причем волок-
на. в двух смежных слоях (шпонах) располагаются под углом 90°.
«•)
Рис. 4.3. Характер работы фанеры:
а — растяжение — сжатие; б — изгиб; в — скалывание; г — срез; / — усилия приложе*
ны вдоль наружных волокон; 2 — то же, поперек волокон
-ч
Нечетное число слоев в листе приводит к тому, что механические
свойства фанеры по двум этим направлениям всегда различаются.
Коэффициенты изменчивости со фанеры в зависимости от толщи-
ны листа, числа слоев и вида напряженного состояния имеют зна-
чения от 0,1 до 0,22, а коэффициенты безопасности k — от 2,0
до 3,9.
Расчетные сопротивления строительной фанеры приведены в
табл. 5 приложения IV, а модули упругости сдвига и. коэффициен-
ты Пуассона — в табл. 6 приложения IV. Способ приложения уси-
лий для указанных в табл. 5 приложения IV напряженных состоя-
ний показан на рис. .4.3. При проверке напряжений в элементах
из строительной фанеры могут быть введены коэффициенты усло-
вия работы tn, учитывающие:
температурно-влажностные условия эксплуатации конструкции
(см. гл. 8);
57
кратковременность действия нагрузки (см. табл. 3 приложе-
ния IV);
случаи, когда суммарное расчетное усилие от постоянной и
временной длительной нагрузок превышает 80% полного расчет-
ного усилия (/ив=0,8);	'
первоначальную изогнутость (см. табл. 4 приложения IV).
Данные табл. 2 приложения IV на строительную фанеру не
распространяются.-
f
§ 4.5.	Нормативные и расчётные характеристики
конструкционных пластмасс
Методика назначения расчетных характеристик достаточно
подробно рассмотрена в § 4.3 и 4.4. В общем она остается той же
и для конструкционных пластмасс с учетом, однако, некоторых
особенностей, присущих этим материалам.
Для конструкционных пластмасс общими с древесиной и фа-
нерой являются следующие факторы: рассеяние механических
свойств, учитываемое главным образом при определении влия-
ние длительных нагрузок на прочность и деформативность; масш-
табный фактор.
Вместе с тем имеются особенности, отличающие конструкцион-
ные пластмассы от древесины, когда речь идет о назначении рас-
четных характеристик; в пластмассах отсутствуют присущие дре-
весине пороки, влияние ябе возможных технологических дефектов
сказывается на значении коэффициента изменчивости Cv и, таким
образом, отдельно не учитывается; для листовых материалов на-
ряду с учетом рассеяния прочности RBp требуется дополнительный
учет рассеяния по толщине листа; для оценки механических
свойств используют малые образцы иных размеров и формы.
Расчетные характеристики основных конструкционных пласт-
масс приведены в табл. 7 приложения IV; модуль упругости Е, мо-
дули сдвига G, коэффициент Пуассона и коэффициент линейного
расширения а — в табл. 8 приложения IV. Приведенные в табли-
цах величины относятся к материалам, работающим в нормальных
температурно-влажностных условиях. В случае, когда на элемент
одновременно с силовым воздействием действуют температурно-
влажностные факторы, отличающиеся от нормальных, в расчет
дополнительно вводятся коэффициенты условия работы (см. табл.
9, 10, 11 приложения IV), учитывающие влияние повышенной
температуры (trit), повышенной влажности (mw), атмосферных
условий (nif).
Коэффициенты условия работы mt, mw, rrif вводятся в расчет
как множители к расчетному сопротивлению R. Если действуют
одновременно более одного из этих факторов, то их суммарное
действие учитывается произведением соответствующих коэффици-
ентов. Однако повышенные влажность и температура, вызванные
атмосферными условиями, учтены коэффициентом ту и в этом слу-
чае коэффициенты mt и mw не применяются.
58
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Что такое предельное состояние конструкции?
2.	Какие группы предельных состояний названы в СНиПе и чем они харак-
теризуются?
3.	Перечислите несколько предельных состояний, отнесенных к первой и вто-
рой группам.
4.	Чем отличается нормативная нагрузка от расчетной и в каких случаях ка-
кая из них вводится в расчет?
5.	Что такое коэффициент сочетания и в каких случаях его применяют при
расчете? Приведите пример.
6.	Что такое нормативное сопротивление материала и как его определяют?
7.	Напишите формулу расчетного сопротивления и объясните, какие факто-
ры учитывает коэффициент безопасности по материалу при назначении расчет-
ного сопротивления древесины.
8., Как определяется длительная прочность древесины?
9. Как влияют пороки на прочность древесины?
10. Что учитывают коэффициенты условия работы? Приведите примеры таких
коэффициентов.
।
Глава 5
ДЕРЕВЯННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
§ 5.1. Элементы и их расчет
Элементами деревянных конструкций называют доски, бруски,,
брусья и бревна цельного сечения с размерами, указанными в сор-
таментах пиленых .и круглых лесоматериалов. Они могут являться
самостоятельными конструкциями, например балками или стойка-
ми, а также быть стержнями более сложных конструкций.
' Элементы рассчитывают по методу предельных состояний, из-
ложенному в гл. 4, с учетом всех особенностей работы древесины
и условий работы конструкций. Усилия, действующие в элементах
конструкций, и их прогибы определяют общими методами строи-
тельной механики. В .результате расчета решается ряд практиче-
ских задач проектирования деревянных конструкций.
Проверка прочности и прогибов элемента заключается в опре-
делении напряжений в сечениях, которые не должны превышать
расчетных сопротивлений древесины, а также его прогибов, кото-
рые не должны превосходить предельных, установленных нормами
проектирования.
Подбор сечений при проектировании новых деревянных конст-
рукций заключается в определении таких размеров элемента, при
которых его прочность и устойчивость были бы достаточными для
восприятия действующих усилий, а прогибы — не более предель-
ных.
Несущую способность конструкций определяют чаще всего
в процессе .их эксплуатации. Для этого находят наибольшие уси-
лия и нагрузки, которые может выдерживать элемент известных
размеров, при этом расчетные сопротивления древесины и допу-
стимые прогибы не должны быть превышены.
5»
Деревянные элементы рассчитывают на растяжение, сжатие,
изгиб, растяжение или сжатие с изгибом, смятие и скалывание в
соответствии со СНиП II-B.4—71. Приводимые ниже нормативные
и расчетные сопротивления соответствуют древесине сосны и ели.
§ 5.2. Растянутые и сжатые элементы
Растянутые элементы. На растяжение работают нижние пояса
ферм, затяжки арок и стержни других сквозных конструкций. При
этом растягивающее усилие N действует вдоль оси элемента и во
всех точках его поперечного'сечения возникают растягивающие
Рис. 5.1. Растянутый элемент:
а — график деформаций и стандартный образец;
б — расчетная схема; в — характер разрушения,
ослабления и расчетная эпюра напряжений
напряжения о, которые с до-
статочной точностью счита-
ются одинаковыми по вели-
чине.
Древесина работает на
растяжение почти как упру-
гий материал и показывает
высокую прочность. Разру-
4шение растянутых элемен-
*“тов происходит хрупко, в
виде почти мгновенного раз-
рыва наиболее слабых воло-
кон по пилообразной поверх-
ности. На рис. 5.1 показаны
стандартный образец и диа-
грамма растяжения древеси-
ны без пороков. На нем вид-
но, что зависимость дефор-
маций от напряжений близ-
ка к линейной, а прочность
отдельных образцов дости-
гает 100 МПа.
Однако прочность реаль-
ной древесины при растяже-
нии, учитывая ее значитель-
ные колебания, большое
влияние пороков и длитель-
ности нагружения, значительно ниже и характеризуется норматив-
ным /?рн=55 МПа и расчетным сопротивлением /?р=10 МПа, кото-
рые получены по методике, описанной в гл. 4.
Растянутые элементы должны иметь высшую, I категорию по
качеству древесины. Прочность растянутых элементов в тех местах,
где они ослаблены отверстиями или врезками, снижается дополни-
тельно в результате концентрации напряжений у их краев. Это
учитывается снижающим коэффициентом условий работы тр=
= 0,8. При этом расчетное сопротивление растяжению получается
равным 7?р=8 МПа. При наличии ослаблений в пределах длины
20 см в разных зонах сечений поверхность разрыва всегда прохо-
60
дит через них. Поэтому при определении ослабленной площади
сёчения Fht все Ослабления на этой длине суммируются, как бы
совмещаются в одном сечении. Поверочный расчет растянутых
элементов производят по формуле
c=^'FHT</?p.	(5.1)
Для подбора сечений растянутых элементов пользуются этой
же формулой, но относительно искомой площади Гтр, учитывая,
что усилие N и расчетное сопротивление Яр известны. Наибольшее
растягивающее усилие, которое может выдерживать элемент из-
вестных размеров, определяют по формуле (5.1), но относительно
искомого усилия. По деформациям растянутые элементы не про-
веряют.
Пример 5.1. Подобрать сечение стержня, в котором действует растягивающее
усилие JV=180 кН=0,18 МН (18 тс). Стержень имеет ослабления двумя рядами
отверстий диаметром d=0,02 м, просверленных в .более широких пластях так,
что в каждом ослабленном сечении совмещаются два отверстия (n=2j.
Решение. Расчетное сопротивление растяжению в ослабленных сечениях
/?р=8 МПа. Требуемая площадь сечения Ftp=N/Rp=0, 18/8=0,0222 м2.
Принято сечение Ь/г=0,15-0,20 м (15-20 см). Площадь сечения, за вычетом
ослаблений, РНт=(Л—dn)b=(0,20—0,02-2)-0,15=0,024 м2. Действующее напря-
жение o=/V/Рнт=0,18/0,024=7,5 МПа<7?Р.
Сжатые элементы^ На
сжатие работают стойки,
подкосы, верхние пояса и
отдельные стержни ферм.
В сечениях элемента от
сжимающего усилия N,
действующего вдоль его
оси, возникают почти оди-
наковые по величине сжи-
мающие напряжения о.
Древесина работает на сжа-
тие надежно, но не вполне
упруго. На рис. 5.2 показа-
ны стандартный образец
древесины и диаграмма его
деформаций при сжатии.
Примерно до половины
предела прочности рост де-
формаций происходит по
закону, близкому кf линей-
ному, и древесина работает
почти упруго. При дальней-
шем росте нагрузки увели-
чение деформаций все бо-
лее опережает рост напря-
жений, указывая на упру-
гопластический характер
б,мпа
Рис. 5.2. Сжатый элемент:
а — график деформаций и стандартный образец;
б — расчетная схема, характер разрушения и эпю-
ра. напряжений; в — типы закрепления концов И
расчетные длины; 1 — складки; 2 — разрыв
61
работы древесины. Разрушение образцов происходит при напряже-
ниях, достигающих 40 МПа, пластично в результате (потери устой-
чивости ряда волокон, о чем свидетельствует характерная складка.
Пороки меньше снижают прочность древесины при сжатии,
чем при растяжении, и поэтому нормативное и расчетное сопротив-
ления реальной древесины соответственно выше: 7?“=30 МПа,
Яс=13 МПа (130 кгс/см2). По качеству древесины сжатые элемен-
ты относятся к II категории.
Сжатые элементы конструкций имеют» как правило, длину,
намного большую, чем размеры поперечного сечения, и разруша-
ются не как малые стандартные образцы, а в результате потери
устойчивости, происходящей раньше, чем напряжения сжатия до-
стигнут предела прочности. При пдтере устойчивости сжатый эле-
мент теряет несущую способность и выгибается в сторону. При
дальнейшем выгибе на вогнутой стороне его появляются складки,
свидетельствующие о разрушении древесины от сжатия. На выпук-
лой стороне волокна разрываются от растягивающих напряжений,
и элемент ломается. Только короткие, редко применяемые сжатые'
элементы разрушаются как малые стандартные образцы без по-
тери устойчивости.
Прочность стержня при сжатии и потере устойчивости зависит
от площади и формы его сечения, длины и типа закрепления его
концов, что учитывается коэффициентом продольного изгиба <р,
называемым также коэффициентом устойчивости.
Расчетная площадь сечения Fv принимается равной полной пло-
щади, если она не имеет ослаблений или их площадь не превышает
*/< площади сечения и эти ослабления не выходят на кромку,
поскольку они не снижают прочности такого элемента. Большие
внутренние ослабления снижают его несущую способность, но
меньше, чем их относительный размер, и расчетная площадь сече-
ния равна при этом 4/з неослабленной площади. Симметричные
наружные ослабления уменьшают прочность элемента прямо про-
порционально их размерам, и площадь их исключается. При несим-
метричных ослаблениях кроме сжатия возникает еще изгиб, о- чем
сказано ниже.
Влияние типа закрепления концов на несущую способность
сжатого элемента длиной I учитывается расчетной длиной /о, кото-
рая равна при шарнирном закреплении концов 1о=1, при одном
заделанном и другом свободном конце /о=2/ и при обоих заделан-
ных концах, учитывая податливость древесины, /о=О,65/.
Влияние размеров и формы сечения учитывается его радиусом
инерции г. Он зависит от площади F и момента инерции сечения
в направлении потери устойчивости J, и находят его из выражения
Радиусы инерции прямоугольных сечений с размером
в направлении потери устойчивости h и круглых сечений диамет-
ром d с достаточной точностью можно определить из выражений
г=0,29Л; r=0,25d. Гибкость элемента равна частному от деления
расчетной длины на радиус инерции: Х=/оА-
62
Гибкость сжатых элементов ограничивается, с тем чтобы они
не получились недопустимо гибкими и недостаточно надежными.
Основные элементы конструкций — отдельные стойки, пояса и
опорные раскосы ферм и др. — должны иметь гибкость не более
120. Прочие сжатые элементы основных конструкций — не более
150 и элементы связей — 200.
Коэффициент устойчивости <р, всегда мецыпий единицы, учиты-
вает влияние устойчивости на снижение несущей способности сжа-
того элемента и зависит от его расчетной максимальной гибкости.
При гибкостях более 75 сжатый элемент теряет устойчивость,
когда напряжения сжатия в древесине еще невелики и она работа-
ет упруго.
Коэффициент устойчивости <р, равный отношению напряжения
в момент потери устойчивости акр к пределу прочности при сжатии
Rn.n> определяют по формуле Эйлера с учетом постоянного отноше-
ния модуля упругости древесины Е - к пределу прочности
/?п.п(£/Яп.п=312) в следующем порядке:
,т jfiEJ	N9 3OEJ Я»Е 1 / J \
N-=~ir-	=~м-=-Ц-\У ~F) =
=	; ф— ff|CP —	 =	. 312; ф=Л52_	(5.2)
X2 * tfnji X27?n.n X2	. W
При гибкостях, равных и меньйтих 75, элемент теряет устой-
чивость, когда напряжения сжатия достигают упругопластической
Стадии и модуль упругости древесины понижается. Коэффициент
устойчивости при этом определяют аналогично с учетом перемен-
ности модуля упругости по упрощенной теоретической формуле
т=1-0,8 (X/100)2.	(5.3)
Коэффициент устойчивости <р в зависимости от гибкости мож-
но определить также по графику, изображенному на рис. 5.3.
Поверку прочности сжатого элемента с учетом его устойчивости
производят по формуле
а=ЛГ/(тГ,)<Яс.
(5.4)
Несущая способность сжатого элемента, все размеры которого
и способ закрепления концов известны, определяют по формуле
(5.4), но относительно искомого усилия сжатия N. При этом необ-
ходимо предварительно вычислить площадь сечения Fp, гибкость
X и коэффициент устойчивости <р.
Подбор сечения сжатого элемента произвести непосредственно
по данной формуле нельзя, так как от его размеров зависят пло-
щадь сечения и коэффициент устойчивости. В этом случае следует
предварительно приближенно задаться величиной гибкости X и
коэффициентом <р. Например, для основных стоек следует прини-
63
мать гибкость около Х=80 и <р==0,5, для неосновных элементов-
Х= 120 и <р=0,2, для связей Л= 180 и q>=0,l.
Требуемую площадь сечения Гтр определяют после этого по пе-
реписанной относительно нее основной формуле и в заключение
Рис. 5.3. График коэффициен-
тов устойчивости
определяют размеры сечения.
Гибкость отдельных стержней пря-
моугольного сечения следует опреде-
лять наибольшую с учетом меньшего
размера сечения и меньшего радиуса
инерции, а при наличии связей нужно
определять гибкости относительно обе-
их осей сечения и учитывать наиболь-
шую.
Короткие стержни, длина которых
не превышает семикратной высоты се-
чения, работают на сжатие без потери
устойчивости и рассчитываются по
формуле
a=2V/FHT</?c.	(5.5)
Площадь сечения определяется здесь путем исключения из нее
площади всех ослаблений, поскольку они снижают прочность та-
кого стержня прямо пропорционально своей величине.
Пример 5.2. Подобрать сечение брусчатой стойки длиной 1=4 м с шарнирно
закрепленными концами, нагруженной продольной силой — N=200 кН=0,2 МН
(20 тс), не имеющей ослаблений сечений.
Решение. Задаемся гибкостью Х=80. и коэффициентом <р=0,5. Требуемая
площадь сечения Гтр=Л7(ф#с) =°0.2/(0,5-13) =0,0307 м2. Требуемый размер се-
чения Л=КГтр=У 0,0307=0,175 м. Принят брус квадратного сечения
0,18X0,18 м.
Проверка. Площадь сечения Fp=0,18-0,18=0,0324 м2. Радиус инерции
г=0,29Л=0,29-0,18=0,052 м. Расчетная длина 1»=1=4 м. Гибкость К=1о/г=
=4/0,052=77>75. Коэффициент <р=3100/Х2=3100/772=0,52. Напряжение а=
=N/(tfFP) =0,2/(0,52 0,0324) = 11,9 МПа</?с.
$ 5.3. Изгибаемые элементы
В изгибаемом элементе от нагрузок, действующих поперек его
продольной оси, возникают изгибающие моменты М и поперечные
силы Q,-определяемые методами строительной механики. Напри-
мер, в середине пролета I однопролетной балки от равномерной
нагрузки q возникает изгибающий момент M-=qPI3. От изгибаю-
щего момента в сечениях элемента возникают деформации и на-
пряжения изгиба о, которые состоят из сжатия в одной части се-
чения и растяжения в другой, в результате элемент изгибается.
Древесина работает на изгиб достаточно надежно и может
иметь II категорию качества. На рис. 5.4 показаны стандартный
образец древесины и диаграмма его прогибов при испытании на
изгиб. Диаграмма как и при сжатии, примерно до половины имеет
64
линейное очертание, затем изгибается, показывая ускоренный рост
прогибов. Разрушение образца начинается с появления складок
крайних сжатых волокон и завершается разрывом крайних растя-
нутых, в результате чего об-
разец ломается при среднем
напряжении изгиба 75 МПа.
Нормальные напряжения
в сечениях изгибаемого эле-
мента распределяются не-
равномерно по высоте. В на-
чальной расчетной стадии
древесина работает упруго
и эпюра напряжений изо-
бражается прямой линией,
показывающей максималь-
ные напряжения сжатия и
растяжения у кромок и ну-
левые у нейтральной оси се-
чения. При дальнейшем на-
гружении сжатая часть се-
чения начинает работать
упругопластично, эпюра из-
гибается и нейтральная ось
смещается в сторону растя-
жения. В стадии разрушения
сжатая часть эпюры изгиба-
ется еще больше, напряже-
ния сжатия и растяжения
достигают предела прочно-
сти и элемент ломается.
Пороки древесины, дли:
тельное действие нагрузок
и наличие перерезанных при
распиловке волокон умень-
шают прочность изгибаемых
элементов из реальной дре-
весины в той же степени, что
и при сжатии, и она харак-
теризуется следующими
сопротивлениями: норматив-
ным 7?ин=50 МПа и расчет-
ным /?и= 13 МПа.
Рис. 5.4. Изгибаемый элемент:
а — график деформаций и стандартный образец;
б —расчетная схема; в—«характер разрушения и
эпюры напряжений; г — схема работы сечений при
косом изгибе
Брусья с размерами сечений 14 см и более имеют меньший про-
цент перерезанных при распиловке волокон, чем доски,.и их по-
вышенная "прочность при изгибе учитывается коэффициентом ус-
ловий работы /?2и1 = 1,15. При этом расчетное сопротивление равно
/?и= 15 МПа; бревна совсем не имеют перерезанных волокон и
еще прочнее. Коэффициент условий работы их /Ии2=1,25 и расчет-
ное сопротивление 1?и=16 МПа. От действия поперечных сил Q
3—2411
65
в сечениях изгибаемого элемента возникают напряжения скалыва-
ния т, о которых сказано ниже.
Изгибаемые элементы рассчитывают по несущей способности —
прочности на действие изгибающих моментов и поперечных сил от
расчетных нагрузок и по прогибам от нормативных нагрузок. Их
прочность и жесткость зависят от размеров и форм поперечных
сечений} определяющих их геометрические характеристики — мо-
мент инерции J, момент сопротивления W и статический момент
S. Для наиболее распространенных сечений деревянных элементов
они равны:	♦
для прямоугольного с размерами b, h	W=bhi/6;
S=bh2/8;- ,
для круглого диаметром d J=d4/20; IF=d3/10.
Площади ослаблений -при вычислении / и S исключаются.
Проверку изгибаемого элемента по прочности по нормальным
напряжениям производят на действие максимального изгибающего
момента М от расчетных нагрузок по формуле
а=7И/1Гр</?11.
(5.6)
где Wv — расчетный момент сопротивления (см. гл. 11).
Подбор сечения изгибаемого элемента по прочности произво-
дят по этой же формуле, но относительно требуемого момента
сопротивления №Тр, после чего задается один из размеров прямо-
угольного сечейия, b .или Л, и определяется другой или вычисляет-
ся диаметр круглого сечения d по формулам
1ГТР=Л1/7?И- /г=УбГтр/д; 6=61Гтр/А2; d=$ 1OUZTP.
Предельная расчетная нагрузка, которую может выдерживать
изгибаемый элемент по прочности, когда все его размеры извест-
ны, может быть вычислена по формуле (5.6), но относительно из-
гибающего момента М. Например, однопролетная балка пролетом
I с размерами сечения bh может.выдерживать равномерную нагруз-
ку, определяемую в. следующем порядке:
1Г=£Л2/6; M=WR„; q=8M/l2.
Расчет изгибаемого элемента по прогибам заключается в оп-
ределении его наибольшего относительного прогиба f/l от норма-
тивных нагрузок и проверке его значения (чтобы оно не превосхо-
дило предельного допускаемого нормами), т. е. f/l^f/1]-
Например, относительный прогиб однопролетной балки про-
летом I при равномерной нормативной нагрузке qn равен
Х=_А_._^<ГХ1	(5.7)
Z 384 EJ L I J
При определении прогиба необходимо соблюдать единую раз-
мерность: (/, МН/м; /, м; J, м4; £=40000 МПа.
В случае, .если относительный прогиб балки, сечение которой
подобрано по прочности, получается больше предельного, сечение
56
должно быть увеличено и подобрано по прогибу, для чего формула
прогиба должна быть переписана относительно требуемого момен-
та, инерции. Например, для однопролетной балки при равномерной
нагрузке	[/др после этого можно задаться одним раз-
мером прямоугольного сечения и вычислить другой. Максимальная
нормативная равномерная нагрузка, которую однопролетная бал-
ка выдерживает по прогибу, может быть определена по формуле
(5.7), переписанной относительно искомой нагрузки qn.
Прочность древесины балок, сечение которых подобрано по
прогибу, используется не полностью. Прямоугольные изгибаемые
элементы выгоднее располагать большими сторонами сечения h в
направлении действия нагрузки, поскольку их момент сопротив-
ления пропорционален квадрату, а момент инерции — кубу вы<
соты.
Пример 5.3. Подобрать сечение однопролетной балки пролетом Z=4 м, несу-
щей равномерную линейную нагрузку — нормативную /?н=1,7 кН/м (170 кгс/см)
и расчетную <7=2,2 кН/м (220 кгс/м).
Решение/ Подбор сечения по прочности.
Изгибающий момент Л1 = <7^/8=2,2-42/8=4,4 кН-м=44-10~4 МН-м.
Требуемый момент сопротивления ТГтр=M/Ra=0,0044/13=338 • 10~6 м9.
Задаемся шириной сечения 6=0,10 м. ____ .	___________
Г 6IF -./6(338.10-6)
Требуемая высота сечения Лтр = I/ —— =	----= 0,143 м.
Принимаем сечение балки 66=0,10-0,15 м.
662	0,10-0,152	л с о
Момент сопротивления w = —-— =------------------= 375-10—6 м3.
6	о
Напряжение изгиба о=Л1/№=44-10“4/375-10“6= 11,8 МПа<7?и.
Проверка прогиба.
Момент инерции сечения /=6А3/12=0,10-0,153/12=282-10~7 м4.
Нормативная нагрузка <7н=17-10~4 МН/м.
Модуль упругости Е=10 000 МПа.
Л	/ 5дн/з	5 (17-10-4)-43	1 Г/
Относительный прогиб Т =	=	10-4 (282-10-7) =1Г==|Т
• . Прочность балки достаточна, и ее прогиб не превышает предельного.
Косоизгибаемые элементы. Косой изгиб возникает в элементах,
оси сеченйй'которых расположены наклонно к направлению нагру-
зок (см. рис. 5.4), как, например, в брусчатых прогонах скатных
покрытий. Косой изгиб можно рассматривать как результат изги-
бов относительно каждой из осей сеченЪя, которые происходят по
описанным выше закономерностям. При косом изгибе нормальные
напряжения в сечениях суммируются и достигают максимальных
значений сжатия только в верхнем, а растяжения — только в ниж-
нем углах прямоугольного сечения. В этих точках и начинается
разрушение элемента. В элементах круглого сечения косого изги-
ба возникнуть не может, поскольку все его оси являются осями
симметрии.
Нормативные и расчетные сопротивления при косом изгибе
имеют те же значения, что и при изгибе в одной плоскости. Косо-
з*
67
изгибаемые элементы относятся к II категории по качеству древе-
сины.
Вертикальная нагрузка, например q, и изгибающие моменты
М при косом изгибе под углом а раскладываются на нормальную и
скатную составляющие вдоль осей сечения: qx=q cos a; qv=q sin а;
~Alx=AIcosa; Afv=AIsina. Относительно этих же осей опре-
деляют моменты инерции Jx и Jv и моменты сопротивления Wx
и Wv сечений. Проверку прочности при косом изгибе производят
по формуле
°=МЛ№х+Му/№у^1Ъ.	(5.8)
Подбор сечений косоизгибаемых элементов производят методом
попыток, причем их следует устанавливать большими размерами
сечений в направлении действия больших составляющих нагрузок.
Расчет по прогибам производят с учетом геометрической сум-
мы прогибов относительно каждой из осей сечения: '	v
(5.9)
§ 5.4. Растянуто-изгибаемые и сжато-изгибаемые элементы
Растянуто-изгибаемые элементы. работают одновременно на
растяжение и изгиб. Так работают, например, растянутый нижний
пояс фермы, несущий дополнительно внеузловую поперечную наг-
грузку. Так же работает
а)
Рис. 5.5. Растянуто-изгибаемый элемент:
а — расчетная схема и эпюры изгибающих моментов;
б— эпюры напряжений
стержень, в котором рас-
тягивающее усилие дей-
ствует с эксцентриситетом
относительно оси, поэто-
му такие элементы в нор-
мах называются внецент-
ренно-растянутыми (рис.
5.5).
В сечениях растянуто-
изгибаемого элемента от
продольной растягиваю-
щей силы N возникают
р авномер ные р астягив а-
ющие напряжения, а от
изгибающего момента
М — напряжения изгиба,
состоящие из сжатия на
одной стороне сечения и
растяжения на другой.
Эти напряжения сумми-
руются, благодаря чему
растягивающие напряже-
ния увеличиваются, сжи-
68
мающие уменьшаются. Наибольшие напряжения растяжения <jp
возникают в крайних сечениях в месте действия максимального
момента. Здесь и начинается разрушение элемента от разрыва рас-
тянутых волокон древесины.
Расчетное сопротивление древесины растянуто-изгибаемого эле-
мента принимается таким же, как при растяжении /?р. По качест-
ву древесины эти элементы относятся к I категории. Искривление
оси элемента при изгибе несколько уменьшает изгибающие момен-
ты за счет возникающего эксцентриситета продольных сил f и
соответствующего момента, противоположного моменту от нагру-
зок. В запас прочности этот момент не учитывается.
Расчет растянуто-изгибаемых элементов производят по прочно-
сти с учетом всех ослаблений. При этом проверяют, чтобы макси-
мальные растягивающие напряжения не превзошли расчетного
сопротивления растяжению. Расчетная формула имеет вид
a=^FHT+MRP/WR„ < /?р.	-	(5.1)
Отношение Rp/Rn позволяет привести напряжения растяжения
и изгиба к единому значению для сравнения их с расчетным сопро-
тивлением растяжению.
Подбор сечений растянуто-изгибаемых элементов производят
путем последовательных попыток. Непосредственный подбор сече-
ний затрудняется зависимостью от размеров сечений напряжений
растяжения и изгиба. Дополнительную равномерную нагрузку q,
которую может выдерживать растянутый элемент, определяют по
формуле (5.10).
M=(Rp-NIFm)Wp(R„iR^ q=3MIP. .
«Пример 5.4. Проверить прочность брусчатого стержня пролетом 1—4 м, се-
чением Ь/г=0,13-0,15 м, без ослаблений в расчетном сечении, который растяги-
вается продольной силой -7V=70 кН=0,07 МН и изгибается в направлении боль-
шего размера сечений линейной равномерной нагрузкой q=2 кН/м.
Решение.
Изгибающий момент Л1=#/2/8=2-42/8=4 кН/м=0,004 МН-м.
Площадь сечения FHT=6/i=0,13-0,15= 195-10-4 м2.
Момент сопротивления IFp=6/i2/6=0,13-0,152/6=487 • 10“6м3.
Расчетные сопротивления: 7?р = 10 МПа; 7?и=13 МПа.
Напряжение
N М	0,07 '	0,004-10 Л Л
а~ Fm + Wp '	~ 195-10—4 + (487-10-6) 13“ ’ а < ₽‘ —
Прочность стержня достаточна. Проверка прогибов не требуется.
Сжато-изгибаемые элементы (рис. 5.6) работают одновремен-
но на сжатие и изгиб. Так работают-, например, верхние сжатые
пояса ферм, нагруженные дополнительно межузловой поперечной
нагрузкой. В криволинейных элементах и элементах, нагруженных
продольной .силой, действующей эксцентрично относительно оси
сечений, возникает изгиб совместнб со сжатием, поэтому в нормах
такие элементы называют также внецентренно-сжатыми.
В сечениях сжато-изгибаемого элемента возникают равномерные
напряжения сжатия от продольных сил N и напряжения сжатия
и растяжения от изгибающего момента М, которые суммируются.
69
Максимальные напряжения сжатия а возникают в крайних волок-
нах сечений со стороны сжатия от изгиба. Разрушение сжато-изги-
баёмого элемента начинается с появления складок волокон в ме-
ai
N
Рис. 5.6. Сжато-изгибаемый элемент:.
а —расчетная схема и эпюры изгибающих моментов;
б — эпюры напряжений
сте действия максималь-
ных сжимающих напря-
жений ' и заканчивается
разрывом растянутых во-
локон с противоположной
растянутой стороны. Рас-
четное сопротивление дре-
весины при сжатии с из-
гибом Rc принимается та-
ким же, как при сжатии
без изгиба. Сжато-изги-
баемые элементы отно-
сятся к II категории по
качеству древесины.
Искривление сжато-
изгибаемого элемента по-
перечной нагрузкой при-
водит к появлению допол-
нительного изгибающего
момента в результате воз-
никновения эксцентриси-
тета действия продольных
сил f, который суммирует-
ся с моментом от нагру-
зок М. Это учитывается коэффициентом |<1, на который делится
начальный изгибающий момент. Ои зависит от гибкости %, продоль-
ной силы N, площади сечения Гбр, расчетного сопротивления, сжа-
тию Rc и определяется по формуле
5=1--^-.-^.
3100 /?с£бр
15. Н)
Эта формула выведена с учетом приближенных значений про-
гиба и общего, изгибающего момента при сжатии с изгибом в сле-
дующем порядке:
;	Й2Е/	„ 3100
эйлерова критическая сила 2уэ=—~ = ГбрЬя=Г~о ;
прогиб от нагрузки /0=\
IN Э
общий прогиб от нагрузки и продольной силы
/о	М _
\ — NiN3 N3—N’
общий йвгибающий момент

М
N3—N
М
1 - N(N9 ’
'70
I__w__ J_________N	J X2 N
Na	3100	3100 F6p/?c —
6pKc -X2
Проверочный расчет сжато-изгибаемых элементов заключается
в сравнении максимальных напряжений сжатия с расчетным сопро-
тивлением сжатию древесины и производится по формуле
( "лГ <^)	5‘1
Отношение расчётные еопротйЁйёнйй"сжатию и изгибу введено
для возможности сравнения* их приведенной к сжатию суммы с
расчетным сопротивлением сжатию.
Сжато-изгибаемый элемент должен быть также проверен по
прочности при сжатии с учетом устойчивости в плоскости, перпен-
дикулярной плоскости действия момента от нагрузок, где^этот
момент не действует, по формулам, приведенным выше.
Сжвто-изгибаемый элемент при отношении- высоты сечения h к
его ширине Ь не более пяти имеет достаточную поперечную устой-
чивость и не требует проверки устойчивости плоской формы из-»
гиба.
Подбор сечений сжато-изгибаемых элементов производится ме-
тодом попыток.
Пример 5.5. Пррверить прочность стержня длиной Z=3 м, сечением bh—
=0,13-0,18 м без ослаблений с шарнирно закрепленными концами. На стержень
действуют продольная сжимающая сила М=100 кН=0,1 МН и равномерная ли-
нейная поперечная нагрузка с?=3,5 кН/м в направлении большего размера се-
чения.
Решение.
а/2	3,5-32
Изгибающий момент ЛГ — $— =	“	=3,94 кНм = 394-10~5 МН-м.
Площадь сечения FHT=b/z^0,13-0,18=234-10-4 м2.
Ь№ 0,13-0,182
Момент сопротивления р =	*г=	= 702 • 10 6 м3.
Расчетная длина /0=Z=3 м.	.я
Радиус инерции г=0,29Л=0,29-0,18=0,052 м. Ж
Гибкость %=Z0/r=3/0,052 «58.
Расчетные сопротивления сжатию и изгибу /?с=/?и=13 МПа.
F	Х2 N	582.0,10
Коэффициент 5 = 1— 31(Х) •	- 1 — 3100.13(234.10-4) “0,35 ’
Напряжение сжатия
N MRC 0,1	(394-10-5). 13
Ъп+ 5^(/?и ~ 234-10-4 + 0,65(702-10-6).13 “ 13
Проверка прочности при сжатии и устойчивости ( из плоскости действия
изгиба.	1
Радиус инерции г=0,29 -0,13=Д0337.
Гибкость Х=3/0,0337=89>75. .. . л	.
Коэффициент устойчивости ср=3100/%2—3100/89 —0,39.
71
e t
Напряжение сжатия =
0,1
-- 10,9 МПа Со-
отношение
Л _ 0,18 \ оо
7-л =1,38, что меньше пяти. Следовательно стержень имеет
и U, 13
достаточную поперечную устойчивость и не требует проверки устойчивости пло-
ской формы изгиба.
§ 5.5. Сминаемые и скалываемые элементы
Сминаемые элементы. Продольные сжимающие силы N, дейст-
вующие перпендикулярно поверхности деревянного элемента, вы-
зывают в нем в большинстве случаев равномерные напряжения
смятия о. Общее смятие воз-
-Рис. 5.7. Сминаемые элементы:	,
а — график деформаций, стандартный образец и
характер разрушения; б — схемы работы и- эпю-
ры напряжений; 1 — смятие вдоль волокон; 2 —
смятие поперек волокон; 3 — смятие под углом
о к волокнам; 4 — направления волокон
никает в том случае, когда
сила действует на всю по-
верхность элемента. Мест-
ное смятие возникает при
действии силы на часть по-
верхности элемента. Проч-
ность и деформативность
элементов при смятии суще-
ственно зависят от угла смя-
тия а между направлениями
действия силы й волокон
древесины.
При смятии вдоль воло-
кон под углом а=0° стенкн
клеток работают в наиболее
благоприятных условиях и
древесина показывает такую
же прочность и деформатив-
ность, как й при сжатии.
Расчетное сопротивление
смятию при этом равно
1?см=13 МПа.
При смятии поперек во-
локон под углом а=90° к
ним стенки клеток работают
в наиболее неблагоприятных
условиях, они сплющивают-
ся за счет внутренних пустот, что приводит к большим деформаци-
ям. На рис. 5.7 показаны образец и диаграмма деформаций при
его испытании на местное смятие поперек волокон. Прямой началь-
ный участок показывает упругую работу древесины в начале на-
гружения. Следующий криволинейный участок свидетельствует
О быстром росте деформаций за счет сплющивания стенок клеток.
Выгиб диаграммы в обратном направлении показывает уменьшение
72
скорости роста деформаций за счет уплотнения древесины. Разру-
шение при смятии заключается в -нарушении связей между волок-
нами и появлении трещин. Расчетное сопротивление смятию при
этом установлено с целью ограничить деформативность древесины
в соединениях и не допустить провиса-
ния конструкций.
При общем смятии поперек волокон
по всей площади деформации смятия
наиболее велики и расчетное сопротив-
ление равно 2?см9о=1.88 МПа. В-опор-
ных площадях это не сказывается на ра-
боте конструкции в целом и расчетное
сопротивление смятию поперек воло-
кон умножается на коэффициент усло-
вий работы тСм2= 1.33 и равно /?смэо=
= 2,4 МПа.
. При местном смятии поперек воло-
кон соседние ненагруженные участки
тоже сминаются за счет изгиба воло-
кон и оказывают поддерживающее дей-
ствие на работу нагруженного участка
тем большее, чем меньше его длина
/см. Расчетное сопротивление смятию
определяют по эмпирической формуле
Рис. 5.8. График расчетных со-
противлений смятию под углом
к волокнам -
(5.13)
Длина соседних ненагруженных участков при этом должна
быть не менее длины площади смятия и толщины элемента.
При смятии элементов под углом а по направлению к волокнам
прочность и деформативность древесины имеют промежуточный-
характер между поперечным и продольным смятием и зависят от
величины этого угла. Расчетное сопротивление смятию под углом
определяют по графику рис. 5.8 или по формуле
1 + (Ясм/Яем90— 1) sin3a’
Расчетные сопротивления смятия в соединениях определяют по
этим же формулам с учетом коэффициентов условий работы каж-
дого соединения (см. гл. 6).
Расчет деревянных элементов на смятие производят с учетом
сжимающей силы N, площади смятия F и расчетного, сопротивле-
* В СНиП П-В.4—71 формула представлена в системе МКГС:
/	8	\
= 18 11 + —-------1кгс/см2.
\ -см + 12 /
73
НИЯ СМЯТИЮ ВДОЛЬ '/?см, поперек /?см90 или ПОД углом /?сма к волок-
нам древесины по формуле
<J = N/.F </?см; ^?см90> ^?сма-	(5.15)
С помощью этой формулы можно подобрать требуемую пло-
щадь смятию, а также определить несущую способность сминаемой
щих параллельно плоскостям сечении
Рис. 5.9. Скалываемые элементы:
а — скалывание при изгибе; б — одностороннее
скалывание в соединениях
очень неравномерно распределяются
•площади.
Пороки древесины в большинстве случаев не уменьшают проч-
ности и деформативности древесины при хмятии и качество ее
нормами не ограничивается.
Скалыраемые элементы. От скалывающих усилий Т, действую-
элементов, в них возникают
напряжения скалывания т,
действующие в большинст-
ве случаев вдоль волокон
древесины и редко поперек
и под углом к ним. Проч-
ность древесины при скалы-
вании ввиду ее волокнистого
строения относительно мала.
В поперечном направлении
волокна древесины намного
слабее, чем в продольном,
и они легко разрываются
поперек при скалывании.
Л абор аторные испыта-
ния стандартных образцов
на скалывание вдоль воло-
кон показывают, что они
разрушаются хрупко при
средних «напряжениях скалы-
вания 6,8 МПа и при нич-
тожных деформациях, почти
мгновенно распадаясь на
части. Прочность древесины
при скалывании намного
снижается при наличии тре-
щин, которые в зонах дейст-
вия значительных скалыва-
ющих напряжений не допус-
каются.
Напряжения скалывания
ю длине плошади скалыва-
ния, вдоль действия скалывающих усилий, и равномерно по ее ши-
рине. Теоретическое определение величин максимальных скалыва-
ющих напряжений в ряде случаев трудоемко, поэтому нормами да-
ются два значения расчетных сопротивлений древесины скалыва-
нию— среднее и максимальное. Среднее расчетное сопротивление
скалыванию, соответствующее средним по длине площади скалы-
74
вания напряжениям, равно Л™ =1,2 МПа. Максимальное расчет-
ное сопротивление скалыванию, соответствующее максимальным
скалывающим напряжениям, учитывая, что они действуют на очень
коротких участках, принято с учетом повышенного коэффициента
условий работы тек=2 и принято равным Лск=2,4 МПа.
Расчетное сопротивление скалыванию поперек волокон вдвое
ниже, а скалыванию под углом к волокнам , определяется по фор-
муле расчетного сопротивления смятию под углом.
Скалывание при изгибе >(рис. 5.9). В изгибаемых элементах от
действия поперечных сил Q возникают сдвигающие силы Т и нап-
ряжения скалывания т, равномерные по ширине сечений. По длине
элемента они изменяются пропорционально поперечным силам и
достигают максимума у опор, где в однопролетной балке при
равномерной нагрузке Q=qll2. По высоте сеченйй скалывающие
напряжения распределяются неравномерно, возрастая от нулевых
у кромок до максимальных у нейтральной оси. Они зависят пря-
мо пропорционально от поперечной силы й статического момента
скалываемой части сечения S и обратно пропорционально от мо-
мента инерции J и ширины сечения Ь. В прямоугольном сечении
скалывающие напряжения распределяются по параболическому
закону в соответствии с изменением момента сопротивления.
Расчет на скалывание при изгибе производят с учетом макси-
мальных напряжений скалывания по формуле
t=QS/(J6)</?CK.	(5.16)
В большинстве изгибаемых элементов напряжения скалывания
к моменту разрушения от изтиба далеко не достигают предела
прочности и не требуют расчетной проверки. Только в коротких
балках и при сосредоточенных у опор грузах такая проверка не-
обходима.
Пример 5.6. Проверить на скалывание балку пролетом Z=4 м и сечением
бЛ=0,15-0,20 м, нагруженную расчетной линейной равномерной нагрузкой q=
=0,5 кН/м и двумя грузами 2Р=2-47 кН, сосредоточенными на расстоянии 0,3 м
от опор.
Решение. Поперечная сила Q=P+0,5<?Z=47+0,5-0,5-4=48 кН =0,048 МН.
Статический момент S=6A2/8=0,15-0,20/8=75-10-5 м3.
Момент инерции /=ЬЛ3/12=0,15-0,208/12= 10~5 м4.
Напряжение т= QS/(Jb) =0,048(75-10-5)/(10“5-0,15) =2,4 МПа.
Скалывание в элементах соединений возникает в небольших
площадях сечений ох сосредоточенных по их концам скалывающих
сил Г, где и возникают наибольшие скалывающие напряжения т,
которые далее быстро уменьшаются. В растянутых элементах
площадь скалывания располагается односторонне по отношению
к этим силам и напряжения-скалывания’распределяются особенно
неравномерно, что учитывается коэффициентом р=0,25. В сжатых
элементах площадь скалывания занимает промежуточное положе-
ние между силами скалывания, напряжения распределяются рав-
номернее и коэффициент р=0,125.	*
75
Силы скалывания действуют в соединениях всегда с эксцентри-
ситетом е. В результате этого в площади скалывания длиной 1Ск
дополнительно возникают изгибающий момент и напряжения сжа-
тия и растяжения поперек волокон древесины, которым она сопро-
тивляется плохо. Опасное растяжение уменьшается за счет при-
жима при наклонном к площади действии скалывающей силы.
Длина площади скалывания учитывается не более 10 глубин вре-
зок, поскольку скалывание может произойти по допускаемому ко-
сослою, равному 1:10.
Расчетное сопротивление скалыванию в соединениях принима-.
ется для средних по длине площади напряжений с учетом пере-
численных факторов по формуле
		(5.17)
1+fW---------------------.
Расчет элементов соединений на скалывание производят по
средним значениям напряжений по формуле
t=7'/FCK</?S.	.	(5.18)
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Как работают и рассчитываются деревянные элементы на растяжение?
Как учитываются ослабления сечения?
2.	Как работают и рассчитываются сжатые элементы? Как учитываются
ослабления-сечений и опасность потери устойчивости?
3.	Как работают цельные элементы на изгиб? Какие стадии напряженного
состояния они проходят?
4.	Как рассчитывается изгибаемый элемент по прочности?
5.	Как рассчитывается деревянный элемент по прогибам?
6.	Как подобрать сечение балки по прочности при заданных значениях на-
грузок и известной длине пролета?
7.	Как определить максимальную нагрузку, выдерживаемую балкой по проч-
ности, если размеры ее сечения и длина пролета известны?
8.	Как работает и рассчитывается косоизгибаемый элемент?
9.	Как работает и рассчитывается растянуто-изгибаемый элемент? Почему не
учитывается его прогиб?
10.	Как работает и рассчитывается сжато-изгибаемый элемент? Как учиты-
вается его прогиб при расчете по прочности? '
11.	Что такое смятие древесины и какие виды его бывают?
12.	Что такое угол смятия и как от его значения зависят расчетные сопро-
тивления древесины смятию?
13.	Что такое скалывание древесины и какие виды его бывают?
14.	Как работает и рассчитывается на скалывание изгибаемый элемент? Как
распределяются напряжения скалывания при изгибе?
15.. Как рассчитываются на скалывание элементы соединений? Как распреде-
ляются в них напряжения скалывания?
Глава z6
СОЕДИНЕНИЯ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
*
§ 6.1. Типы соединений
Размеры лесоматериалов (длина и сечения) ограничены, поэто-
му отдельно они могут быть применены только в виде стоек и балок
невысокой несущей способности. Для создания большинства строи-
тельных конструкций деревянные элементы должны быть прочно
и надежно соединены между собой. При помощи соединений ряд
элементов соединяется по длине — сращивается, по ширине —
сплачивается, связывается под углом узлами и прикрепляется к
опорам — анкеруется.
Соединения являются наиболее ответственными деталями дере-
вянных конструкций. При изготовлении многих соединений в эле-
ментах конструкций делают отверстия и врезки, ослабляющие их
сечения и повышающие их деформативность. Разрушение деревян-
ных конструкций начинается в большинстве случаев в соединени-
ях. Деформативностью соединений объясняются повышенные про-
гибы деревянных конструкций. Таким образом, от правильного ре-
4 шения, расчета и изготовления соединений зависят прочность и
деформативность конструкции в целом.
Анизотропия строения, малая прочность древесины при скалы-
вании, растяжении поперек волокон и смятии являются причиной
большой сложности и многообразия соединений конструкций из
дерева.
Наиболее просто и надежно решаются конструкции соединений
сжатых деревянных элементов, в которых усилия передаются не-
посредственно от элемента к элементу и не требуется специальных
рабочих связей. Более сложно решаются соединения изгибаемых
элементов, в которых для передачи усилий требуются рабочие
связи.
Наиболее сложно решаются соединения растянутых элементов.
В них имеется опасность хрупкого разрушения древесины по ослаб-
ленным сечениям, а также в результате скалывания и растяжения
поперек волокон, Применение в соединениях растянутых элементов
податливо работающих связей уменьшает опасность их хруп-
кого разрушения. Сложность соединения растянутых деревянных
элементов приводит их в ряде конструкций к замене металличе-
скими.
По характеру работы все основные соединения деревянных кон-
 струкций .могут быть разделены на следующие группы: а) соедине-
ния без специальных связей, требующих расчета, — упоры и
врубки; б) соединения со связями, работающими на сжатие,—
шпонками и колодками; в) соединения, со связями, работающими
на изгиб, — нагелями-болтами, штырями, гвоздями, винтами, дере-
вянными пластинками и штырями; г) соединения со связями, ра-
ботающими на растяжение, — болтами, гвоздями, винтами и хому-
77
тами; д) соединения со. связями, работающими на сдвиг, — клеевы-
ми швами.
В связи с тем что одни и те же связи входят в разные группы,
удобно изучать соединения деревянных конструкций в следующем
порядке: соединения без специальных связей, с деревянными свя-
зями, с металлическими связями, с клеевыми связями.
Клеевые соединения, наиболее прогрессивные и технологичные’,
являются основными соединениями элементов при заводском изго-
товлении деревянных конструкций. Соединения, не требующие спе-
циальных связей (упоры и врубки), применяются главным образом
при построечном изготовлении деревянных конструкций. Металли-
ческие соединения являются универсальными и широко использу-
ются при обоих основных методах изготовления деревянных конст-
рукций. Соединения с деревянными связями являются устарелыми
типами соединений, требующими значительных затрат ручного тру-
да. Они применяются, редко и только при построечном изготовле-
нии деревянных конструкций.
Все соединения деревянных конструкций являются податливы-
ми, за исключением клеевых. Деформации в них образуются в ре-
зультате неплотностей, возникающих при изготовлении, от усушки
и смятия древесины, особенно поперёк волокон и изгиба связей.
Величина этих деформаций при длительном действии расчетных
нагрузок в соединениях, где древесина работает поперек волокон,
принимается равной 3 мм, а во всех других случаях— 1,5—2 мм.
В большинстве соединений деревянных конструкций, кроме кле-
евых, в результате действия сжимающих усилий или начального об-
жима, например при постановке болтов, возникают между соединя-
емыми элементами силы трения, которые уменьшают усилия в свя-
зях. Однако эти силы в результате возможной знакопеременности
усилий, усушки древесины и ослабления начальных натяжений свя-
зей могут снизиться др нуля и поэтому расчетом не учитываются.
Они учитываются только при кратковременном действии сжатия с
коэффициентами трения пласти по пласти 0,2, торца ло пласти 0,3
и когда они вызывают дополнительные напряжения с коэффициен-
том трения 0,6.
Расчет соединений деревянных конструкций по прочности про-
изводят на основе методики, изложенной в гл. 4.	*
§ 6.2. Соединения без специальных связей
Соединения элементов, в которых действуют незначительные
усилия или усилия передаются непосредственно от одного элемен-
та к другому, не требуют специальных связей, подлежащих расче-
ту. К таким соединениям относятся конструктивные врубки, добо-
вые упоры и лобовые врубки.
Конструктивные врубки (рис. 6.1) являются соединениями, в
которых возникают усилия намного меньше их несущей способ-
ности, и они не нуждаются в расчете. В деревянные конструкциях
наибольшее применение находят конструктивные соединения в чет-
верть, в шпунт, в пол дерев а и косой прируб.
78
Соединение в четверть представляет ,собой сплачивание досок
кромками по ширине, для чего в них вырезаются односторонние
пазы глубиной, несколько большей половины толщины, в которые
входят* образовавшиеся выступы кромок соседних досок. Обшивки
стен из досок, соединенных в четверть, препятствуют продуванию
стен и проникновению ат-
мосферных осадков. Со-
средоточенные нагрузки
в таких обшивках распре-
деляются на две сосед-
ние доски.
Соединение в шпунт
представляет собой спла-
чивания досок или брусь-
ев кромками, в одной из
которых вырезаны двусто-
ронние пазы, а в другой —
один средний паз
(шпунт), равный пример-
но Уз толщины, в который
входит образовавшийся
выступ (гребень) сосед-
ней доски. Настилы из до-
сок, соединенных в шпунт,
препятствуют просыпа-
нию засыпок, и сосредото-
ченные нагрузки на них
распределяются на ряд
соседних досок. . .
Врубка в полдерева
представляет собой сое-
динение концов брусьев
или бревен с врезками до
половины толщины под
углом в одной плоскости,
стянутых конструктив-
ным болтом. Так соединя-
ются, например, концы
стропильных ног в коньке
крыш.
Косой прируб пред-
ставляет собой продоль-
ное сращивание брусьев
или бревен концами, в ко-
торых сделаны односто-
ронние наклонные врезки
длиной, равной удвоенной
высоте сечения, с торца-
ми, равными 0,15 высоты
Рис. 6.1. Конструктивные врубки.*
а — врубка в полдерева; б — црсой прируб; в — соеди
нения в четверть; г — соединения в шпунт; / — соеди
няемые элементы; 2 — стяжные болты
Рис. 6.2. Лобовые упоры:
а — продольные; б — поперечные; в — наклонные; 1 —
стяжной болт; 2 — узловое крепление; 3 — опора;.
4 — штырь
79
сечения. Косые прирубы стягиваются конструктивными болтами и
применяются для соединения прогонов и балок по длине.
• ^Лобовые упоры (рис. 6.2) являются наиболее простыми и на-
дежными соединениями, применяемыми в большинстве видов дере-
вянных конструкций для крепления сжатых стержней. Они рабо-
тают и рассчитываются на смятие, возникающее в них от действия
сжимающих усилий. На растяжение они работать не могут.
Лобовые упоры бывают продольными, поперечными и' наклон-
ными.
Продольный лобовой упор — это соединение обрезанного под
прямым углом конца сжатого стержня с опорой, диафрагмой узла
или торца другого такого же стержня в сжатом стыке. В стыке
упор перекрывается конструктивно двусторонними накладками
толщиной не менее */з толщины стержней и длиной не менее трех
высот сечений на болтах. В продольном лобовом упоре древесина
работает на смятий вдоль волокон и имеет наиболее высокое рас-
четное сопротивление. В большинстве случаев напряжения смятия
достигают значительной величины и требуют проверки по формуле
(5.15) только в упорах, где на смятие работает только часть пло-
щади торца.
Поперечный лобовой упор — это соединение двух стержней под
прямым углом, когда торец сжатого стержня упирается в пласть
другого и закрепляется конструктивными накладками на болтах.
Так, например, соединяются стойки с верхними и нижними элемен-
тами каркаса. В этом соединении древесина торца работает на
смятие вдоль волокон, а древесина пласти — поперек волокон. Со-
единение рассчитывается только по меньшей прочности древесины
при местном смятии поперек волокон по формулам (5.13) и (5.15)
в порядке, показанном на примере 6.1.
Пример 6.1. Проверить по прочности поперечный лобовой упор стойки сече-
нием 6й=0,15-0,15 м; опертой на брус такого же сечения, в которой Действует
сжимающее усилие #=0,06 МН (6 тс).
Решение. Площадь смятйя F—bh=Qt 15-0,15=0,0225 м2.
Длина площади смятия /См=0,15 м.
Расчетное сопротивление местному смятию поперек волокон
Лем 90 —
0,08	\
/см+ 0,012/
1,8Д1+0,15+ 0,012
= 2,7 МПа.
Напряжение <т=#/Г=О,06/0,0225=2,65 МПа<Т?См9о.
Наклонный лобовой упор представляет собой соединение двух
сжатых стержней под углом меньше прямого. При этом конец од-
ного из них образуется под прямым углом. Так, например, соединя-
ются подкосы с ригелями в подкосных конструкциях. В этом соеди-
нении площадь, где смятие происходит под углом к волокнам дре-
весины, имеет меньшее сопротивление смятию и должна быть
проверена по прочности при общем смятии под углом по форму-
80
лам (5.14) и (5.15). Формула (5.14) может быть упрощена путем
подстановки значений расчетных сопротивленйй Смятию вдоль и
поперек волокон:
СМ»
13
(6.1)
Ход расчета показан на примере.
Пример 6.2. Проверить прочность соединения подкоса с ригелем, имеющих
сечения 6Л=0,15-0,15 м и соединенных под углом а=45° лобовым упором, причем
конец подкоса обрезан под прямым углом и в нем действует сжимающее усилие
W=0,09 МН (9 тс).
Решение. Площадь смятия F=bh=0,15-0,15=0,0225 м2.
Угол смятия ригеля а=45°; sin а=0,707.
Расчетное сопротивление смятию под углом а
р _____
хсма
13
1 -Ьб,22 sin3 а
13
1 4-6,22-0,7073
= 4,1 МПа.
Напряжение смятия a=N/F—0,09/0,0225=4 МПа</?См«.
Лобовая врубка с одним зубом является простым в изготовле-
нии соединением двух стержней под углом. Она применяется глав-
ным- образом для соединения стержней малопролетных ферм и под-
косных систем в узлах при
их построечном изготовле-
нии, причем один из них,
врубаемый, должен быть
обязательно сжат. Приме-
ром лобовой врубки являет-
ся опорный узел треуголь-
ной брусчатой малопролет-
ной-фермы (рис. 6.3).
Врубаемый стержень
верхнего пояса фермы- час-
тью обрезанного под прямым
Рис. 6.3. Лобовая врубка:
/ — аварийный -болт; 2 — врубаемый элемент; 3 —
опорный элемент; 4 — гвозди; 5 — подбалка; б —
опорная подкладка
углом и срезанного снизу
конца «зубом» вводится во
врезку в стержне нижнего
пояса и упирается в ее рабо-
чую поверхность. Узкий
клиновидный зазор исключает
нежелательное сжатие нерабочих
поверхностей врубки. Глубина врубки Авр должна быть не более */з»
а расстояние от ее вершины до конца нижнего пояса 10к — не менее
1,5 высоты его сечения h для получения достаточных площадей
растяжения и скалывания. Врубка должна быть центрирована по
осям опоры, верхнего пояса и ослабленного врубкой сечения ниж-
него пояса, для того чтобы в этом сечении не возникло кроме рас-
тяжения еще и изгиба от эксцентриситета растягивающего усилия.'
Врубка стягивается дополнительно наклонным болтом, перпен-
дикулярным верхнему поясу и называемым аварийным. Он препят-
81
ствует расхождению ётержней в процессе монтажа фермы в слу-
чае возникновения в верхнем поясе растяжения. При разрушении
врубки от скалывания аварийный болт включается в работу и пред-
отвращает опасность внезапного обрушения фермы. Опорная под-
балка, прибиваемая гвоздями, предохраняет, нижний пояс от мест-
ного смятия на опоре и необходимости устройства в нем ослабля-
ющей его врезки для шайбы аварийного болта.
Лобовая врубка работает и рассчитывается на смятие от дей-
ствия сжимающего усилия во врубаемом стержне N и скалывание
от действия горизонтальной проекции этого усилия Т, равного рас-
тягивающему усилию в нижнем поясе фермы.
Смятие древесины. От действия сжимающего усилия N по пло-
щади упора торца сжатого стержня в рабочую поверхность врезки
растянутого возникают равномерные напряжения смятия о. Пло-
щадь смятия F определяют в зависимости от глубины врубки Лвр,
угла наклона сжатого стержня а и ширины врубки Ь, которая в
брусьях равна ширине сечения, а в бревнах диаметром d находят
из выражения &=2]/Лвр(а—/гвр). Соответственно площадь смятия
равна во врубках брусьев /7=-^вР ; во врубках бревен F=
COS (X
О > 71 bh^p
cos а
Расчет производят по прочности рабочей площади врезки при
местном смятии под углом к волокнам растянутого стержня а. Рас-
четное сопротивление местному смятию под углом к волокнам
ввиду малой длины площади смятия и значительного поддержива-
ющего действия соседних участков древесины определяют по фор-
муле (5.14) с учетом повышенного коэффициента условий работы
/^см2=1,65:
Ясм90=1,65.1,8=ЗМПа и /?сиа=  g .	(6.2)
1 4-3/22 sin3а
Проверку прочности лобовой врубки при местном смятии произ-
водят по формуле (5.15). По этой же формуле, переписанной отно-
сительно сжимающего усилия N, определяют несущую способность
врубки по смятию древесины.
Скалывание древесины. От действия скалывающих усилий Т
вдоль волокон древесины по площади скалывания F равной про-
изведению ширины врубки b на длину скалывания /сю возникают
скалывающие напряжения т. Длина площади скалывания /Ск рав-
на расстоянию от нижней точки врубки до конца растянутого стерж-
ня,'но учитывается не более длины, равной 10 глубинам врубки
/гвр (см. гл. 5).
Напряжения скалывания т распределяются по длине площади
скалывания особенно неравномерно, так как силы скалывания
действуют с одной стороны от площади скалывания и достигают
максимума близ врубки. Напряжения же отрыва здесь несколько
снижаются в результате прижима, создаваемого вертикальной со-
ставляющей усилия сжатия.
82
Расчет производят, по прочности при скалывании по средним
значениям скалывающих напряжений. Расчетное среднее сопротив-
ление скалыванию 7? ск определяют по формуле (5.17)^ где прини-
мается коэффициент 3=0,25, а плечо пары сил скалывания е=
= 0,5 й. При учете длины площади скалывания, равной не более
двойной высоты сечения растянутого стержня, разрешается прини-
мать расчетное среднее сопротивление скалыванию равным Кек =
= 1,2 МПа. Лобовую врубку проверяют по прочности на скалыва-
ние по формуле (5.18). По этой же формуле, но относительно ска-
лывающих усилий Т можно определить несущую способность вруб-
ки по скалыванию.
Лобовая врубка с двумя зубьями отличается тем, что сжатый стержень вру-
бается в другой двумя зубьями, в результате чего во врубке образуется две пло-
щади смятия и скалывания. Эта врубка является более сложной, трудоемкой и
требует повышенной точности изготовления для обеспечения совместной работы
всех рабочих площадей. Такая врубка применяется в некоторых случаях для
соединения стержней под углом 45° и более. *
Пример 6.3. Проверить прочность лобовой врубки с одним зубом опорного
узла фермы. Стержни верхнего и нижнего пояса имеют сечения bh=0,15 -0,15 м
и в них действуют усилия сжатия N=0,066 МН и .растяжения Г=0,057 МН. Сжа-
тый стержень наклонен под углом а=30° к р'астянутому. Глубина врубки
Лвр=0,05 м. Расстояние от нижней точки врубки до конца пояса /ск=0,35 м.
Решение, cos а=0,866, sin а=0,50.
Проверка прочности врубки на смятие.
„	/ bhrt ,	0,15-0,05 л
Площадь смятия Л= ----------.--------------=0,0087 м2.
Ч cos а/ 0,866
13
Расчетное сопротивленца смятию Ксма = -----Q	=9,2 МПа.
"Х	1 4~ о, 22 • 0,50d
Напряжение смятця o—N/F^0,066/0,0087=7,6 МПа</?Сма.
Проверка прочкоери^на скалывание.
Площадь скалываний Г=&/ск7=0,15-0,35=0,0525 м2, (3=0,25.
Плечо пары сил скалывания е=0,5Л=0,5-0,1’5=0,075 м.
Расчетное среднее сопротивление скалыванию древесины
пер _	.-у»__='11 МПа
( •	14-₽(/скА0 , 1 +0,25(0,35/0,075)
На пряжений'Скалыванию среднее t=T/F=0,057/0,0525 =1,09 МПа</?с£.
Прочность врубки достаточна.
Соединения с деревянными связями являются трудоемкими и устаревшими
соединениями построечного изготовления. Связями служат здесь небольшие де-
ревянные вкладыши. Они плотно вставляются в соответствующие отверстия в
соединяемых элементах — бревнах или брусьях — и обеспечивают их совмест-
ную работу на изгиб, воспринимая сдвигающие усилия. Соединения бывают на
шпонках, пластинках и штырях.
. Соединения на шпонках выполняют при помощи брусков — шпонок или ко-
лодок, которые работают на смятие и скалывание и создают поперечный распор
элементов, воспринимаемый болтами. Соединения на пластинках выполняют при
помощи дубовых пластинок (пластинчатых нагелей), которые работают на изгиб
и смятие древесины и не -создают поперечного распара. Соединения на штырях
выполняют при помощи дубовых штырей (дубовых нагелей), которые тоже ра-
ботают на изгиб и смятие без поперечного распора.
Эти соединения применяются в некоторых временных деревянных конструк-
циях и гидротехническом строительстве.
83
§ 6.3. Соединения со стальными связями
Соединения, в которых усилия отсутствуют или действуют рас-
тягивающие, сжимающие или сдвигающие силы, успешно решают-
ся при помощи стальных связей. В число этих связей входят болты,
стержни, гвозди, винты, когтевые шайбы, хомуты й некоторые дру-
гие связи. Стальные связи в зависимости от характера их работы
Рис. 6.4. Растянутые болты:
а — общий вид; б — схема работы болта и древе-
сины; в — схема работы шайбы; 1 — гайка; 2 —
стержень; 3 — головка; 4 — шайба; б — соединяе-
мые элементы
могут входить в состав стяж-
ных, растянутых или изги-
баемых — нагельных соеди-
нений. Они являются наибо-
лее универсальными и при-
меняются как при завод-
ском, так и построечном из-
готовлении деревянных кон-
струкций. Наиболее распро-
страненными стальными
связями являются болты и
гвозди.
Болтовые соединения.
Болты (рис. 6.4) представ-
ляют собой стандартизован-
ные изделия из строительной
стали, марки С38/23. Болты,
применяемые в большинстве деревянных конструкций, называются
черными и изготовляются без точной обработки. Они отличаются
значительной длиной, соответствующей крупным сечениям деревян-
ных элементов, и снабжаются большими квадратными шайбами,
необходимыми для распределения усилия в болте на достаточную
площадь древесины. Размеры сечений болтов приведены в прило-
жении V. Наибольшее распространение получили болты диамет-
ром 12, 16 и 20 мм.
Для постановки болтойьв'соединяемых элементах просвеолива-
ют отверстия такого же диаметра, как и болт. Для надежного-сов-
падения отверстий при сборке конструкций сверлить отверстия еле-.
дует одним проходом сверла через соединяемые элементы или в
отдельных элементах по шаблонам. Болтовые соединения бывают
со стяжными, растянутыми и изгибаемыми болтами.
Соединения со стяжными болтами служат для плотного соеди-
нения отдельных элементов при их поперечном сплачивании и в не-
которых узлах конструкций. В них могут возникать лишь незначи-
тельные усилия, и расчет их не требуется. Сечения стяжных болтов
устанавливаются по конструктивным соображениям. Диаметр бол-
тов не должен быть меньше 12 мм и меньше V20 общей толщины
соединяемых элементов.
Шайбы стяжных болтов должны иметь ширину не менее 3,5 и
толщину не менее 0,25 размера их диаметра. В первые годы экс-
плуатации стяжные болты нередко ослабевают и. нуждаются в
подтяжке.
84
Соединения с растянутыми болтами применяются при анкер-
ном креплении деревянных конструкций к опорам, при подвеске к
конструкциям перекрытий и оборудования и в узловых соединени-
ях. Они воспринимают действующие в соединениях растягивающие
усилия N.
Болт работает и рассчитывается на растяжение по площади се-
чения ослабленной нарезкой F. Расчетное сопротивление стали
принимается уменьшенным на 20% с учетом концентрации растяги-
вающих напряжений о в зоне нарезки. Расчет производят по фор-
муле
a=/V/F<0,8/?.	(6.3)
По этой же формуле, переписанной относительно требуемой площа-
ди сечения болта ГТр> с помощью табличных данных можно подоб-
рать сечение болта.
Древесина под шайбами болта работает-и рассчитывается на
местное смятие. Расчетное сопротивление смятию под шайбами при
углах смятия от 90 до 60° принимается с учетом малой площади
смятия и значительного поддерживающего действия окружающих
участков древесины, с повышенным коэффициентом условий рабо-
ты пгСМз=2,2 и составляет Ясм9о= 18-2,2=4 МПа. Расчетное сопро-
тивление смятию под шайбами под углом а к волокнам определя-
ют по формуле (5.14), которая после подстановки числовых значе-
ний расчетных сопротивлений имеет вид
= ppt».-	<6'4)
1 — z,zo sin6 a
Расчет на смятие под шайбами производят по формуле (5.15).
Шайбы болтов работают и рассчитываются на изгиб от реактив-
ного давления сминаемой древесины как квадратные пластинки
шириной Ь, опер'тые в центре на гайку болта. Наибольший изгиба-
ющий момент М в среднем сечении шайбы, ослабленном отверсти-
ем диаметром d, и требуемую толщину шайбы бТр можно прибли-
женно определить из выражений
м=тк.;
Аналогично' рассчитывают растянутые стержни сквозных кон-
струкций круглого сечения с шайбами и гайками на концах. Их
максимальная гибкость не должна превышать 400. Если в соедине-
нии применен ряд болтов, расчетное сопротивление снижается на
0,85, учитывая возможную неравномерность его распределения
между болтами.
Пример 6.4. Рассчитать подвеску растянутыми болтами прогонов чердач-
ного перекрытия к стропильным фермам. В каждом соединении действует растя-
гивающее усилие JV=0,04 МН (4 тс).
Решение. Требуемая площадь сечения болта по нарезке FTr=N/0,8R=
=0,04/(0,8-210) =24-10-5 м2. Принят болт диаметром 20 мм. Площадь сечения
болта по нарезке F=249-10~6 м2.
85
Ip-
Требуемая площадь смятия поперек волокон под шайбами болта Кгр=Л7₽ем9о==*
=0,04/4=0,01 м2. Принимаем квадратную шайбу шириной 6=0,11 м с отверсти-
ем d=0,021 м.
Площадь смятия под шайбой
л#2	3,14-0,0212
Г = 62——- = 0,112— —---------------= 118-10-4
4	4
Изгибающий момент в шайбе
М = М/16 = 0,04 - 0,11/16 = 28 - ю-s; МН • м.
Требуемая толщина
, Л 6Л4 ч Л 6(28-10-5) Л	Л 2
&тр = 1/ -------— = 1/ ---------------— = 0,009а м = 9,5 мм
V (b — d)R V 0,11-0,021-21
Принимаем шайбу толщиной 6=10 мм.
Рис. 6.5. Изгибаемые болты:
с, — схемы расстановки; б — расчетные схемы; .в — схе-
ма работы; / — прямая расстановка; 2 — шахматная;
3 —в стальных накладках; 4 — в соединениях под
углом; 5 — симметричная двухсрезная схема; 6 — не-
симметричная односрезная; 7 двухсрезная — со сталь-
ными накладками; 8 — условные эпюры напряжений
смятия
Соединения с изгибае-
мыми болтами (рис. 6.5)
относятся к классу на-
гельных, в которых свя-
зи, в данном случае бол-
ты, работают главным об-
разом на изгиб без распо-
ра. Эти соединения широ-
ко применяются в стыках
и узлах деревянных кон-
струкций, пр епятствуя
взаимным сдвигам соеди-
няемых элементов, причем
усилия в них могут быть
знакопеременными. Шай-
бы этих «болтов не воспри-
нимают расчетных усилий
и имеют те же размеры,
что и стяжные болты. От
продольных усилий, Дей-
ствующих в таком соеди-
нёнии, по площади кон-
такта болта с отверстием
в древесине соединяемых
элементов возникают не-
равномерные по перймет-
ру и длине напряжения
смятия, а также скалыва-
ния и растяжения поперек
волокон между отверстия-
ми. В результате реактив-
ного давления древесины
в болте возникают уси-
лия изгиба и среза.
Расстановку болтов в соединении производят по правилам, ис-
ключающим опасность преждевременного разрушения древесины
элементов от скалывания и растяжения поперек волокон. Расстоя-
86
ние между осями болЛов вдоль волокон и до торцов элементов
должно быть не меньше 7d, а поперек волокон между осями —
3,5d и до кромок — 3d.
Болтовые соединения могут быть симметричными, когда про-
дольные силы действуют вдоль одной оси, относительно которой
симметрично расположены элементы, и несимметричными, когда
оси элементов не совпадают и симметрия соединения отсутствует».
Соединяемые элементы могут располагаться по одной оси вдоль
волокон или под углом друг к другу.
Срезами в болтовых соединениях называются пересечения бол-
тов с плоскостями сдвига между элементами, от числа которых
прямо зависит несущая способность соединения. Однако напряже-
ния среза в болтах незначительны и не определяют их несущей
способности.
Например, наиболее распространенный болтовой стык растяну-
ты» стержней с двусторонними деревянными накладками является
симметричным двухсрезным соединением, а стык элементов, рас-
положенных в разных плоскостях, без накладок, —несимметрич-
ным односрезным соединением.
Расчет болтового соединения производят по несущей способно-
сти в одном срезе болта по изгибу и древесины соединяемых эле-
ментов по смятию. Несущая способность болтовых соединений
была определена теоретически, причем болт считался балкой, ле-
жащей на упругом основании—древесине соединяемых элементов.
Несущая способность одного среза болта (МН) зависит от раз-
меров (м) его диаметра d, толщины среднего элемента симметрич-
ных и более толстого или равного элемента несимметричных соеди-
нений с, толщины крайнего элемента симметричных и более тонкого
элемента несиммётричных соединений а и угла наклона волокон
соединяемых элементов а и определяется по следующим форму-
лам *:
по изгибу болта
TH=(18d24-0,2a2))/X; но не более 25d2 V&;	(6.5)
по смятию среднего элемента
Гс=5с№;	(6.6)
по смятию крайнего и тонкого элемента
Га=8а№;	’	(6.7)
по смятию более толстого элемента
Tc=3,5crfAa.	_	(6.8)
Коэффициенты ka учитывают меньшую несущую способность
болтовых соединений элементов под углом в‘ результате большей
податливости древесинй при смятии. Они зависят от размеров угла
а, диаметра болта d и принимаются по табл. 6.1 для основных раз-
меров диаметров, а для промежуточных — по интерполяции.
* В СНиПе числовые коэффициенты увеличены в 10 раз (в системе МКГСС).
87
Кэффициенты ka
Таблица 6.1
Угол а, град	Коэффициенты Ла при диаметре d			
	12	16	20	25
30	0,95	0,90	0,90	0,90
60	0,75	-	0,70	0,65	0,60
90	0,70	0,60	0,55	0,50
Расчетная несущая способность болта в одном срезе Т является
наименьшей из величин, определенных по этим формулам. Несу-
щая способность болтового соединения прямо пропорциональна ко-
личеству болтов п, количеству срезов пСр и несущей способности
одного среза болта. Количество болтов в соединении, где действует
усилие N, определяют по формуле
п>Л77(Гт1п пср). "	(6.9)
В симметричных стыках это количество должно быть удвоено.
Болтовые соединения со стальными накладками применяются в
узлах конструкций. Накладки обычно делаются двусторонними из
листовой стали., Расстояние от осей болтов до краев накладок
должно быть не менее двух диаметров болтов вдоль и полутора —
поперек усилия. Эти соединения на изгибаемых болтах являются
симметричными и двусрезными; Несущую способность одного сре-
за болта по смятию древесины определяют по формуле (6.6), а по
изгибу болта, учитывая его частичное защемление в накладках,—
по формуле
Ги=25д'Ч'Х	.(6.10)
Соединения с изгибаемыми стальными стержнями выполняются
с применением арматурной стали класса A-I со снятыми фасками.
Они тоже относятся к классу нагельных с цилиндрическими наге-
лями. Эти соединения работают и рассчитываются так же, как со-
единения с изгибаемыми болтами. Расставляются они по тем. же
правилам, что и болты. В болтовых соединениях с целью снижения
их стоимости может быть заменено до 75% болтов стержнями. Ко-
роткие стержни в соединениях со стальными накладками вставля-
ются в несквозные отверстия в древесине. Они работают и рассчи-
тываются как односрезные, несимметричные изгибаемые соедине-
ния и называются глухими нагелями.
Подбор сечений болтов и стержней производят из условия, что-
бы сумма допускаемых расстояний между продольными осями и до
кромок элемента, зависящих от их диаметра, не превышала высо-
ты сечения элемента. Так, например, диаметр болтов d при расста-
новке в два продольных ряда в элементе высотой сечейия h должен
быть не более 3d+3,5d,+3d^A,
88
Пример 6.5. Подобрать сечение и определить необходимое количество бол-
тов в стыке двух брусьев сечением дА=0,15-0,20 м с двусторонними накладками
сечением b\h=0,08 -0,20 м, в котором действует продольное растягивающее уси-
лие Af=0,16 МН (16 тс).	‘
Решение. Диаметр болтов определяем из условия их расстановки в два
продольных ряда d^ft/9,5^ 0,20/9,5 ^0,021 м. Принимаем болты диаметром
d=0,02 м (20 мм).
Соединение двухсрезное иСр=2, симметричное, вдоль волокон а=0°, Ла = Е
Толщина среднего элемента с=0,15 м, крайних элементов а=0,08 м.
Несущая способность одного среза болта:
по. изгибу болта Ти= 18d2+0,2а2 = 18-0,022+0,2-0,082=0,0085 МН;
по смятию среднего элемента Tc=5cd=5-0,15“-0,02=0,0150 МН;
по смятию крайнего элемента 7’а=8а^=8-0,08-0,02=0,0128 МН.
Расчетная несущая способность наименьшая Т=0,0085 МНЧ
Требуемое количество болтов в половине стыка w=A^/(7’minnCp) =
=0,16/(0,0085-2) =9,4 шт.
Принимаем по 10 болтов диаметром d=0,02 м в каждой половине стыка.
Всего в стыке ставимч20 болтов. Из них 12 болтов, кроме 8, стоящих у концов
и в центре стыка, могут быть заменены стержнями такого же диаметра.
Рис. 6.6. Выдергиваемые гвозди:
а — общий вид; б — схема работы; / — шляпка;
2 — стержень; 3 — острие; 4 — соединяемые эле-
менты; 5 — эпюра напряжений трения
Гвоздевые соединения. Гвозди (рис. 6.6) изготовляют из холод-
нотянутой проволоки в соответствии с ГОСТ 4028—63. Острие гвоз-
дя имеет четырехгранную форму и длину, равную полутора диамет-
рам. Круглая шляпка имеет
диаметр, равный двум диа-
метрам гвоздя. Наибольшее
применение в деревянных
конструкциях находят гвоз-
ди диаметром 3, 4, 5 и 6 мм
и длиной соответственно 80,
100, 150 и 200 мм. Гвозди за-
бивают в цельную древесину
ударами ручного или пнев-
матического молотка. Гвоз-
девые соединения являются
простыми и общедоступны-
ми, но трудоемкими и при-
меняются главным образом
при построечном изготовле-
нии дощатых деревянных
конструкций.
Гвоздь при забивке частично разрывает, а частично раздвигает’
волокна древесины, образуя в ней отверстие с уплотненными стен-
ками. Благодаря этому он прочно зажимается в древесине и хоро-
шо сопротивляется выдергиванию, однако по этой .же причине в
ней возникают дополнительные усилия растяжения поперек воло-
кон. Кроме того, малая изгибная жесткость гвоздей приводит к по-
вышенной ползучести гвоздевых соединений. Расхождению соеди-
нений препятствуют стяжные болты.
Правила расстановки гвоздей в соединениях исключают опас-
ность преждевременного скалывания и раскалывания соединяемых
элементов, которая повышается по "мере уменьшения их толщины.
89
Поэтому диаметр гвоздей должен быть не более ’Z* толщины эле-
ментов.	/
Расстояния между гвоздями диаметром d вдоль волокон соеди-
няемых элементов должны быть не менее: от торцов— 15d, между
осями в элементах толщиной, равной и большей 10d,— 15d, между
осями в элементах толщиной, равной 4d, — 25d, а в элементах про-
межуточной толщины принимают по интерполяции.
Расстояния между гвоздями поперек волокон и до кромок
элементов должны быть при прямой расстановке не менее 4d, а при
расстановках шахматной и косыми рядами — не менее 3d.
Соединения с конструктивными гвоздями применяются. для
крепления дощатых обшивок и настилов. Гвозди в них не несут су-
щественных усилий и не рассчитываются.
Соединения с выдергиваемыми гвоздями (см. рис. 6.6) относят-
ся к классу соединений с растянутыми связями. Они применяются
для крепления досок Подшивок потолков, щитов перекрытий и
опалубки. От действия нагрузок в этих соединениях возникают
растягивающие усилия N, стремящиеся выдернуть гвозди из дре-
весины элемента, к которому прибиты доски. Этому усилию со-
противляются силы трения между поверхностью гвоздей и окру-
жающей древесиной.
Расчетное сопротивление выдергиванию гвоздя, забитого в су-
хую древесину поперек волокон, составляет /?в.г=*3 МПа, а в сы-
рую, учитывая опасность появления трещин усушки в зоне гвоз-
девого отверстия после высыхания древесины элементов /?в.г=
=0,1 МПа. Несущую способность гвоздя диаметром d.Ha выдерги-
вание Тг определяют по формуле (6.Г1) как произведение расчет-
ного сопротивления на площадь поверхности трения. При этом ра-
бочую длину гвоздя /1 находят по его общей длине, из которой ис-
ключается толщина прибиваемых досок, а также длина острия
гвоздя, равная l,5d, и возможная щель между элементами шири-
ной 0,002 м, не участвующие в работе на трение. Формула имеет
вид
T^R^ndl^.	(6.11)
Требуемое количество выдергиваемых гвоздей, необходимых для
восприятия растягивающего усилия, находят из выражения
n=N[TT.
Размеры выдергиваемых гвоздей подбирают из условий, чтобы
расчетная длина гвоздя 1\ была не меньше 10d и не меньше двой-
ной толщины прибиваемых досок.
Пример 6.6. Определить несущую способность гвоздей диаметром d=0,004 м
и длиной 1=0,100 м, которыми прибита подшивка потолка толщиной 0=0,025 м
к балкам перекрытия, между которыми возможно появление щели шириной
61=0,0002 м.
Решение. Расчетное сопротивление выдергиванию гвоздя, забитого в сухую
древесину, /?в.г=0,3 МПа.
Рабочая длина гвоздя
90
Zj = /—б— 1,5d—di =0,1—0,025— 1,5 • 0,004 - 0,0002=0,067 m.
Несущая способность гвоздя
Гвг = 0,3-3,14-0,004-0,067 = 0,00025 МН = 250 Н.
Соединения с изгибаемыми гвоздями (рис. 6.7) относятся к тому
же классу нагельных соединений, что и изгибаемые болтовые соеди-
нения. Они применяются в стыках и узлах дощатых конструкций,
препятствуя взаимным сме-
щениям соединяемых эле-
ментов. Соединения с изги-
баемыми гвоздями работают
и рассчитываются аналогич-
но соединениям с изгибаемы-
ми болтами — гвозди рабо-
тают на изгиб, а окружаю-
щая древесина — на смятие
с некоторыми особенностя-
ми.
Гвозди «имеют повышен-
ное по сравнению с болтами
сопротивление изгибу, по-
скольку их холоднотянутая
проволока имеет более вы-
сокий предел текучести.
Ввиду малой толщины и
плотного защемления в
древесине несущая спо-
собность гвоздевых соеди-
нений не зависит от угла
действия усилий по отноше-
нию к направлениям воло-
кон в соединениях под углом
и коэффициент при расчете
не учитывается. Если гвоздь
пробивает все элементы coeJ
динения насквозь, расчетная
толщина последнего элемен-
та уменьшается на 1,5, учи-
тывая опасность отщепле-
ния крайних волокон при выходе острия. Если гвоздь не пробивает
соединения насквозь, учитывается только глубина, его защемления
а\ в последнем элементе, определяемая так же, как и /> у выдерги*
ваемых гвоздей, при условии, что она не менее 4d.
Несущую способность гвоздя в одном срезе по изгибу определя-
ют по формуле
Ги=254/2-|-я2, но не более 40d2.	(6.12)
Несущую способность одного среза гвоздя по смятию среднего
с и крайнего а элементов определяют по формулам (6.6), (6.7) и
(6.8), в которых ka= 1.
Рис. 6.7. Изгибаемые гвозди:
а — схемы расстановки; б — расчетные схемы;
в —схема работы; / — прямая расстановка; 2 —
шахматная; 3—в стальных накладках; 4 — в со-
единениях под углом; 5 — симметричная двухсрез»
ная схема; б — несимметричная односрезная; 7 —
несимметричная со стальными накладками; 8 — ус-
ловные эпюры напряжений смятия
Несущая способность одного среза гвоздя Т является наимень-
шей из вычисленных. Общее требуемое количество гвоздей в соеди-
нении находят по формуле (6.6).
Соединения с изгибаемыми гвоздями и стальными накладками
применяют в узлах некоторых конструкций. Гвозди здесь забива-
ют через отверстия, просверленные в стальных листовых наклад-
ках. Это соединение по отношению к гвоздям является несиммет-
ричным и односрезным. Несущую способность одного среза гвоздя
по смятию древесины определяют по формуле (6.5) с учетом глу-
бины его защемления а по изгибу с учетом его частичного за-
щемления — по формуле
Ги=40Л	(6.13)
Пример 6.7. Определить число гвоздей, требуемых для крепления вертикаль-
ной доски сечением 6А=0;05-0,15 м, в которой действует растягивающее усилие
Лг= 12 кН, к двум горизонтальным доскам такого же сечения.
Решение. Пропускаем конец вертикальной доски между горизонтальными
и соединяем их гвоздями диаметром d=0,005 м и длиной Z=0,15 м. Соединение
двухсрезное пСр=2, симметричное. Толщины элементов а=с=0,05 м. Расчетная
длина защемления гвоздя в крайней доске Я1=/—2Ь—l,5d—26=0,15—2*0,05—
-1,5- 0,005—20,002=0,0383 м.
Несущая способность гвоздя в одном срезе:
по изгибу
Ти^=25б/2 + о, 1^2 = 25-0,0052-1-0,1-0,03852 = 0,00076 МН = 0,76 кН;
по смятию средней доски
Тс — 5cd = 5-0,05-0,005 = 0,00125 МН =1,25 кН;
по смятию крайней доски
Та = 8М = 8-0,0385-0,005 = 0,00154 МН = 1,54^кН.
Расчетная несущая способность одного среза гвоздя 7=0,00076 МН=0,76 кН.
Требуемое количество гвоздей п=Л7(Тпср) = 12/(0,76-2) =7,9 шт.
Ставим в соединении восемь гвоздей диаметром d=5 мм и длиной 1=150 мм.
С каждой стороны соединения забиваем по четыре гвоздя и ставим один конст-
руктивный стяжной болт сечением 12 мм.
Соединения с винтами (рис. 6.8). Винты представляют собой
стандартизованные стальные изделия и состоят из головки, ненаре-
занной и нарезанной частей. Их диаметр d измеряют по ненарезан-
ной части. Винты- диаметром меньше 12 мм называют шурупами.
Они имеют сферические или плоские головки с прорезями для за-
вертывания их отверткой. Винты диаметром 12 мм и более назы-
вают глухарями, которые ' .имеют' шестигранные или квадратные
головки для завертывания их ключом.
Винты применяют для крепления стальных накладок и деталей
к деревянным элементам в узлах конструкций. Они завертываются
через отверстия в накладках в отверстия, просверленные в древе-
сине. Диаметр отверстий в древесине должен быть равным 0,8d
ненарезанной части винта, для того чтобы нарезка полностью вре-
залась в древесину.
Винты расставляют в соединениях на больших расстояниях, чем
болты. Вдоль волокон между их осями должно быть не менее 10d,
92
Рис. 6.8. Винты и хомуты:
а — винты; I — схема работы изгибаемого винта;
П — схема работы выдергиваемого винта; б — хому*
ты; 1 — глухарь; 2 — шуруп; 3 — прямой хомут; 4 — по*
лугнутый; 5 — гнутый
а поперек — 5d, поскольку уменьшенный диаметр отверстия вызы-
вает дополнительные напряжения растяжения поперек волокон.
Глубина защемления ненарезанной части винта в древесине долж-
на быть не менее 4d.
Соединения с выдерги-
ваемыми винтами отно-
сятся к классу соедине-
ний с растянутыми свя-
зями. Винты здесь сопро-
тивляются отрыву от дре-
весины накладок или де-
талей, в которых действу-
ют растягивающие уси-
лия. Выдергиванию винта
сопротивляется гл авным
образом древесина винто-
вых желобков нарезанной
части длиной /ь работаю-
щая на смятие, благодаря
чему расчетное сопротив- <
ление выдергиванию вин-
тов выше, чем гвоздей, и
составляет /?в.в=1 МПа.
Несущую способность
винта на выдергивание
определяют по формуле
(6.8).
Соединения с изгибае-
мыми винтами относятся
к классу нагельных сое-
динений. Винты здесь со-
противляются смещению
накладок по поверхности
древесины от действия сдвигающих усилий. Винты работают на из-
гиб, а окружающая древесина — на смятие, как в несимметричных
болтовых соединениях со стальными накладками. Несущую способ-
ность винта определяют как наименьшую из определенных по фор-
мулам (6.8) и (6.9).
Соединения с хомутами относятся к классу соединений с растянутыми свя-
зями. Они охватывают поверхности соединяемых элементов и применяются глав-
ным образом при построечном изготовлении деревянных конструкций. Хомуты
быВаЮТ ПРОВОЛОЧНЫМИ, ПОЛОСОВЫМИ СО СТЯЖНЫМИ бОЛТаМИ И боЛТОВЫМИ С ПОД*
кладками из листовой или профильной стали. По форме хомуты бывают круго-
выми в бревенчатых конструкциях и прямоугольными в конструкциях из пило-
материалов. Хомуты работают и рассчитываются на растяжение, а древесина —
на местное смятие.
Соединения со скобами относятся к классу конструктивных соединений. Ско-
бы изготовляют из арматурной стали класса A-I диаметром 10—16 мм и имеют
{-образную форму с заостренными и зазубренными концами. Они забиваются в
цельную древесину и обеспечивают проектное положение соединяемых элемен-
тов при построечном изготовлении деревянных конструкций из бревен и брусьев.
93
Соединения с ногтевыми шайбами* относятся к классу соединений на шайбах
шпоночного типа. Они представляют собой стальные пластинки, в которых ме-
тодом штамповки образованы многочисленные односторонние острия — когти.
Шайб$>1 забиваются или впрессовываются с двух сторон в древесину соединяе-
мых элементов. Известны два основных типа когтевых шайб — Леннова и
«ГЭНГ-НЕИЛ». Шайбы Леннова имеют круглую форму и центральное отверстие
для болта. При сборке конструкций элементы соединяются стальными накладка-
ми, прикрепляемыми к гайкам болтами. ШЗйбы «ГЭНГ-НЕЙЛ» имеют прямо-
угольную форму, впрессовываются одновременно в соединяемые элементы при
сборке и не требуют стальных накладок и болтов. Острия шайб работают на, из-
гиб, а окружающая древесина — на смятие. Несущую способность шайб опреде-
ляют экспериментально.
§ 6.4. Клеевые соединения
Клеевые соединения являются наиболее прогрессивными вида-
ми соединений элементов деревянных конструкций заводского из-
готовления. Их основой являются конструкционные синтетические
клеи. Эти соединения характеризуются рядом важных достоинств.
Склеивание дает возможность из Досок ограниченных сечений и
длин изготовлять клееные элементы, несущих конструкций любых
размеров и форм. Они могут быть прямыми и изогнутыми, посто-
янного, переменного и профильного сечения, длиной, измеряемой
десятками метров, и высотой, измеряемой метрами:
Клеевые соединения являются прочными, монолитными и име-
ют такую малую податливость, что ее можно не учитывать при рас-
четах и считать клееные элементы как цельные. Клеевые соедине-
ния являются водостойкими, стойкими против загнивания и воздей-
ствия ряда химически агрессивных сред, что обеспечивает долго-
вечность клееных элементов. Эти соединения технологичны, и их
осуществление без затруднений механизируется и автоматизирует;
ся,. требуя ограниченных трудозатрат. Однако склеивание допуска-,
ется только в специально оборудованных отапливаемых цехах с
приточно-вытяжной вентиляцией, для удаления вредностей и под
строгим лабораторным контролем.. При склеивании имеется воз-
можность использовать древесину маломерную и пониженного ка-
чества путем удаления значительных пороков с последующим
стыкованием. Клеевые соединения являются безметалльными. Это
оправдывает экономическую целесообразность применения склеива-
ния и-является причиной быстрого роста объемов производства
клееных деревянных конструкций.
Клеевые соединения применяют для склеивания досок из хвой-
ной древесины толщиной не более 50 мм и влажностью не выше
12%. При нарушении этих ограничений клеевые соединения могут
разрушиться от усилий, возникающих в результате коробления до-
сок при высыхании. По качеству древесины доски должны отно-
ситься к категориям, соответствующим условиям их работы в кле-
еных элементах и значениям действующих в них напряжений.
Доски до склеивания должны быть остроганы по плоскостям склеи-
вания на толщину до 3 мм для обеспечения их плотного .контакта
и получения прочного клеевого шва минимальной толщины с наи-
94
меньшими непроклейками. Клееные элементы после склеивания
должны быть остроганы по кромкам для получения гладкой по-
верхности..
Клеевые соединения применяют также для продольного склеи-
вания цельных клееных элементов и для склеивания досок с фане-
рой и со стальными деталями.	v . *
Для клеевых соединений применяют конструктивные синтетиче-
ские клеи на основе термореактивных смол (см. гл. 7). В настоя-
щее время в отечественной практике для склеивания древесины и
фанеры наибольшее при-
менение находят феноло-
фор м альдегидный клей
КБ-3 и.резорциновый клей
РФ-12, а для'склеивания
древесины с металлом —
эпоксидный клей ЭПЦ-1.
Клеевые швы должны
иметь минимальную тол-
щину, измеряемую доля-
ми миллиметров, и высо-
кую прочность, превосхо-
дящую прочность древе-
сины на сжатие и скалы-
вание вдоль волокон.
Прочность швов на растя-
жение ввиду их хрупкости
невелика и соответствует
примерно прочности дре-
весины на растяжение по-
перек волокон. Адгезион-
ная и когезионная связи
клеевых швов должны
быть выше прочности дре-
весины, и .клеевые среди-
Рис. 6.9. Клеевые стыки:
а — поперечные; б — продольные; в — фанеры; г —
под углом; 1 — по пластям; 2 — по кромкам; 3 — по
пласти и кромке; 4 и* 5 — зубчатый с выходом зубь-
ев на кромки и пласти; 6 — усовое соединение фане-
ры; 7 — клееный элемент

нения должны разрушаться при нагружении выше предела прочно-
сти не по швам и граничным -слоям, а по цельной древесине.
Клеевые стыки по их расположению и особенностям работы мо-
гут быть разделены на поперечные, продольные и угловые
(рис. 6.9).
Поперечные стыки досок служат для создания клееных элемен-
тов с поперечными сечениями требуемых размеров и форм и прида-
ния им изогнутой формы по длине. В их число входят стык по плас-
тям, стык по кромкам и стык по пласти и кромке.
Стык по пластям представляет собой клеевое соединение
досок пластями. Этот стык применяется для создания клееных
элементов требуемой высоты сечения и для обеспечения их изогну-
той формы по длине, поскольку он препятствует распрямлению
изогнутых досок в клееном элементе. В изгибаемых и сжато-изги-
баемых элементах стыки по пластям работают, и рассчитываются
95
на скалывание при изгибе по формуле
JbmCK
(6.14)
В этой формуле коэффициент условий работы тск=0,6 учитыва-
ет возможное возникновение непроклеек, уменьшающих расчетную
ширину шва Ь.	•
Стык по кромкам представляет собой клеевое соединение
досок кромками. Его применяют для создания клееных элементов
с шириной сечения, большей ширины отдельных досок. По высоте
сечения эти стыки в соседних досках располагаются вразбежку в
плоскости изгиба. В этих стыках обычно не возникают скалываю-
щие напряжения, и они не требуют расчетных проверок.
Стык по пласти и кромке представляет собой йлеевое
соединение пласти одной доски с кромкой другой. Его применяют
для создания клееных элементов тавровой, двутавровой и рельсо-
видной формы со стенками из досок на ребро. Работает и рассчи-
тывается стык на скалывание при изгибе по формуле (6.14).
Продольные стыки служат для создания клееных элементов тре-
буемой длины. В число продольных стыков входят зубчатое и усо-
вое соединения.
Зубчатое соединение применяют для стыкования досок
концами по длине вдоль волокон, оно является основным видом
продольного стыка и представляет собой соединение концов досок
клеевыми швами по зубчатой поверхности ряда острых клиньев,
которые могут выходить на пласти или на кромки досок. Такая фор-
ма придается концам досок механически специальной зубчатой
фрезой на станке. Зубчатое соединение характеризуется тремя па-
раметрами— длиной зубьев Z, шириной их у основания t и шириной
у вершины b (затуплением). Длина зубьев обычно не превышает
толщины досок, а параметры обеспечивают необходимый уклон
плоскостей зубьев к оси доски — не больше 1:8 и затупление не
больше 1 мм. Только такие параметры обеспечивают необходи-
мую прочность стыка в элементах несущих конструкций, например
/=62 мм, /=8 мм, Ь=1 мм. Зубчатое соединение экономично, по-
скольку имеет малую длину и дает возможность стыковать корот-
кие доски, и технологично, так как изготовляется механически и
не расходится при изготовлении до затвердевания клея.
От действия продольных усилий в клеевых, швах зубчатого со-
единения возникают основные скалывающие и незначительные ^рас-
тягивающие напряжения. Ввиду значительной площади зубчатой
поверхности они не превосходят несущей способности швов до раз-
рушения доски от растяжения. Затупление зубьев меньше ослабляет
сечение, чем пороки, допускаемые в элементах I категории качест-
ва. Поэтому зубчатое соединение считается равнопрочным с цель-
ной древесиной в элементах всех категорий качества при всех ви-
дах напряженного состояния и расчета не требует. В некоторых
случаях это соединение применяют и для продольного стыкования
цельных клееных элементов.
96
Усовое соединение представляет собой клеевое соединение концов досок по
поверхности, образованной их срезкой с уклоном к поверхности 1 :10, и при*
меняют его для продольного стыкования досок. Клеевой шов работает здесь ана-
логично швам зубчатого соединения, и усовое соединение считается тоже рав-
нопрочным с древесиной элементов независимо от их категории качества. Этот
стык менее экономичен, поскольку имеет значительную длину и нерационален
для стыкования коротких досок. Он менее технологичен, чем зубчатый, так как
имеет тенденцию к сдвигам по клеевому раствору при склеивании, и допускается
только при отсутствии оборудования для зубчатого стыкования.
Угловые стыки представляют собой клеевые соединения досок
и клееных элементов, расположенных друг к другу под углом.
Зубчатое соединение под углом применяют главным
образом для соединения концов клееных элементов рам в жестких
узлах, расположенных под, углами более 120°. Зубья этого соедине-
ния должны выходить только на верхние и нижние кромки элемен-
тов в зоне упора их срезанных под углом концов. Это соединение
работает на усилия сжатия с изгибом и рассчитывается как цельное
наклонное сечение по прочности на нормальные напряжения с уче-
том того, что они действуют под углом к волокнам, и расчетные
сопротивления древесины имеют соответствующие пониженные
значения.
Соединение досок по пластям под углом пред-
ставляет собой клеевое соединение досок пластями по площади их
пересечения. Так могут соединяться доски шириной до 100 мм .при
угле 90° и шириной 150 мм при углах 30—45° между ними. От про-
дольных усилий в клеевом шве возникают здесь скалывающие и
дополнительно поперечные растягивающие напряжения ввиду
эксцентричного действия усилий. Они рассчитываются на скалыва-
ние под углом к волокнам, а растягивающие усилия рекомендуется
воспринимать болтами или шурупами.
Стыки фанеры и фанеры с древесиной. Усовое соединение фане-
ры имеет ту же конструкцию и уклон склеиваемых кромок 1:12, и
применяют его для соединения фанерных листов кромками подлине
и по ширине. Оно имеет пониженную прочность ввиду неполного
совпадения соответствующих слоев листов фанеры при склеивании
и рассчитывается на растяжение по площади сечения, уменьшенной
коэффициентом условий работы ап=0,6. В некоторых случаях при-
меняют также соединение фанерных листов с фанерными наклад-
ками шириной не менее 30 толщин соединяемых листов.
Стык фанеры с досками по пласти и кромкам применяют в
клеефанерных конструкциях. При расположении волокон досок
под углом 90° к наружным волокнам фанеры ширина досок должна
быть не более 100 мм. При большей ширине досок возникает опас-
ность перенапряжения клеевых швов в результате короблеция дре-
весины. Этот стык работает на скалывание при изгибе и рассчиты-
вается по прочности ближайших к стыку клеевых швов между на-
ружным и соседним слоями фанеры по формуле (5.17) без учета
непроклеек. Расчетное сопротивление этого шва скалыванию при-
нимается при направлении скалывающих усилий вдоль наружных
волокон фанеры /?ск.ф=0,6 МПа и поперек их /?Ск.ф=0,8 МПа.
4—2411
97
Рис. 6.10. Соединения с вклеенными стержнями:
а — продольное; б — под углом; / — соединяемые эле-
менты; 2 — стержни из стальной арматуры; 3 — от-
верстия; 4 — пазы; 5 — рейка; 6 — клей
Клееметаллические соединения представляют собой соединения
деревянных клееных элементов при помощи вклеенных или накле-
енных стальных деталей (рис. 6.10).
Соединения на вклеенных стержнях состоят из коротких стерж-
ней-из арматуры классов А-П или А-Ш диаметром 12—32 мм, вкле-
енных в прямоугольные пазы или круглые отверстия клеем, обеспе-
чивающим надежное сое-
динение древесины с ме-
таллом, например эпок-
сидноцементным.
Глубина вклеивания I
должна быть не менее 10
и не более 30 диаметров
стержня, ширина паза
или отверстия на 5 мм
больше диаметра стерж-
ня, расстояние между
стержнями не менее 3d,
а до края сечения — 2d.
Вклеенные стержни
применяют для продоль-
ного и углового соедине-
ния клееных элементов,
работающих на продоль-
ные силы или изгибающие моменты. Они воспринимают продоль-
ные силы JV при растяжении (выдергивание) или сжатии (вдавли-
вание) . Скрытые в толще древесины стержни защищены от хими-
чески агрессивной среды и быстрого нагрева при пожаре, что
повышает стойкость против коррозии и огнестойкость конструкции.
Клеевые соединения стержней работают на скалывание по пло-
щади, равной произведению глубины вклеивания I на периметр от-
верстия л (d+0,5) см.
Напряжения скалывания распределяются по длине вклеивания
неравномерно, уменьшаясь к концам стержней.
Расчет соединения на скалывание производят с учетом коэф-
фициента неравномерности (концентрации) распределения Скалы-
вающих напряжений &Ск, определяемого в зависимости от .диамет-
ра стержня и глубины вклеивания.
Расчетная несущая способность стержня определяется по ска-
лыванию клеевых соединений по формуле
Т—л/ (d 4-0,5) R№kc,
где kc= 1,2—0,02 lid-, 7?ск=1,2 МПа — расчетное сопротивление ска-
лыванию.
Соединения с клеестальными шайбами применяют для соединения стержней
сборно-разборных ферм в узлах. Они состоят из стальных пластинок — стальных
накладок, болтов, а также шайб, приклеенных к пластям элементов феноло-фор-
мальдегидным по слою БФ или эпоксидным клеем. Болты пропускаются при сбор-
ке соединения через отверстия соответствующего диаметра в накладках и шайбах
98
и через отверстие большего диаметра в древесине элементов. Соединение воспри-
нимает растягивающие и сжимающие усилия. Клеевые швы шайб работают и
рассчитываются на скалывание по формуле (5.18). Болты рассчитываются на
смятие и срез между шайбами и накладками, как в стальных соединениях, без
учета древесины и имеют повышенную несущую способность. Стальные накладки
рассчитываются на растяжение или сжатие. Для беспрепятственной сборки со-
единение должно быть изготовлено с высокой точностью.
Клеевые соединения арматуры клееных армированных балок с древесиной
выполняются путем вклеивания ее в пазы в крайних зонах сечений эпоксидно-
цементным клеем. Они работают на скалывание с избыточными запасами проч-
ности.
Соединения с пластмассовыми связями имеют значительные перспективы при-
менения в деревянных конструкциях, особенно предназначенных для эксплуата-
ции в средах, химически агрессивных по отношению к металлу. В настоящее
время проводятся экспериментальные и теоретические исследования соединений
в деревянных элементах с цилиндрическими нагелями из высокопрочного стекло-
пластика типа АГ-4с.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Какие соединения применяются в деревянных конструкциях? Какие иа
них являются податливыми и какие — жесткими?
2.	Что такое косой прируб, врубка в полдерева, соединения в четверть и в
шпунт?	*
3.	Какие бывают лобовые упоры и в чем их преимущества? Как они рассчи-
тываются?
4.	Как конструируется и рассчитывается лобовая врубка?
5.	Как работают и рассчитываются растянутые болты?
6.	Как расставляются изгибаемые болты в соединениях и почему?
7.	Как работает изгибаемый болт и окружающая древесина и как определя-
ется расчетная прочность болта?
8.	Как определить требуемое число‘изгибаемых болтов в растянутом стыке
двух брусьев с двусторонними накладками?
9.	Как расставляются гвозди в соединениях и почему?
10.	Как работают и рассчитываются выдергиваемые гвозди?
11.	Как работает изгибаемый гвоздь и как определяется его прочность?
12.	Как определить требуемое число гвоздей в. соединении доски с брусом?
13.	Как работают изгибаемые гвозди и болты в соединениях под углом и
со стальными накладками?
14.	Где применяются и как работают штыри, винты, хомуты и скобы?
15.	В чем состоят главные достоинства клеевых соединений?
16.	Какая древесина и какие клеи применяются в клеевых соединениях?
17.	Какие стыки применяются в клееных конструкциях и как они работают?
18.	Как рассчитываются поперечные клеевые стыки?
19.	Что такое вклеенные стержни, как они работают и рассчитываются?
Глава 7
СОЕДИНЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПЛАСТМАСС
§7.1.	Общие сведения
В конструкциях с применением пластмасс используют клеевые,
заклепочные, винтовые, клееметаллические, сварные и шитые со-
единения.
Клеевые соединения получают путем нанесения на соединяемые
поверхности клеевой композиции в жидком или вязком состоянии,
4*
98
плотного контакта этих поверхностей и последующего отверждения
клеевой прослойки.
. Достоинствами клеевого соединения являются: плотность и не-
прерывность соединения, дающие возможность склеивать разно-
родные материалы, которые при клепке и сварке испытывают не-
желательные деформации; непрерывность сдвигающих напряжений
по площади шва; возможность соединения без выступающих дета-
лей (головок заклепок и т. п.); получение герметичного соединения
без дополнительных затрат.
К недостаткам клеевых соединений, относятся: слабое сопротив-
ление неравномерному отрыву; меньшая, чем у других видов соеди-
нений, теплостойкость, связанная с органической природой поли-
мерного клея; необходимость специальных условий при устрой-
стве соединений (время выдержки, повышенная температура
и т. п.).
Клееметаллические соединения являются комбинированными,
состоящими из точечных металлических соединений и клеевой про-
слойки, располагающейся вдоль всего шва. В зависимости от вида
металлической связи различают соединения: клеесварные (точеч-
ная сварка однородных металлов-}-клеевая прослойка); клеевинто-
вые (металлические.винты+клеевая прослойка); клеезаклепочные
(металлические заклепки+клеевая прослойка).
Клееметаллические соединения применяют для соединения эле-
ментов из однородных и разнородных высокопрочных материалов
(металлы, стеклопластики, древесные материалы) в трехслойных
панелях и других подобных конструкциях.
По сравнению с клеевыми клееметаллические соединения име-
ют более высокое сопротивление при неравномерном отрыве, повы-
шенную теплостойкость и огнестойкость. Кроме того, при сдвиге
они более прочны, чем соответствующие чисто металлические со-
единения.
Сварку пластмасс используют для соединения элементов из
одного и того же термопластичного материала. При сварке соеди-
нение элементов осуществляется за счет одновременного действия
высокой температуры и давления.
К достоинствам сварных соединений относятся: высокая плот-
ность шва; быстрота осуществления; простота технологических
операций.
Вместе ,с тем сварным соединениям присущи и недостатки: бо-
лее низкая прочность и ухудшение некоторых других свойств ма-
териала шва по сравнению с основным материалом; ограниченная
область применения (только для термопластов).
Клеевые и клееметаллические соединения должны осуществлять-
ся только в заводских условиях. Выбор того или иного вида пере-
численных соединений зависит от природы соединяемой пары ма-
териалов, условий эксплуатации и требований, предъявляемых к
стыку (табл. 7.1).
В трехслойных панелях виды применяемых соединений зависят
от природы соединяемых материалов.
100
।
Таблица 7.1
Рекомендуемые виды соединений
Соединяемые материалы	Виц соединения
Древесные материалы между собой Алюминий — алюминий Алюминий — сталь (незащищенная) Алюминий — древесные материалы * Алюминий — стеклопластик Алюминий — асбестоцемент Асбестоцемент — асбестоцемент Асбестоцемент — сталь (незащищенная) Асбестоцемент — древесные материалы Асбестоцемент — стеклопластик Стеклопластик — стеклопластик Стеклопластик — древесные материалы Пенопласт — пенопласт Пенопласт — алюминий, асбестоцемент, стеклопла- стик, древесные материалы Воздухонепроницаемые ткани между собой	• к, кв, В, КЗ КС, кв, КЗ, С, 3, в з, в 3, в К, КЗ, кв, в з, в К, КЗ, кв з, в в 3, в К, КЗ к, кв к к к, ш •
* К древесным материалам отнесены фанера, древеснослоистый пластик (ДСП), твердые
и сверхтвердые древесноволокнистые плиты (ДВП).
Условные обозначения соединений: К —клеевые, С — сварные, 3 — заклепоч-
ные, В — винтовое, КС — клеесварное, КЗ — клеезаклепочное, КВ — клеевинто-
вое, Ш — шитые.
Соединение металлов с металлами целесообразнее всего выпол-
нять с помощью заклепок или самонарезающих винтов. Для соеди-
нения пары алюминий — алюминий применяется также точечная
или шовная сварка. Если к этим стыкам предъявляется требование
герметичности, то применяют соответствующий вид клееметалличе-
ского соединения. Чисто клеевые соединения для скрепления метал-
лов с другими материалами и между собой, как правило, не при-
меняются из-за больших напряжений, возникающих в шве при тем-
пературных деформациях. Соединение металлов с другими
материалами — фанерой, асбестоцементом и листовыми пласт-
массами осуществляется преимущественно на винтах или заклеп-
ках.
Для соединения асбестоцемента с асбестоцементом применяют
клеи, а для соединения с другими -материалами — клеезаклепочные
и клеевинтовые соединения.
Соединения пластмасс между собой и с древесными материала-
ми осуществляются преимущественно с помощью клеевых, иногда
клеевинтовых соединений. Для стыкования по длине листовых ма-
териалов (например, бакелизированной фанеры) могут быть также
применены клеезаклепочные соединения. Для соединения пено->
пластов между собой и с любыми другими материалами исполь-
101
зуюг только клеевые соединения, поскольку все другие виды соеди-
нений пенопласт не удерживает.
Рекомендации по выбору вида соединения в зависимости от па-
ры соединяемых материалов помещены в табл. 7.1.
§ 7.2.	Клеевые соединения
Клеевые соединения в конструкциях с применением пластмасс
чаще всего работают на сдвиг, однако в некоторых случаях (см.
гл. 10) соединение может испытывать усилия, вызывающие в нем
растяжение, которое применительно к /леевым швам называют
отрывом. В зависимости от характера распределения растягиваю-
щих напряжений По протяженности шва различают равномерный
и неравномерный отрыв (рис. 7.1).

ai
ч
Рис. 7.1. Клеевые соединения и характер их работыэ
а — сдвиг; б — отрыв; в — неравномерный отрыв; 1 — клеевой шов
При выборе марки (состава) клея для соединения различных
материалов руководствуются следующими требованиями:
клей должен: иметь хорошую адгезию (прилипаемость) к обоим
соединяемым материалам. Наилучшим принято считать клей, обес-
печивающий разрушение не по клеевой прослойке, а по одному из
соединяемых материалов; быть достаточно дешевым; не вызывать
коррозию или другие виды химической деструкции у склеиваемых
материалов; быть технологичным, т. е. позволять производить про-
цесс склеивания наиболее простым и дешевым путем и возможно
менее токсичным; клеевая прослойка должна быть достаточно эла-
стичной и иметь коэффициент линейного расширения, соответствую-
щий коэффициенту а склеиваемых материалов, а также обладать
достаточной долговечностью.
Клеи удобнее всего классифицировать по типу их основного по-
лимерного компонента (см. гл. 3). Согласно этой классификации
различают клеи термореактивные, термопластичные и клеи на ос-
нове каучуковых смол. Кроме того, внутри этих групп можно раз-
личать клеи по способу отверждения: без подогрева, с умеренным
или сильным нагревом соответственно холодного, теплого и горя-
чего отверждения; по теплостойкости, по водостойкости и др.
К термореактивным клеям относят клеи на основе феноло-фор-
мальдегидных, резорциновых, эпоксидных, карбамидных, полиэфир-
ных смол (табл. 7.2). Эти клеи обладают высокой прочностью и
теплостойкостью, большинство из них водостойки. Термореактив-
102
ные клеи твердеют, как правило, после введения отвердителя, при
этом процесс отверждения может протекать без подогрева при
/=16—20° С и с подогревом. В последнем случае продолжитель-
ность отверждения может быть существенно сокращена, что может
использоваться на производстве для ускорения операции склеива-
ния (см. гл. 19).
Феноло-формальдегидные клеи — основные клеи для
склеивания древесных материалов и многих пластмасс (стекло-
пластиков, пенопластов). Они позволяют получить высокопрочные
и водостойкие соединения; исходные компоненты дешевы и неде-
фицитны; они твердеют без подогрева и с нагревом. Однако в про-
цессе твердения выделяют летучие вещества (водяные пары, фе-
нол), вследствие чего процесс твердения требует сравнительно вы-
сокого давления (0,05—0,5 МПа). По мере твердения клея проис-
ходит его усадка, которая вызывает внутренние напряжения. Эти
клеи дают хрупкий шов. Ядовитый фенол требует вытяжной вен-
тиляции.
Наибольшее распространение из этой группы клеев получил
клей КБ-3, состоящий из смолы марки Б и отвердителя — контак-
та Петрова.
Резорциновые, клеи применяют для склеивания древеси-
ны. Отсутствие в их составе кислого отвердителя позволяет ис-
пользовать их также для склеивания материалов на основе цемен-
та (асбестоцемента, бетонов). Резорциновые клеи водостойки,
твердеют при нормальной температуре или с нагревом. Клей мар-
ки ФР-12 (резорцино-формальдегидный) является наиболее проч-
ным из них. Алкилрезорцино-формальдегидные клеи (ФР-100,
ДФК-1АМ) дешевле клея ФР-12 и менее прочны. Их могут при-
менять для склеивания асбестоцемента, пенобетонов, пенопластов.
Основные преимущества резорциновых клеев перед феноло-
формальдегидными заключаются в меньшей токсичности компонен-
тов и большей стабильности свойств смолы при ее хранении, а
вследствие этого и большей однородности механических свойств
клеевого шва.
Эпоксидные клеи наиболее прочные и универсальные; при
отверждении почти не дают усадки. Они склеивают . пластмассы,
металлы, древесину, бетон. Недостаток эпоксидных смол — их хруп-
кость— сглаживается путем модификации клеев каучуками или
тиоколом. Модифицированные клеи (К-153, К-139, К-147) более
эластичны и менее чувствительны к отдирающим усилиям и к
ударам, чем клей марки ЭПЦ-1. С целью удешевления в клеи для
строительных конструкций вводят наполнитель — портландцемент
в количестве 100—200 вес. ч. на 100 вес. ч. основной смолы (ЭД-5).
Эпоксидные клеи имеют и технологические достоинства, не требуя
высокого давления, после введения отвердителя твердеют без подо-
грева или с умеренным нагревом.
: Полиэфирные клеи используют в основном для склеива-
ния полиэфирных стеклопластиков между собой и с другими мате-
риалами. Твердеют с нагревом и без подогрева. Наиболее распро-
103
о
ф»
Таблица 7.2
Основные марки термореактивных клеев и их состав
Наименование клея и марка	Основная смола	Модифицирующий компонент	/ Отвердитель	Ускоритель	Наполнитель
Феноло-формальде- гидный КБ -3	Марки Б, 100 вес. ч.	—	Керосиновый кон- такт Петрова, 18— 25 вес. ч.	—	Древесная мука, 2—5 вес. ч.
Резорционо-фор- мальдегидный ФР-12	ФР-12 марки Б, 100 вес. ч.	«		Параформальдегид, 11—15 вес. ч.	—	
Алкилрезорцино- формальдегидный ДТ-1	ДФК-1А, 100 вес. ч.	Низковязкий тиокол НВБ-2, 40 вес. ч.	Формалин (36%) 20 вес. ч.		Маршаллит, 200 вес. ч.
Эпоксидный ЭПЦ-1	ЭД-5, 100 вес. ч.	Полиэфир МГФ-9, 20 вес. ч.	Кубовые остатки ГМДА, 25 вес. ч.	—	Портландцемент, 200 вес. ч.
Эпоксидный К-153	ЭД-5, 100 вес. ч.	Полиэфир МГФ-9; низковязкий тиокол НВБ-2, 20 вес. ч. Полиэфир МГФ-9, 20 вес. ч.; жидкий карбоксилатный кау- чук	СКН26-1, 20 вес. ч.	Полиэтилен-поли- амин (ПЭПА), 15 вес. ч.		Портландцемент, 200 вес. ч.
Эпоксидный К-139	ЭД-5, 100 вес. ч. 1		То же		То же
Полиэфирный ПН-1	ПН-1, 100 вес. ч.		Гипериз, 3—4 вес. ч. • 1	Нафтенат кобальта (10%-ный раствор в стироле) 8—10 вес. ч.	
странена в СССР полиэфирная смола марки ПН-1, применяемая
для склеивания.
При склеивании светопрозрачных стеклопластиков клей ПН-1
позволяет получить светопрозрачные клеевые швы.
К термопластичным клеям относят прежде всего клеи, пред-
назначенные для склеивания термопластов: перхлорвиниловые,
полиметилметакрилатные и др. Эти же клеи можно использовать
для склеивания термопластов с другими материалами, в частности
с древесиной и металлами. .
Перхлорвиниловыми клеями склеивают винипласт, а
также винипласт с древесиной, металлами и т.. п. По составу это
раствор перхлорвинила в органических растворителях (ацетон,
бензин и др.).
Полиметилметакрилатные клеи представляют рас-
твор органического стекла (в виде стружек или порошка) в дихлор-
этане. Используется для склеивания органического стекла с други-
ми материалами.
Каучуковые клеи — клеевые композиции, состоящие из
каучуков или смеси каучуков и синтетических смол, растворенных
в органических растворителях. Характерные представители — клеи
88Н, КС-1. Они отличаются высокой эластичностью, отсутствием
хрупкости, высоким сопротивлением отдирающим усилиям. Их
недостаток — меньшая теплостойкость и водостойкость, чем у тер-
мореактивных клеев. Клеи твердеют без введения отвердителя, при
нагреве твердение ускоряется. При склеивании эти клеи не нужда-
ются в продолжительно действующем большом давлении. Давле-
ние нужно лишь для того, чтобы обеспечить контакт между склеи-
ваемыми поверхностями, поэтому каучуковые клеи называют так-
же контактными. Их применяют для склеивания металлов с метал-
лами, металлов с пластмассами и тканей с резиновыми покрытиями
между собой. Рекомендуемые марки этих клеев в зависимости от
соединяемых материалов приведены в табл. 7.3. Эти же клеи могут
применяться в клееметаллических соединения^.
Прочность клеевых соединений и их расчетные характеристики
(см. табл. 1 приложения VI) зависят от марки клея, вида напря-
женного состояния (сдвиг, растяжение), природы соединяемых ма-
териалов. Во многих случаях прочность клеевой прослойки оказы-
вается выше, чем прочность одного (или обоих) соединяемых ма-
териалов. В таких случаях расчетное сопротивление соединения
определяют не по клеевому соединению, а по одному из соединяе-
мых материалов. Это относится к пп. 2 и 4 табл. 1 приложения VI,
где расчетное сопротивление соединения принято по прочности
сдвигу и отрыву поверхностного (неармированного) слоя стекло-
пластика, а также к пп. 6—9 табл. 1 приложения VI, в которых
расчетные сопротивления клеевых соединений приняты по /?Ср и
/?р соответствующих пенопластов (см.‘ табл. 7 приложения IV).-
Прочность клеевых соединений и их долговечность связаны так-
же с процессами, протекающими в клеевой прослойке при отверж-
дении клея, и прежде всего с усадкой и температурными деформа-
105
Таблица 7.3
Рекомендуемые марки клеев в зависимости
от соединяемых материалов
Соединяемые материалы
Клеи
Алюминий — алюминий
Алюминий — стеклопластик
Асбестоцемент ~ асбестоцемент
Стеклопластик — стеклопластик
Стеклопластик — древесные мате-
риалы
Пенопласт — пенопласт
Пенопласт — алюминий
Пенопласт — асбестоцемент
Пенопласт — стеклопластик
Пенопласт — древесные материалы
Древесный	материал — древесный
материал
Воздухонепроницаемые ткани с ре-
зиновыми покрытиями между собой
Эпоксидные: ЭПЦ-1, К-153, К-139,
К-147 и др.
То же
Эпоксидные: ЭПЦ-1, К-153; алкилре-
зорцино-форм альдегидные: ДТ-1, ДТ-3
Полиэфирный ПН-1. Феноло-формаль-
дегидный КБ-3
То же
Феноло-формальдегидный КБ-3; каучу-
ковые: 88-Н, 88-НП
Эпоксидные: К-153, К-147; феноло-
формальдегидный КБ-3 с подслоем БФ-2
на поверхности алюминия
Алкилрезорцино-формальдегидные:
ДТ-4, ДТ-3; каучуковые: 88-Н, 88-НП
Феноло-формальдегидный КБ-3
Феноло-формальдегидный КБ-3; моче-
вино-формальдегидные: УКС, М.-60; кау-
чуковые: 88-Н, 88-НП
Феноло-формальдегидный КБ-3; резор-
цино-формальдегидный ФР-12
Каучуковые СВ-2а
ииями. Чем больше усадка клея, тем большие внутренние напря-
жения развиваются в клеевой прослойке.
При быстром нагреве до высокой температуры неотвержденной клеевой про-
слойки с целью скорейшего ее отверждения внутренние напряжения в отверж-
денном клеевом шве будут намного больше, чем при постепенном, умеренном,
но продолжительном прогреве.
Таким образом, чем больше внутренние напряжения в шве, тем
меньшая доля всей прочности клеевого шва остается для сопротив-
ления внешним силовым воздействиям.
Методика назначения расчетных характеристик клеевых соеди-
нений аналогична методике, принятой .для конструкционных пласт-
масс (см. гл. 4). Значения коэффициентов изменчивости cv для
клеевых соединений лежат в широких пределах — от 0,1 до 0,30, а
коэффициент безопасности по материалу k с учетом длительной
прочности составляет от 1,9 до 7,7. Значение расчетных сопротив-
лений клеевых соединений приведены в табл. 1 приложения VI.
Так же как и для конструкционных пластмасс, для клеевых со-
единений при соответствующих эксплуатационных условиях вводят-
ся коэффициенты условия работы; mt — учитывающий температур-
ный фактор; mw — учитывающий влажностные условия; т/ — учи-
106
тывающий атмосферные воздействия. Значения этих коэффициентов
приведены в табл. 2 и 3 приложения VI.
При устройстве клеевых соединений листовых материалов, в
частности при стыковании обшивок и ребер панелей, могут быть
применены различные типы соединений внахлестку (рис. 7.2, а), с
односторонней (рис. 7.2, б) или двусторонними (рис. 7.2, в) наклад-
ками. Протяженность клеевого шва с каждой стороны стыка (длина
Рис. 7.2. Типы клеевых соединений:
а — внахлестку; б — с односторонней ив — с двусторонними накладками; 1 — клеевой шов
нахлестки ZH) определяют расчетом шва на срез (если стык являет-
ся силовым). Однаков любом случае длина нахлестки должна быть
не меньше 8 толщин листа для асбестоцемента, 50 толщин листа
для металлов и 20 толщин листа для стеклопластиков.
§ 7.3.	Клееметаллические соединения
Клееметаллические соединения находят применение главным об-
разом в трехслойных панелях. В этих соединениях заклепки, винты
или сварные точки работают совместно с клеевым швом. Клееметал-
лические соединения рассчитывают и конструируют с учетом следу-
ющих особенностей.
Прочность клееметаллических соединений при сдвиге определя-
ют, как прочность заклепки, винта или сварной точки, умноженной
на коэффициент, равный 1,25—2,00 (см. табл. 4 приложения VI),
учитывающий работу клея. При этом прочность заклепки и винта
вычисляют из условия смятия или среза стержня заклепки (винта)
или смятия металла соединяемых элементов, а прочность сварной
точки — из условия среза. Данные для расчета заклепок, винтов и
сварных точек принимают по нормам проектирования стальных и
алюминиевых конструкций. При этом винты рассчитывают по нор-
мам для болтовых соединений на чистых и получистых болтах.
Размещение заклепок, винтов и сварных точек производят также
в соответствии с требованиями норм проектирования стальных и
алюминиевых конструкций, кроме максимального шага этих соеди-
нений. Для обеспечения плотности клеевого шва шаг сварных точ^к,
винтов и заклепок принимают не более 35—150 мм в зависимости
от толщины соединяемых листов и вида соединения (см. табл. 5 при-
ложения VI). Кроме того, каждый вид клееметаллического соеди-
нения имеет свои особенности и области применения.
107
Клеесварные соединения (рис. 7.3, а) состоят из сварных точек,
полученных контактной точечной сваркой и сплошного клеевого шва
между точками. Расчетное сопротивление одной точки /?т зависит
от толщины и марки металла соединяемых элементов, качества под-
готовки их поверхности, диаметра ядра сварной точки, типа кон-
тактной точечной машины и режима сварки. Нормы проектирова-
ния алюминиевых конструкций предусматривают соединение
точечной сваркой элементов толщиной от 0,3 до 4 мм. В клеесвар-
ных соединениях точечную сварку производят при неотвержденном
клее. Применяют клеесварные соединения только для соединения
двух однородных металлических элементов.
Рис. 7.3. Клееметаллические соединения:
а — клеесварное; б —• клеезаклепочное; в — клеевинтовое; 1 — клеевой шов; 2 — сварная
точка; 3 —• заклепка; 4 —'трубчатая заклепка; 5 — расширяющийся цемент; 6 — винт
Клеезаклепочные (рис. 7.3, б) с обыкновенными заклепками при-
меняют для соединения металлических (алюминиевых, стальных)
обшивок с металлическим обрамлением и для стыкования металли-
ческих обшивок в трехслойных панелях. При толщине соединяемого
пакета 3 мм и меньше диаметр заклепки- должен быть не меньше
толщины пакета. Длина стержня заклепки Л3 должна быть больше
толщины пакета на 1,3 d3, где d3— диаметр заклепки. При соедине-
нии асбестоцементных обшивок с обрамлением рекомендуется при-
менять трубчатые заклепки, которые делают из мягкой стали. Ее
наружный диаметр составляет 10—16 мм, толщина стенки — 0,8—
1,0 мм, длина заклепки должна быть больше общей толщины соеди-
няемых элементов на 8 мм, максимальный шаг трубок — 350 мм.
После установки полость трубок заполняют раствором на расширя-
ющемся цементе.
Клеевинтовые соединения (рис. 7.3, в) применяют в трехслойных
панелях для стыкования обшивок из металлов, асбестоцемента, дре-
весных листовых материалов. Для клеевинтовых соединений метал-
лических элементов применяют самонарезающие винты. При тол-
щине соединяемых элементов 0,5—1,0 мм диаметр винтов должен
быть 3—3,5 мм, при толщине 1—3 мм — 4—5 мм. Для соединения ас-
бестоцементных листов диаметр винтов принимают 5—6 мм, а мак-
симальный шаг винтов — 250 мм.
108
§ 7.4.	Сварные соединения пластмасс
Этот вид соединения применяют для элементов из термопластов.
Применительно к термопластам сварка — это плотное неразъемное
соединение, образующееся при повышенных температурах за счет
взаимной диффузии макромолекул, происходящей при нагреве, раз-
мягчении и плотном контакте соединяемых элементов. Оптимальная
температура нагрева при сварке лежит в диапазоне, нижним преде-
лом которого является температура текучести термопласта, а верх-
ним пределом — температура его деструкции (разрушения).-
Различают два способа получения сварных соединений термо-
пластов: сварка в струе горячего воздуха и контактный способ.
р I-То—I—г.—
Рис. 7.4. Виды 'швов .при сварке термо-
пластов в струе горячего воздуха:
а — валиковый; б — V-образный; в и г — вна«
хлестку; д — Х-образный; в —в угол

Рис. 7.5. Контактный способ
сварки термопластов:
а —на ус; б —впритык
Сварка в струе горячего воздуха подобна газовой сварке метал-
лов. Материал соединяемых деталей и присадочный пруток размяг-
чают в струе горячего'воздуха ♦ нагретого до 250—270° С, материал
присадочного прутка легко заполняет зазор между деталями, а по-
сле остывания образуется плотный герметичный шов.
В качестве источника теплого воздуха используют сварочный
пистолет, к которому подводится сжатый воздух, подогреваемый
вмонтированным в пистолет электронагревателем. Сварка таким
методом является эффективным и высокопроизводительным спо-
собом соединения термопластов. Сварной шов в сечении может
иметь различный профиль (рис. 7.4).
Контактный способ применяется для соединения органического
стекла, винипласта, полиэтилена, полистирола. Для устройства
сварного шва по одному из вариантов контактного способа места
соприкосновения двух соединяемых деталей срезают на ус с укло-
ном 1:3 — 1:5, совмещают по площади контакта и в таком положе-
нии закрепляют. Затем шов сжимают и нагревают (рис. 7.5, а) [для
органического стекла давление составляет 1 МПа (10 кгс/см2), а
температура нагрева 140—145° С]. Возможна контактная сварка
впритык (рис. 7.5, б). В этом случае давление прикладывается в
плоскости листа и его интенсивность составляет 3—5 МПа (30—
109-
50 кгс/см2), а температура нагрева 180—190°С. Продолжительность
запрессовки составляет 10—15 мин.
Следует, однако, иметь в виду, что прочность сварного шва, как
правило, меньше прочности основного материала. Так, для вини-
пласта это снижение составляет 15—35% при сжатии, растяжении
и изгибе, а при испытании на удельную ударную вязкость прочность
уменьшается на 90%. Поэтому в случаях, когда эта характеристика
является существенной, вместо сварки лучше применить склеива-
ние.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Перечислите достоинства и недостатки клеевых соединений.
2.	Какие пары материалов соединяют с помощью клеевых соединений?
3.	Какие пары материалов соединяют с помощью клееметаллических со-
единений?
4.	Как подразделяются клеи по виду основного полимерного компонента?
5.	Какие клеи относятся к термореактивным?
6.	Какие клеи применяют для склеивания древесины и древесных материалов?
7.	Какими клеями склеивают пластмассы, металлы, асбестоцемент?
8.	Перечислите виды клееметаллических соединений и кратко охарактеризуй-
те каждый вид.
9.	Как различаются по прочности клеевые и клееметаллические соединения?
10.	Какие пластмассы можно соединять с помощью сварки?
Глава 8
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗДАНИЙ
И СООРУЖЕНИЙ
§ 8.1.	Общие сведения
Здания с деревянными несущими конструкциями могут иметь
один или несколько пролетов (рис. 8.1), однако в любом случае по-
крытия этих зданий рекомендуется делать с наружным отводом ат-
мосферной воды. В зданиях можно выделить следующие конструк-
ционные элементы: основные несущие конструкции, ограждающие
конструкции и связи.
Основные несущие конструкции составляют каркас здания. Они
воспринимают и передают на фундаменты действующие на здание
атмосферные (снеговые, ветровые), технологические (от оборудо-
вания, транспорта и т. п.) нагрузки и нагрузки от собственной мас-
сы элементов здания и обеспечивают жесткость здания. Несущие
конструкции могут иметь различные статические схемы. Наиболее
распространенными из числа деревянных несущих конструкций яв-
ляются стержневые конструкции: балки, арки, фермы, рамы, колон-
ны (стойки).
В зависимости от типа ограждающих конструкций элементы
каркаса располагаются по длине с различным шагом, чаще всего от
3 до 6 м. Каркас здания может быть выполнен таким образом, что
110
его стержневые элементы будут передавать нагрузку непосредствен-
но на фундаменты. Такие каркасы делают в виде рам или опира-
ющихся на фундаменты арок. При этом каркас может быть цельно-
деревянным, когда все его элементы выполнены из древесины, или
комбинированным, когда одна часть его элементов сделана из де-
рева, а другая — из стали или железобетона.
Рис. 8.1. Варианты зданий с деревянными несущими конструкциями:
а — однопролетные; б — многопролетные; 1 — деревянная клееная рама; 2 — железобетон-
ные колонны; 3 — клееная металлодеревянная ферма; 4 — кирпичные стены; 5 — клееная
деревянная арка с затяжкой; 6 — стальные стойки; 7 — деревянные клееные балки; 8 —
деревянная клееная стрельчатая арка
В другом варианте каркаса несущие конструкции покрытия в ви-
де балок, ферм, арок с затяжкой могут опираться на стены, которые
выполняют в этом случае одновременно ограждающие и несущие
функции и передают нагрузки на фундамент. Несущие конструкции
каркаса могут быть цельнодеревянными или металлодеревянными.
При специальном обосновании (например, в условиях химической
агрессии) элементы несущих конструкций могут быть сделаны из
высокопрочных конструкционных пластмасс (стеклопластиков).
Наряду с такими распространенными элементами каркаса, как
балки, арки, фермы, рамы для покрытия зданий могут быть изготов-
лены оболочки из дерева или пластмасс.
Ограждающие конструкции покрытий и стен выполняют в виде
настилов (из досок и панелей) и прогонов. Эти конструкционные
элементы обеспечивают вместе с кровлей и утеплителем требуемую
теплогидро-, паро- и звукоизоляцию; воспринимают атмосферные
(снеговые и ветровые) нагрузки, нагрузки от собственной массы и
передают их на основные несущие конструкции, в некоторых слу-
чаях они могут быть одновременно и составным элементом основ-
ных несущих конструкций (как, например, в оболочках); входят в со-
став связей, располагаемых по наружному контуру (или наружным
поясам) несущих конструкций каркаса (см. § 8.3).
Связи являются важным элементом здания, обеспечивающим
устойчивость: здания в целом при действии нагрузок вдоль его оси
111
(ветер, продольные торможения кранов и т. п.); отдельных сжатых
элементов конструкций (за счет уменьшения их расчетной длины);
несущих конструкций покрытия (ферм, арок, балок) в процессе воз-
ведения и эксплуатации здания, а также распределения сосредото.-
ченных нагрузок на соседние несущие конструкции каркаса.
Связи выполняют из деревянных или стальных стержней, соеди-
няющих смежные несущие конструкции каркаса и составляющие
вместе с ними геометрически не изменяемую пространственную си-
стему.
Конструкции сооружений различного назначения (мосты, баш-
ни, мачты и др.) могут быть выполнены из дерева, а также из высо-
копрочных стеклопластиков.
§ 8.2.	Нагрузки
На несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений
чаще всего действуют следующие нагрузки: постоянные от собствен-
ной массы; атмосферные (масса снегового покрова и ветровое дав-
ление) ; технологические; монтажные.
Постоянную нагрузку от ограждающих конструкций покры-
тий и стен подсчитывают (Н/м2) путем суммирования массы гидро-
изоляции, утеплителя, настилов и других элементов ограждения.
Для получения расчетной постоянной нагрузки gbr каждое слага-
емое этой суммы умножают на соответствующий коэффициент пе-
регрузки п (см. СНиП И-6—74 «Нагрузки и воздействия»):
. £ог = £^1+£2П2 + £зЛз + гХ-	(8.1)
При расчете панелей постоянную нагрузку от собственной мас-
сы удобнее выражать в кН, отнесенных к 1 м пролета панелей, и
тогда ее принимают равной gorb, кН/м, где b — ширина панели.
Действующая на несущую конструкцию постоянная нагрузка
(кН/м) слагается из ее собственной массы gK и массы всех опира-
ющихся на нее ограждающих конструкций:
g=g”n-\-gorB,	(8.2)
где В — шаг несущих конструкций, м.
К постоянным нагрузкам относят также массу монорельсов, под-
крановых балок и других элементов, которая прикладывается к не-
сущей конструкции в виде сосредоточенных сил б=Онп.
Для приближенного определения нагрузки от собственной мас-
сы несущих конструкций gKH можно воспользоваться формулой
°	1000/(*с.в I) - 1
где рн — временная нагрузка (снеговая, технологическая и т. п.);
&с.в — коэффициент нагрузки от собственной массы, зависящий от
типа конструкции; I — пролет конструкций, м.
112
Значение gKB в формуле (8.3) будем иметь ту же размерность,
что и вводимые в расчет величины gHor и рн (кН/м2; кН/м).
Нагрузка от собственной массы g принимается, как правило, рав-
номерно распределенной по пролету конструкции, хотя действитель-
ное распределение массы может несколько отличаться от равномер-
ного. При существенном отклонении характера распределения на-
грузки g от равномерного, особенно в сторону уменьшения запаса
несущей способности конструкции, статический расчет следует про-
изводить с учетом действительного распределения нагрузки.
Снеговая нагрузка задается в кН/м2 горизонтальной проекции
покрытия. Нормативную и расчетную снеговую нагрузки вычисля-
ют соответственно по формулам
рг=р<£-,	(8.4)
р=!Гп,	(8.5)
где ро — нагрузка от снегового покрова горизонтальной поверхности
земли, принимаемая в зависимости от района СССР, кН/м2; с — ко-
эффициент перехода от нагрузки снегового покрова на горизонталь-
ной поверхности земли к нагрузке на покрытие, зависящей от про-
филя покрытия; п — коэффициент перегрузки, значения которого в
зависимости от отношения нормативной нагрузки от собственной
массы покрытия к нормативной „нагрузке от массы снегового покро-
ва принимают от 1,4 до 1,6. Значения ро, с и п принимают по СНиП
П-6—74.
Статический расчет большинства несущих конструкций (ферм,
арок, рам,' оболочек) производят для случаев, когда снеговая на-
грузка расположена не только по всему пролету конструкции, но и
на половине или на четвертях пролета (если такое расположение
снеговой нагрузки вызывает во всей конструкции или в отдельных
ее' элементах менее благоприятные усилия, чем с нагрузкой по все-
му пролету).
Ветровая нагрузка (кН/м2) принимается нормальной к поверх-
ности здания и сооружения или отдельных их частей. Ветровая на-
грузка имеет две составляющие: статическую и динамическую. Для
зданий высотой до 36 м учитывают лишь статическую составля-
ющую, нормативное и расчетное значение которой вычисляют по
формулам
q*=qokc;	(8.6)
q=qGkcn,	(8.7)
где qo — нормативный скоростной напор, принимаемый в зависимо-
сти от района СССР, кН/м2; k — коэффициент увеличения скорост-
ного напора ветра в зависимости от высоты здания и сооружения
над поверхностью земли и от характера местности; с — аэродинами-
ческий коэффициент, зависящий от профиля сооружения и профиля
сечений элементов; п — коэффициент перегрузки (п=1, 2). Значе-
ние qo, с и k принимают по СНиП П-6—74 «Нагрузки и воздейст-
вия». .
из
Технологические нагрузки принимают в зависимости от назна-
чения здания. К ним относятся и нагрузки от мостовых кранов и
подвесного транспорта, прилагаемые в виде сосредоточенных
сил.
Монтажные нагрузки — это нагрузки, прилагаемые к конструк-
ции при ее подъеме, транспортировании и установке в проектное по-
ложение. Они определяются прежде всего собственным весом кон-
струкций (или монтажной единицы).
К монтажным относятся также кратковременные сосредоточен-
ные вертикальные нагрузки Р (от рабочего с инструментом), при-
кладываемые к покрытиям (настилам, панелям) и перекрытиям
зданий. Для покрытий, террас и чердачных перекрытий Р=Рни=
= 100-1,2=1,20 кН (120 кгс), а для перекрытий зданий Р = 1,50Х
X 1,2=1,80 кН (180 кгс). При расчете на действие нагрузки Р дру-
гие временные нагрузки не учитываются.	*
При одновременном действии нескольких временных нагрузок усилия от них
принимаются с коэффициентом сочетания пс (см. § 4.2), а в случаях, когда
длительные нагрузки составляют 80% полной нагрузки и более, расчетные харак-
теристики древесины умножают на понижающий коэффициент тъ (см. § 4.4).
Кроме того, учитывая чувствительность древесины к воздействию температуры
и влажности, влияющих на прочность, деформативность « вероятность загнива-
ния. Строительные нормы и правила устанавливают для различных зданий й со-
оружений в зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации
10 групп деревянных конструкций. По принадлежности к той или иной
группе конструкций устанавливаются значения коэффициента условия работы
тв. При расчете конструкций зданий и сооружений на этот коэффициент умно-
жают расчетные сопротивления и модуль упругости Е древесины и фанеры.
Кроме того, если установившаяся температура воздуха в производственном
помещении колеблется в пределах от 35 до 50° С, то расчетные сопротивления
и модуль упругости древесины и фанеры для всех групп конструкций дополнитель-
но снижают путем умножения на коэффициент 0,8. Не рекомендуется применять
фанеру в клееных конструкциях групп Г1, Г2, Д1 и Д2, находящихся в наиболее
тяжелых влажностных условиях эксплуатации. В клееных конструкциях групп
В, Г1, Г2, Д1, Д2 должна применяться только антисептированная древесина.
§ 8.3.	Связи
Связи бывают скатные (наклонные), вертикальные и горизон-
тальные. В зданиях, каркао которых выполнен из деревянных кон-
струкций, применяют два основных вида связей: а)_связевые фермы,
располагаемые вертикально, наклонно или горизонтально, по-
перётГздания по наружным поясам (или наружному контуру) несу-
щих конструкций; в сочетании со связевыми фермами применяют
продольные связи в виде элементов ограждающих конструкций
(прогоны, настилы, панели); б) продольные (вертикальные или на-
клонные) связи, плоскость которых располагается перпендикулярно
плоскости несущих конструкций; эти связи закрепляют нижние по-
яса (или внутреннюю кромку) несущих конструкций.
Связевые фермы, располагаемые по наружным поясам (скат-
ные и вертикальные) конструкций (см. рис. 8.3), соединяют ригели
двух соседних рам и их стойки в пространственный блок, способный
114
воспринимать нагрузки, направленные перпендикулярно плоскости
основных несущих конструкций. Поясами их являются верхние по-
яса ригелей (ферм, клеефанерных балок и т. п.) или все сечение
несущих конструкций (дощатоклееных арок, рам, стоек). Решетка
связевых ферм может быть деревянной раскосной или перекрестной
из стальных тяжей. Эти связи воспринимают ветровые и техноло-
гические нагрузки, направленные вдоль здания (ветер, продольное
торможение кранов); обеспечивают устойчивость из плоскости на-
ружных поясов (или кромок) стоек и ригелей каркаса и обеспечи-
вает устойчивость каркаса в процессе его монтажа.
Роль стоек в решетке связевых ферм выполняют прогоны или
панели. Связевые фермы устанавливают с интервалом не более
30 м, но не менее двух на здание. Связевые фермы у торцов здания
Рис. 8.2. Связи по внешнему контуру каркаса здания:
а — схема связей; б — расчетная схема скатной связевой фермы ригелей; в — то же, верти-
кальной фермы стоек; 1 — стойки торца; 2 — прогойы покрытия; 3 — связевые брусья; 4 —
связевые фермы ригеля; 5 — связевые фермы стоек; 6 — стальные тяжи; Р — горизонтальные
силы; О — грузовые площади торца
могут не устанавливаться, если торцовые стены в состоянии само-
стоятельно воспринять горизонтальные нагрузки.
Связями закрепляют две крайние точки несущих конструкций
каркаса и одну или несколько промежуточный точек. Такое распо-
ложение связей позволяет повысить устойчивость из плоскости сжа-
тых и сжато-изгибаемых элементов несущих конструкций за счет
уменьшения их расчетной длины, которая принимается равной рас-
стоянию между узлами связевых ферм.
Расчет связевых ферм производят на горизонтальные нагрузки,
которые складываются из внешних горизонтальных нагрузок( вет-
ра, тормозных усилий кранов и т. п.) и дополнительных усилий, воз-
никающих в элементах конструкций от вертикальной нагрузки
вследствие возможных несовершенств фермы (отклонения от вер-»
тикали, погнутости и других дефектов).
115
Внешние горизонтальные нагрузки распределяются поровну
между всеми связевымй фермами и торцовыми стенами здания. На-
пример, при действии ветровой нагрузки на здание, показанное на
рис. 8.2 и имеющее по всей длине, равной В(п—1), три связевые
фермы, нагрузки р\, рг, ..., рп, приходящиеся на каждый узел вет-
ровой фермы, собирают по соответствующим грузовым площадям
£21, Й2, ..., £2П с обоих торцов здания и делят на число связевых
ферм (две).
Усилия, возникающие в элементах связевой фермы вследствие
возможных несовершенств фермы, вычисляют от действия условной
горизонтальной нагрузки, которую определяют по формуле
,	(8.8)
где а — коэффициент, принимаемый равным: 0,03 — для ферм, од-
нопролетных балок, пологих арок (f/l< 1/6); 0,015 — для трехшар-
нирных рам и высоких арок (///>1/3); q — расчетная равномерно
распределенная вертикальная нагрузка на 1 м горизонтальной про-
екции несущей конструкции, кН/м; п — число несущих конструк-
ций на всю длину здания (в одном его пролете); t — число связе-
вых ферм и торцовых несущих стен на всю длину здания.
Узловую нагрузку q2i ..., qn определяют как произведение
горизонтальной нагрузки qc на длину горизонтальной проекции па-
нели связевой фермы. Таким образом, для связевой фермы суммар-
ная горизонтальная узловая нагрузка равна Pi=0,9(pi+gi), где
0,9 — коэффициент сочетания.
Связевые фермы рассчитывают как обычные фермы, принимая
их пролет равным развертке поясов несущих конструкций (//cos а
и /с. на рис. 8.2), Если решетка принята деревянной раскосной, то
раскосы и стойки решетки фермы рассчитывают на растяжение или
сжатие. Если же решетка принята перекрестной из стальных тяжей,
то сжатые раскосы (на рис. 8.2, б показаны пунктиром) из расчета
исключаются. Пояса связевых ферм, являющиеся одновременно эле-
ментами несущих конструкций, рассчитывают на совместное дейст-
вие усилий от вертикальной и горизонтальной нагрузок.
Продольные вертикальные и наклонные связи устраивают в
коньковых шарнирах трехшарнирных арок, а также в арках и ра-
мах, если их внутренняя сжатая кромка не обеспечена от потери ус-
тойчивости без устройства продольных связей. Кроме того, продоль-
ные связи применяют в шпренгельных системах и в фермах, когда
растянутый нижний пояс расположен ниже линии опор, и при на-
личии горизонтальной нагрузки, приложенной к нижнему поясу
перпендикулярно плоскости фермы. Продольные связи соединяют
несущие конструкции попарно и устанавливают с интервалом, рав-
ным шагу несущих конструкций (рис. 8.3).
Шаг продольных связей при арках и рамах определяют из усло-
вия обеспечения их устойчивости. При установке в карнизных уз-
лах рам и в арках продольные связи рассчитывают на горизонталь-
ную нагрузку
116
о)
Рис. 8.3. Продольные наклонные связи внутренней сжатой кромки арки:
а — расположение связей; б <— расчетная схема связевой фермы; 1 — арка; 2 — связевые
фермы
A-а
Р=0,015ф$с,
(8.9)
где q— нагрузка (см. формулу (8.8)]; Sc — горизонтальная проек-
ция шага продольных связей. Усилие Р по формулам (8.9) и (8.10)
при расчете поперечных связевых ферм не учитываются.
§ 8.4.	Торцовый фахверк
Торцовый фахверк является, несущим элементом торцовой стены
здания. Фахверк выполняется в виде отдельных вертикальных сто-
ек, внизу опирающихся на собственный фундамент, а сверху примы-
кающих к элементам покрытия. К фахверку крепятся ограждающие
конструкции стены в виде панелей или системы прогонов и обшивок.
В некоторых случаях, кроме стенового ограждения, на торцовый
фахверк могут опираться и ограждающие конструкции покрытия
(прогоны, панели).
Таким образом, фахверк несет вертикальную нагрузку от собст-
венной массы ограждающих конструкций торцовой стены, горизон-
тальную ветровую нагрузку, а в указанном выше случае еще и на-
грузку от части покрытия, включая массу снега. При высоте до 6—
6,5 м стойки фахверка могут быть выполнены из брусьев, при боль-
шей высоте их делают деревянными клееными или решетчатыми.
Расчет стоек фахверка производят, как сжато-изогнутых элемен-
тов, в которых изгибающий момент вызван горизонтальной нагруз-
кой, а продольная сила — нагрузкой от собственной массы стойки,
стенового ограждения и части покрытия. Изгибающий момент мо-
жет быть вычислен, как в однопролетной балке с шарнирными опо-
рами [например, для центральной стойки, показанной на рис. 8.2, а,
Л1=0,125<7в/12» где ^в=0,25 ql, a q вычислено по формуле (8.7)].
117
Узел опирания стойки на фундамент рассчитывают на смятие
торца стойки и материала фундамента от продольной сжимающей
силы. Поперечная сила Q=0,5 q3l\ воспринимается болтами, через
которые она передается на стальные элементы и фундамент (см.
рис. 14.6, а).
Узел примыкания элементов фахверка к покрытию в случаях,
когда фахверк рассчитан на восприятие нагрузки от покрытия, ре-
шается путем опирания прогонов или панелей на верхнюю горизон-
тальную обвязку фахверка и надежного скрепления элементов по-
крытия и фахверка.
Если по крайним осям здания нагрузка от покрытия восприни-
мается ригелем, то верхний узел опирания стоек должен допускать
свободное вертикальное перемещение ригеля относительно фахвер-
ка, с тем чтобы нагрузка от ригеля не передавалась на стойки фах-
верка, а горизонтальная реакция стойки могла быть воспринята
ветровой фермой. В обоих случаях верхний узел опирания стойки
фахверка должен располагаться в плоскости связевых ферм покры-
тия так, чтобы силы Р\, Р2 были приложены к связевой ферме в ее
узлах и в одной с ней плоскости.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Перечислите наиболее распространенные несущие конструкции из дерева.
2.	Назовите виды ограждающих конструкций из дерева и пластмасс.
3.	Какова роль и назначение связей в здании?
4.	Перечислите основные нагрузки, которые могут действовать на здание.
5.	На какие группы подразделяются деревянные конструкции в зависимости
от температурно-влажностных условий эксплуатации?
6.	Каково назначение связей, располагаемых по наружному контуру здания?
7.	Как производится расчет связевой фермы?
8.	Каково назначение продольных связей и в каких случаях их необходимо
ставить?
9.	Какие нагрузки воспринимают стойки торцового фахверка? ’
Глава 9
ДЕРЕВЯННЫЕ НАСТИЛЫ
§9.1. Настилы покрытий
Настилы являются несущими элементами ограждающих дере-
вянных покрытий. На их изготовление расходуется большая часть —
до 70% древесины,* используемой при сооружении деревянных по-
крытий в целом. Экономное проектирование настилов во многом оп-
ределяет экономическую эффективность покрытий в целом. Насти-
лы служат основанием водо- и теплоизоляционных слоев покрытия.
Они принимают участие в обеспечении устойчивости основных не-
сущих конструкций каркаса и восприятии ветровых нагрузок. На-
стилы являются менее ответственными конструкциями, чем основ-
ные, их местные дефекты не угрожают прочности здания в целом,
118
поэтому они могут изготовляться из древесины пониженного каче-
ства, соответствующего элементам III категории.
Настилы по типам подразделяют на дощатые сплошные, доща-
тые разреженные, клеефанерные ребристые обшивкой вверх, ребри-
стые обшивкой вниз и коробчатые. Выбор типа настила зависит от
типа водоизоляционного ковра, утеплителя и условий его изготов-
ления. Дощатые настилы изготовляют в построенных условиях.
Клеефанерные настилы собирают из
крупных клеефанерных плит или
панелей заводского изготовления.
При рулонной кровле в неутеп-
ленных покрытиях применяют спло-
шные дощатые настилы (рис. 9.1)
и настилы из ребристых клеефанер-
ных панелей обшивкой вверх, обра-
зующие для нее необходимое сплош-
ное основание. В утепленных покры-
тиях поверх этих настилов уклады-
вают твердый плитный утеплитель,
непосредственно по которому, или по
выравнивающему слою, наклеивают
рулонный ковер. Коробчатые клее-
фанерные настилы применяют при
рулонной кровле, в сочетании с мяг-
ким утеплителем, укладываемым в
полости клеефанерных панелей.
При чешуйчатой кровле из ас-
бестоцементных или стеклопласти-
ковых волнистых листов в неутеп-
ленных покрытиях применяют раз-
Рис. 9.1. Варианты деревянных
настилов покрытий:
а — uqjh холодную рулонную кровлю;
б — под рулонную утепленную кровлю;
в — под холодную асбестоцементную
кровлю; г — под утепленную асбесто-
цементную кровлю; 1 — рулонная кров-
ля; 2 — утеплитель; 3 — настил; 4 — ас-
бестоцементная кровля; 5 — обрешетка
реженные-дощатые настилы (обре-
шетки) и настилы из ребристых
клеефанерных панелей обшивками
вниз. В утепленных покрытиях при-
меняют такие же панели и сплошные
дощатые настилы с брусками по-
верх. Между ребрами и брусками укладывают мягкий или жесткий
утеплитель. Волнистые лйсты имеют повышенную против плоских
изгибную прочность и жесткость -и укладываются на отдельные реб-
ра или бруски настилов. Например, обыкновенные волнистые асбе-
стоцементные листы марки ВО могут укладываться на отдельные
бруски при расстоянии между ними до 50 см. Чешуйчатая кровля
является паропроницаемой благодаря неплотностям стыков, что
обеспечивает проветривание полостей под ней и высыхание древе-
сины в процессе эксплуатации, предохраняя ее от загнивания.
Разреженные настилы служат также основанием черепичной кров-
ли, отличающейся долговечностью, но имеющей большую массу,
ограничивающую ее применение. Могут они применяться также
при кровле из стальных или алюминиевых листов.
119
Рис. 9.2. Разреженный настил (обрешетка):
1 —доски; 2 —гвозди
Рис. 9.3. Щит двойного перекрестного на-
стила:
1 — косой защитный настил; 2 — рабочий, настил;
3 — гвозди
Рис. 9.4. Щит одиночного сплошного на-
стила:
/ — доски настила; 2— раскосы; 3 — поперечины;
4 — гвозди
Дощатые настилы изго-
товляют из досок на гвоздях
и укладывают на прогоны
или основные несущие кон-
струкции покрытий при рас-
стоянии между ними не бо-
лее 3 м. Рабочие доски на-
стилов должны ’иметь длину,
достаточную для опирания
их не менее чем на три опо-
ры для увеличения их изгиб-
ной жесткости по сравнению
с однопролетным опирани-
ем. Основными типами до-
щатых настилов являются
разреженный и двойной пе-
рекрестный.
Разреженный нас-
тил (рис. 9.2), называемый
также обрешеткой, пред-
ставляет собой несплошной
ряд досок, уложенных с ша-
гом, определяемым типом
кровли и расчетом. Зазоры
между кромками досок для
их лучшего проветривания
должны быть не менее 2 см.
Для ускорения сборки этот
настил целесообразно соби-
рать из заранее изготовлен-
ных щитов, соединенных
снизу поперечинами и рас-
косами, с габаритными раз-
мерами, увязанными с рас-
становкой опорных конст-
рукций с учетом- условий
транспортирования.
Двойной перекрест-
ный настил (рис. 9.3)
состоит из двух слоев —<
нижнего рабочего и верхнего
защитного. Рабочий настил
представляет собой , разре-
женный или сплошной ряд
более толстых досок и несет
на себе все нагрузки, дейст-
вующие -на покрытие. За-
щитный настил представля-
ет собой сплошной ряд ДО-
120
сок минимальной толщиной 16 мм и шириной 100 мм. Их уклады-
вают на рабочий настил под углом 45—60° и крепят к нему гвоздя-
ми. Защитный настил образует необходимую сплошную поверх-
ность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распре-
деляет сосредоточенные нагрузки на полосу рабочего настила
шириной 50 см и защищает кровельный ковер от разрывов при
короблении и растрескивании более толстых и широких досок
рабочего настила. Двойной перекрестный настил имеет значитель-
ную жесткость в своей плоскости и служит надежной связью между
прогонами и основными несущими конструкциями покрытия. Этот
настил тоже целесообразно собирать из заранее изготовленных
крупных щитов (рис. 9.3).
Применяют также настилы из сплошных однослойных щитов, со-
единенных снизу раскосами и поперечинами, имеющие меньшую
жесткость, чем двойные.
llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll
(g+p)cos2cc
llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll
p
Ч~9+Р
,|Щ1||||||||||Ц1Р1
в
llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll
&
0,431 .Pcoscc
100
КвИИМЮИИ’М'ИИИ
Рис. 9.5. Расчетные схемы настилов:
а — схема действия нагрузок; б — статические схемы; в — схемы действия сосредоточен-
ных грузов; 1 — первое сочетание нагрузок; 2 — второе сочетание нагрузок
iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiuiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii


Расчет дощатых настилов (рис. 9.5) производят по
прочности и прогибам при изгибе на действие расчетных и норма-
тивных нагрузок — постоянной от собственной массы покрытия
g (кН/м2) и временных — от массы снега р (кН/м2) и человека с гру-
зом Р (кН), определенных с учетом формы покрытия и коэффици-
ентов перегрузки.
121
Нагрузку от собственной массы g удобно считать равномерно
распределенной по площади проекции покрытия. Для этого ее дей-
ствительное значение при угле наклона покрытия а делится на
cos а. Сосредоточенная нагрузка от массы человека с грузом имеет
величины нормативную Рн=1 кН и расчетную Р=1,2 кН. Ветровая
нагрузка, действующая кратковременно и, как правило, в направ-
лении, противоположном действию основных нагрузок, при расчете
настилов в большинстве случаев не учитывается.
Нагрузки, действующие на настил, имеющий угол наклона а, при
расчете раскладывают на составляющие, нормальные к его плоско-'
сти, и скатные, действующие в плоскости. Нагрузки не раскладыва-
ют только в коньке сводчатых покрытий, где угол наклона а=0.
Настилы рассчитывают на два сочетания нагрузок — первое и
второе.
На первое сочетание нагрузок от собственной массы и массы
снега — ?х= (g+p) cos2 а и qv= (g+p) cos а sin а — настил рассчи-
тывают по прочности от их расчетных значений при повышенном
расчетном сопротивлении изгибу 7?и= 13-1,15 = 15 МПа
(150 кгс/см2), чем учитывается малая вероятность общего разруше-
ния настила. По прогибам его рассчитывают на нормативные зна-
чения нагрузок с учетом предельного прогиба, равного Viso пролета.
На второе сочетание нагрузок от собственной массы и. массы че-
ловека с грузом — gx—g cos2 a, gy=g cos а sin а, Px=Pcosa— на-
стил рассчитывают по прочности при еще более повышенном расчет-
ном сопротивлении изгибу 7?и= 13-1,15-1,2 = 18 МПа (180 кгс/см2),
учитывая кратковременность действия нагрузки от массы человека.
По этой же причине при втором сочетании нагрузок настил по про-
гибам не рассчитывают.
Расчетная схема дощатого настила представляет собой двухпро-
летную неразрезную балку с равными пролетами /. Снеговая нагруз-
ка р считается расположенной на обоих пролетах. Сосредоточенный
груз Р располагается в одном пролете на расстоянии 0,43 I от край-
ней опоры. Максимальные изгибающие моменты, возникающие при
первом сочетании нагрузок над средней 'опорой и при втором под
сосредоточенным грузом, определяют по формулам
= qxp .	_ 0,07^2+0,2 \PJ.
О
Наибольший относительный прогиб настила определяют по фор-
муле
/ z 2,13
I 384 El ’
В некоторых случаях применяют настилы с однопролетной схе-
мой, а также с числом пролетов более двух.
Расчет разреженного настила производят на косой изгиб по фор-
мулам (5.8) и (5.9). Расчетную ширину настила принимают равной
шагу расстановки досок с учетом сечения одной доски или равной
1 м с учетом всех досок на этой ширине. Сосредоточенный Р = 1,2 кН
122
груз считается приложенным к каждой доске полностью при шаге
досок более 15 см, а при шаге менее 15 см к каждой доске прикла-
дывается 0,5 Р.
Двойной перекрестный настил рассчитывают на изгиб только ра-
бочего настила и только от нормальных составляющих нагрузок, по-
скольку скатные составляющие воспринимаются с помощью защит-
ного настила. Расчетная ширина настила принимается равной 1 м
с учетом всех входящих в нее досок, количество которых при шаге
а равно п=1/а. Сосредоточенные грузы распределяются здесь на
ширину 0,5 м и поэтому в расчетную ширину входят удвоенной ве-
личины Рх=2,4 cos а кН. При подборе сечения настила удобно за-
даваться сечением досок Ыг, затем определять требуемый момент
сопротивления 1Гтр, требуемую общую ширину досок В и затем шаг
их расстановки (м) а=Ь1В.	'
Соединительные гвозди слоев настила или настила с раскосами
в большинстве случаев работают с большими запасами прочности.
При больших уклонах и нагрузках их рассчитывают на скатные со-
ставляющие нагрузок по условной схеме балки, образованной дву-
мя соседними прогонами и настилом. При этом усилие в опорных
наклонных досках при угле наклона р, шаге а и пролете I прогонов
равно
Af=(g-|“/О cos a sin а-а— . —< >
2 cos р
Пример 9.1. Подобрать сечение щитов двойного перекрестного настила утеп-
ленной рулонной кровли, имеющей уклон 1 :4. Щиты длиной 3 м укладывают на
прогоны, поставленные с шагом 1,5 м. На настил действуют следующие норматив-
ные и расчетные нагрузки, отнесенные условно к проекции покрытия:
от собственной массы gH=0,75 кН/м2, g=0,85 кН/м2;
от массы снега рн = 1,5 кН/м2, р=2,35 кН/м2;
от массы человека с грузом Р=1,2 кН.
Решение. Защитный настил принимаем без расчета из досок сечением
100X16 мм, расположенных под углом 45° к доскам рабочего настила.
Расчет рабочего настила. Расчетная схема — двухпролетная балка с пролета-
ми /=1,5 м; расчетная ширина полосы настила 1 м.
Угол наклона tga=l : 4=0,25; a=14°; cos a=0,97.
Подбор сечения при первом сочетании нагрузок. Нормальные составляющие
нагрузок qx = (g+p)cos2 a = (0,85+2,35) • 0,972=30 кН/м2. Расчетное сопротивле-
ние изгибу 7?и=13’1,15=15 МПа (150 кгс/см2). Изгибающий момент расчетный
ах12	3,0-1,52
Л41= -^—= -	=0,85 кН-м = 0,00085 МН-м.
8	8
Требуемый момент сопротивления 1Г=Л11//?И=85-10-Б/15=57-10-7 м\
Принимаем доски сечением ЬЛ=0,1Х0,025 м.
Требуемая общая ширина досок
6Гтр 6-57-10-6
то = ----’ =0,55 м.
ф Л2 0,0252
Шаг расстановки досок а=bjB=0,10/0,55=0,18 м.
Проверка прочности настила при втором сочетании нагрузок.
Нормальные составляющие нагрузок qx=g cos2 a=0,85-0,972=0,8 кН/м, Рж =
=2Р cos а=2-1,2-0,97=2,33 кН.
Расчетное сопротивление изгибу 7?и=13-1,15-1,2 = 18 МПа.
123
Изгибающий момент Af=0,07gxZ2+21Px=0,07-0,80- 1,52+0,21 -2,33-1,5=
=0,86 кН-м=86-10~б.
Напряжение а=Л4/1Гф=86’10"Б/57-10“б=15,1 МПа<7?и.
Проверка прогиба при первом сочетании нормативных нагрузок,
q* =*= (£н + Рн) cos2a = (0,75 + 1,5)0,972 = 2,12 кН/м.
Момент инерции
Ь№ 0,55-0,0253
12 “	12
= 71-10-7 М4 (71 см4).
Модуль упругости £=10000 МПа (100000 кгс/см2).
Относительный прогиб
f _ 2,13	Q*1*	2,13	2,12-1,53________1	’ _J_
I “ 384	’ EJ	384	’ 10000-71-10-7	“ 178	< 150.’
§ 9.2. Клеефанерные настилы
Клеефанерные настилы покрытий собираются из крупных клее-
фанерных плит или панелей заводского изготовления и отвечают
условиям сборного строительства. Они имеют длину 3—6 м, ширину
1—1,5 м, соответствующую размерам фанерных листов, и уклады-
ваются непосредственно на основные несущие конструкции покры-
тий. Панели состоят из дощатого каркаса и фанерных обшивок, со-
единенных клеем (рис. 9.6).
Клеефанерные панели выполняют функции настила, прогонов,
водо- и пароизоляции. Они характеризуются малой массой при зна-
чительной несущей способности благодаря расположению основных
несущих элементов — обшивок — в зонах действия максимальных
нормальных напряжений при изгибе. В своей плоскости они имеют
большую жесткость. Поверхности панелей, обращенные внутрь по-
мещений, покрывают огнезащитными составами для повышения их
степени огнестойкости. Каркас панелей состоит, из продольных и по-
перечных досок — ребер, которые могут быть также клееными тол-
щиной не менее 32 мм. Продольные, рабочие, сплошные по длине
ребра ставятся на расстоянии не более 50 см друг от друга из усло-
вий работы обшивок на изгиб от сосредоточенных грузов. Попереч-
ные ребра жесткости ставятся на расстоянии не более 1,5 м, как
правило в местах расположения стыков фанеры, и прерываются в
местах пересечений с продольными ребрами.
Обшивка панелей состоит из листов фанеры повышенной водо-
стойкости марки ФСФ, толщиной не менее 8 мм, состыкованных по
длине усовыми соединениями. Обшивки склеиваются с каркасом в
таком положении, при котором направления наружных волокон фа-
неры и древесины продольных ребер совпадают для того, чтобы фа-
нера работала в направлении своей большей прочности и жест-
кости.
Клеефанерные панели опираются на основные несущие конст-
рукции при ширине опорных площадок не менее 5 см. Их прикреп-
124
ляют к опорам и соединяют кромками между собой шурупами или
гвоздями для обеспечения их совместных прогибов при нагружении.
Панели подразделяют на коробчатые, ребристые обшивкой вверх и
ребристые обшивкой вниз.
Коробчатую клеефанерную панель применяют в утепленных по-
крытиях с рулонной кровлей и гладким потолком. Она имеет дву-
сторонние обшивки, образующие вместе с ребрами ряд полостей, в
Рис. 9.6. Клеефанерные плиты или панели настила:
• — конструкция; б —расчетные схемы; 1 — коробчатая; 2 —ребристая; обшивкой вверх; 3—•
ребристая обшивкой вниз; 4 — клей; 5 — утеплитель; 6 — пароизоляция; 7 — осушающий про-
дух; 8 — фанерная обшивка; 9 — продольные ребра; 10 — поперечные ребра
которые по слою пароизоляции укладывают утеплитель. Полости
всех панелей настила соединяются отверстиями в единую вентили-
руемую прослойку, сообщающуюся с наружным воздухом в карни-
зах и коньке покрытия, которая обеспечивает осушающий режим
работы настила. Первый нижний слой рулонного ковра наклеивают
на верхнюю обшивку при изготовлении для предохранения панели
от увлажнения при транспортировании и монтаже, а верхние
слои — после сборки покрытия.
Ребристую клеефанерную панель обшивкой вверх применяют в
холодных и утепленных покрытиях с рулонной кровлей без гладко-
го потолка. Она имеет только одну верхнюю обшивку, поверх кото-
рой укладывают утеплитель и рулонный ковер.
125
Ребристую клеефанерную панель обшивкой вниз применяют
в утепленных и холодных покрытиях с кровлей из волнистых асбе-
стоцементных листов. Она имеет только одну нижнюю обшивку.
Листы кровли укладывают по продольным ребрам, а утеплитель
размещают по обшивке между ребрами.
Расчет клеефанерных плит или панелей производят по прочно-
сти и прогибам при изгибе по схеме однопролетной свободно опер-
той балки на нормальные составляющие нагрузок от собственной
массы gXf и снега рх, отнесенные к их полной ширине. От суммы
этих двух нагрузок определяют изгибающие моменты, поперечные
силы и максимальные прогибы. На местный изгиб между продоль-
ными ребрами обшивку рассчитывают на нормальную составляю-
щую сосредоточенного груза от массы человека Рх, условно рас-
пределенную на ширине 1 м, по схеме балки пролетом а, жестко
заделанной на опорах, где фанера приклеена к ребрам. Макси-
мальный изгибающий момент при этом равен M$=Pxa/8.
Фанерные обшивки и продольные ребра каркаса работают на из-
гиб совместно благодаря жесткости клеевых соединений. Сечение
коробчатой панели считается условно двутавровым/а ребристых —
тавровым полкой вверх или вниз. При этом ширина стенки равна
сумме ширин ребер, а расчетная ширина обшивок b принимается
равной 0,9 ширины панели, учитывая концентрацию напряжений в
них в зоне соединений с ребрами.
Геометрические характеристики сечений панели определяют с
учетом различных величин модулей упругости древесины £д и фат
неры Еф вдоль волокон. Коэффициенты приведения сечения к фане-
ре и древесине при этом равны: Пф=£д/Еф=10 000/8500= 1,18;
пд=Еф/Ед= 8500/10 000=0,85. Расстояние нейтральной оси от
кромки фанерной обшивки в коробчатой панели равно половине вы-
соты сечения, а в ребристых определяется с учетом приведенных
значений площади сечения и статического момента относительно
кромки обшивки из выражений
•^Ф "F *^дЛф
Рф + РдПф
Приведенные к фанере и древесине моменты инерции сечений оп-
ределяют из выражений /пр.ф=/ф+/дПф; /пр.д=Л+^Флд-
Приведенные к фанере и древесине моменты сопротивления се-
чений определяют из выражений
Wпр.ф =/ пр.ф/^ф! Wпр.д = «/пр.д/(Л — 2^ф).
Статический момент обшивки толщиной б относительно оси
равен
5=й8(2гф-0,58).
При расчете клеефанерной панели производят шесть проверок.
126
Проверку верхней обшивки на сжатие и устойчивость при изгибе
производят по формуле
G =*=
м
^пр.ф Тф
/?ф.С,
где расчетное сопротивление фанеры сжатию вдоль наружных во-
локон равно /?ф.с=10 МПа *(100 кгс/см2), а коэффициент устойчи-
вости фанеры фф определяют в зависимости от ее толщины б и рас-
стояния между продольными ребрами а из выражений
<Рф=1250/(а/8)2 при а/8^>50 и <рф = 1 — (а/8)2/5000 при а/8<;50.
Проверку нижней обшивки на расстояние при изгибе производят
по формуле
*^пр. ф^Ф
где расчетное сопротивление фанеры растяжению вдоль наружных
волокон равно /?ф.р=13 МПа (130 кгс/см2), а коэффициент &ф=
=0,6 учитывает ослабление сечения обшивки усовыми соединения-
ми листов фанеры.
Обшивку проверяют на местный изгиб между продольными рёб-
рами от сосредоточенного груза. При этом расчетное сопротивление
фанеры поперек наружных волокон принимается с учетом коэффи-
циентов, вводимых при расчете настилов, равным /?ф.и=5-1,15Х
X 1,2 =6,9 МПа (69 кгс/см2), а момент сопротивления №ф=62/6 м3.
Проверку ребер »а изгиб производят только при расчете ребри-
стых панелей, так как в коробчатых напряжения, в ребрах менее
опасны, чем в обшивках. Расчет производится по общей формуле
изгиба, в которой принимается момент сопротивления сечения, при-
веденный к древесине В^пр.д-
Клеевые швы проверяют только между слоями фанеры, ближай-
шими к ребрам, по общей формуле скалывания при изгибе (5.16),
в которой расчетное сопротивление скалыванию принимается рав-
ным /?ck=0j6 МПа (6 кгс/см2), ширина равна общей ширине ребер
и учитывается приведенный к фанере момент инерции сечения Упр.ф.
Проверку панелей по прогибам производят по общей формуле
прогиба свободно опертых балок (6.7) с учетом модуля упругости
фанеры Еф, причем относительный прогиб от нормативных нагру-
зок не должен превышать 1 :250 пролета.
Сечения клеефайерных панелей подбирают методом попыток,
при котором предварительно задаются сечениями и затем произво-
дят все необходимые проверки и определяют несущую способность
по прочности и прогибам. Рассмотрим на примере порядок подбора
сечений.
Пример 9.2. Подобрать сечение коробчатой клеефанерной панели утеплен-
ного настила под рулонную кровлю, имеющую уклон 1 : 10. Панели опираются
на основные несущие конструкции, поставленные с шагом 6 м.
На панель действуют следующие нормативные и расчетные нагрузкиз
127
от собственной массы gH=0,7 кН/м2, 5=0,8 кН/м2;
от снега рн=1,5 кН/м2, р=2,35 кН/м2;
от человека с грузом Р=1,2 кН.
Решение. Задаемся размерами панели: длина L=6 м, ширина 5=1,5 м,
высота сечения h =19,4 см, количество продольных ребер п=4, сечение ребер
bi/ii=4-17,4 см, толщина фанерных обшивок 6=1 см.
Полные нагрузки, действующие на панель без учета наклона, поскольку в
данном случае он мал:
нормативные ?н= (gH+pH)5= (0,7+1,5)-1,5=3,3 кН/м=0,0033 МН/м (330 кгс/м);
расчетные q— (g+p)B= (0,8+2,1) -1,5=4,8 кН/м (480 кгс/м) = 1,2 кН (120 кгс).
Расчетный пролет:
панели 'Z = 6,0 — 0,05 = 5,95 м;
л	В—пЬ 1,5-4-0,04
обшивки а =--------= --------------= 0,45 м.
3	3
Расчетные усилия:
изгибающий момент общий
о/2	4,8»5,952
М = -2—- = ——-!--------=21,3 кН-м = 213-10-4 МН-м (2130 кгс-м);
8	8
поперечная сила
Q = 4г- = 4’8'^,95 = 14,3 кН = 0,0143 МН (1430 кгс);
изгибающий момент местный
ра 1 2*0 45
Мг = — = ’	’— = 0,0675 кН-м = 675-10-7 МН-м.
8	8
Расчетные сопротивления фанеры — сжатию вдоль наружных волокон
/?ф.с = Ю МПа (100 кгс/см2), - растяжению вдоль наружных воколон #ф.с =
= 13 МПа (130 кгс/см2), изгибу поперёк наружных волокон Еф.и=6,9 МПа
(69 кгс/см2), скалыванию ^ф.ск —0,6 МПа (6 кгс/см2); Еф=8500 МПа, Ед=
₽ 10000 МПа, лф=1,18.
Геометрические характеристики сечения панели: расчетная ширина обшивок
6=0,95=0,9-1,5=1,35 м, толщина обшивок 6=0,01 м (1 см), общая ширина ре-
бер 6р=п61=4-0,04=0,16 м, высота сечения 6=0,194 м, высота сечения ребер
6р=0,174 м.	*
Положение нейтральной оси сечения 2=6/2=0,194/2=0,097 м.
Статический момент обшивки относительно нейтральной оси
5ф = ЬЪ (г— 0,5В) = 1,35-0,01 (0,097 — 0,5-0,01) = 138-10-5 мз.
Приведенный к фанере момент инерции сечения панели
/пр.ф =	= bb (z 0,5В)2-2 +	~ Лф =
= 1,35-0,01 (0,097—0,5-0,01)2-2 +'°’16'0’1-4-- -1,18 =311-10-6 м4.
Приведенный момент сопротивления 1Гир.ф=/пр.ф/2=311 • 10“б/0,097=32-10“4 м3.
_	1-82	1-0,012
Момент сопротивления обшивки w ф = —-— =--------------= 167-10—7 м3.
Проверка верхней обшивки на сжатие и устойчивость при изгибе:
пролет а=45 м; отношение а/6=0,45/0,01=45<50;
(а/8)2 t 45?
коэффициент устойчивости ?ф = 1 — _ пп " = 1
uUUU
М 1213-10-4
= 0,96;
5000
напряжение сжатия с =	= 32.10-4.0,96 = 7,0 МШ <
Проверка нижней обшивки на растяжение при изгибе с учетом коэффици-
ента ослабления сечения усовыми соединениями:
М	213-10-4
напряжение растяжения а = —--------- до—4	< ^ф.р*
128
Проверка верхней обшивки на местный изгиб между ребрами:
675-10-7
напряжение изгиба а ==	ю-у” = 1 М11а < кф.и-
Проверка клеевых соединений фанеры на скалывание:
Q	143-10-4-138-10-5	Л _ ___
напряжение скалывания и = —— = —	= 0,о/ МПа<
Jbp 311-10“б«0,1о
/хфвск*
Проверка прогиба панели:
относительный прогиб
/ _	5?н/з_________5-33-10-4-5,953_______1	1
' I ~ 384ЕфУпрф = 384-8500-311-1-0-6 - 290 < 250 ’
Полная несущая способность панели по прочности нижней об-
шивки равна
8М 8^пр.ф*Л.р 8-0,0032-0,6-13
12 ~	12	~	5,952
=0,0056 МН/м (560 кгс/м).
Панели с деревянным каркасом и плоскими асбестоцементными
обшивками имеют такую же конструкцию и размеры, как и клее-
фанерные панели. Их применяют в холодных и утепленных покры-
тиях помещений с асбестоцементной и рулонной кровлей, потолок
которых должен быть несгораемым. Обшивки соединяются в этих
панелях с каркасом шурупами, которые обладают податливостью,
необходимой при соединении разнородных материалов. Эти панели
работают и рассчитываются по прочности асбестоцементной обшив-
ки на растяжение при изгибе, по прочности соединений и по проги-
бам, как балки составного сечения на податливых соединениях, опи-
санные в гл. 11.
Коэффициенты податливости соединений на шурупах принимают
при расчете равными &w=0,4, &ж=0,35, расчетное сопротивление
асбестоцементных листов растяжению принимается равным 7?а.р=
=4 МПа, а предельный относительный прогиб равен 7зоо пролета.
Соединительные шурупы рассчитывают по несущей способности
при изгибе и по смятию древесины, как в односрезных несимметрич-
ных соединениях на изгибаемых винтах, на сдвигающие усилия при
изгибе на половине длины пролета Ti/2.
Расчет асбестоцементных обшивок по прочности при изгибе на
сосредоточенный груз не требуется, поскольку при рекомендуемых
расстояниях между продольными ребрами не более 50 см они рабо-
тают с достаточными запасами прочности.
§ 9.3. Настилы перекрытий, подшивки и обшивки стен
Настилы перекрытий (рис. 9.7) представляют* собой сплошные
ряды досок, служащие основанием чистого дола или самим чистым
полом. Их укладывают по промежуточным брускам — лагам или
прямо по балкам и прибивают к ним гвоздями. Доски настила чис-
5—2411
129
того пола* соединяют кромками в шпунт для обеспечения их совме-
стной работы на изгиб от сосредоточенных грузов и исключения
сквозных щелей между ними. Настилы перекрытий работают и рас-
считываются на изгиб от действия нагрузок от собственной массы,
полезных нагрузок, равных 1,5 кН/м2 (150 кгс/м2) в жилых и не ме-
нее 2 кН/м2 (200 кгс/м2) в производственных зданиях, и сосредото-
Рис. 9.7. Настилы междуэтажного пере-
крытия:
/ — чистый пол; 2 — настил пола; 3 — лага;
4 — балка; 5 — минеральный войлок; 6 — изоля-
ция; 7 —щит наката; 8 — сухая штукатурка
ченных грузов, равных 1,5 кН
(150 кгс). Максимальный отно-
сительный прогиб настила не
должен превышать 1/250 про-
лета. Дополнительная провер-
ка зыбкости настила заключа-
ется в том, что прогиб его от
сосредоточенного груза 0,6 кН
не должен превышать 0,1 мм.
К числу настилов относятся
также накаты перекрытий, рас-
положенные между балками.
Они несут нагрузки от собст-
венной массы и массы изоляционных слоев и работают на изгиб,
как правило, с избыточными запасами прочности.
Подшивки потолков представляют собой сплошные ряды тонких
досок, прибитых к балкам снизу гвоздями. При отсутствии штука-
турки доски соединяются кромками в шпунт для исключения сквоз-
ных щелей. Подшивки работают на изгиб, а гвозди — на выдерги-
вание,. как правило, с избыточными запасами прочности при нагруз-
ке от собственной массы.
Обшивки стен представляют собой сплошные вертикальные ря-
ды тонких досок, расположенных горизонтально и соединенных
кромками в четверть или шпунт, или листов фанеры, прибитых к
каркасу гвоздями. Сборные обшивки состоят из крупных клеефа-
нерных панелей, описанных выше. Обшивки стен работают на изгиб
от давления и отсоса ветра, как правило, с избыточными запасами
прочности. Клеефанерные панели стен рассчитываются на изгиб на
нагрузки от ветра и собственного веса. Предельный относительный
прогиб их не должен превышать 7250 пролета.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Какие типы деревянных настилов применяются в покрытиях?
2.	Какие конструкции имеют дощато-гвоздевые-настилы?
3.	Какое назначение имеет косой защитный настил и раскосы щитов настила?
4.	Какие нагрузки действуют на настилы покрытий? Как учитывается уклон
покрытия и расстояние между соседними досками?
5.	На какие сочетания нагрузок рассчитываются настилы?
6.	По каким статическим схемам работают и рассчитываются дощато-гвоз-
девые настилы?
7.	Какие типы клеефанерных панелей применяются в покрытиях?
8.	По какой статической схеме рассчитываются клеефанерные панели?
9.	Какие проверки производятся при расчете клеефанерных панелей?
10.	Как при расчете клеефанерных панелей учитываются различные проч-
ность и жесткость древесины и фанеры?
130
11.	Как влияют на прочность клеефанерных панелей устойчивость верхней
обшивки и ослабление стыками нижней?
12.	Какую конструкцию имеют деревоасбестоцементные панели покрытий?
13.	Какие особенности имеет расчет деревоасбестоцементных панелей? Как
при расчеге учитывается податливость шурупов?
14.	Какие типы настилов применяются в междуэтажных перекрытиях?
15.	Как настилы междуэтажных перекрытий рассчитываются на зыбкость
при изгибе?
16.	Какие типы деревянных обшивок применяются в конструкциях стен?
17.	На какие нагрузки и как рассчитываются обшивки?
Глава 10
ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПЛАСТМАСС
§ 10.1. Виды и области применения
Ограждающие конструкции с применением пластмасс по назна-
чению подразделяются на глухие (несветопроницаемые) панели
стен и покрытий и светопроницаемые панели и фонари.
Рис. 10.1. Основные типы трехслойных панелей:
а — без ребер со сплошным средним слоем типа «сэндвич»; б — с обрамляющими ребра-
ми и сплошным средним слоем; в — с обрамляющими ребрами и ребристым заполните-
лем; 1 — плоская обшивка; 2 — пенопласт; 3 — пустоты; 4 — гофрированная обшивка; 5 —•
обрамляющие ребра; 6 — ребристое заполнение
По конструкции панели могут быть трехслойными, двухслойны-*
ми и однослойными. Глухие панели стен и покрытий делают, как
правило, трехслойными, а светопрозрачные ограждения встреча-»
ются во всех трех конструктивных вариантах.
Трехслойные панели состоят из двух тонких и жестких наруж-
ных слоев — обшивок и располагаемого между ними более толстого
среднего слоя (рис. 10.1).
Обшивки трехслойных панелей могут быть выполнены из сле-
дующих материалов: алюминия (толщина 0,8—1,5 мм), защищен-
ной от коррозии стали (0,5—1,0 мм), асбестоцемента (6—10 мм),
стеклопластика (1,5—3,0 мм), фанеры и других листовых древес-
ных материалов (4 мм и толще). Обшивки могут быть плоскими и
гофрированными (из алюминия, стали). В последнем случае их тол-
щина может быть уменьшена по сравнению с указанной выше.
5*	131
Обшивки выполняют следующие функции: а) воспринимают
нормальные напряжения о, вызванные изгибающим моментом; при
этом в панели, работающей по схеме простой балки, верхняя об-
шивка сжата, а нижняя — растянута (рис. 10.2); б) воспринимают
(вместе со средним слоем) местные сосредоточенные нагрузки, а
металлические и стеклопластико-
вые обшивки также выполняют
роль гидро- и пароизоляции.
Средний слой панели мо-
жет быть сплошным (например,
из одного пенопласта) или реб-
ристым (см. рис. 10.1). Ребра,
расположенные по кромкам пане-
нели, называют обрамлением.
Для среднего слоя рекоменду-
ется применять пенопласты бес-
прессового изготовления, вспени-
Рис. 10.2. Схема работы трехслойных ваемые непосредственно в поло-
панелеи	€ТИ панелй или ,в виде ГОТОВЫХ
блоков размером на панель или
часть панели. При толщине более 8 см пенопластовый средний слой
может быть с пустотами (см. рис. 10.1, б). Ребра .и обрамления мо-
гут быть выполнены из листовых материалов (в виде вертикальных
пластин), из профилей (швеллеров, двутавров, гофрированных
листов).
Средний слой выполняет следующие функции: а) воспринимает
касательные напряжения т, вызванные поперечной силой
(рис. 10.2); б) обеспечивает совместность работы обеих обшивок;
в) повышает устойчивость сжатой обшивки из тонких металличе-
ских и стеклопластиковых листов; г) участвует совместно с обшив-
кой в восприятии местных сосредоточенных нагрузок; д) выполняет
роль тепло- и звукоизоляции.
Средний слой достаточно большой жесткости может рассчиты-
ваться и на восприятие нормальных напряжений (см. § 10.2). Об-
шивки и элементы среднего слоя скрепляются с помощью клеевых
и клееметаллических соединений.
Трехслойные панели покрытий и стен имеют пролет до 6,0 м и
ширину 1,2—1,5 м. Они отличаются небольшой собственной мас-
сой— до 20 кг/м2 с обшивками из алюминия и до 70 кг/м2 с обшив-
ками из асбестоцемента. Панели совмещают несущие и изоляцион-
ные функции.
Благодаря такому сочетанию свойств трехслойные панели на-
шли эффективное применение для зданий и сооружений, возводи-
мых в отдаленных и труднодоступных районах, в сейсмических рай-
онах, в районах вечной мерзлоты. Для капитальных и сборно-раз-
борных зданий, возводимых в этих районах, рекомендуются панели
с обшивками из алюминия и стали, как наиболее легкие огражда-
ющие конструкции. Такие панели применяются также для подвес-
ных потолков в промышленных и общественных зданиях.
132
Более дешевые панели с обшивками из асбестоцемента, фанеры
и других листовых материалов применяют для стен и покрытий
сельскохозяйственных и жилых зданий, возводимых во всех гео-
графических районах.
Светопрозрачные ограждения выполняют из светопрозрачных
конструкционных пластмасс: стеклопластика, органического стек-
ла, винипласта. Они применяются в виде волнистых листов, трех-
слойных панелей, куполов.
Волнистые листы изготовляют больше всего из стеклопластика.
Их применяют для устройства однослойных светопрозрачных уча-
стков в неутепленных общественных и промышленных зданиях, сте-
ны и покрытия которых выполнены из асбестоцементных или метал-
Рис. 10.3. Основные типы светопрозрачных конструкций из стеклопластика,
оргстекла и винипласта:
а — волнистые листы; б — трехслойная панель; в — зенитный фонарь; 1 — волнистые лис-
ты; 2 — прогоны; 3 — крепежные детали; 4 — плоские листы; 5 —• обрамление - из пено-
пласта; 6 — двухслойный купол
лических гофрированных листов, уложенных по прогонам. В некото-
рых случаях ограждение может быть целиком выполнено только из
светопрозрачной пластмассы. Шаг прогонов под волнистые свего-
прозрачные листы — до 1,5 м (рис. 10.3, а).
Трехслойные панели делают из светопрозрачного стеклопласти-
ка. Средний слой таких панелей выполнен в виде волнистых листов,
профилированных или плоских ребер (рис. 10.3, б). Наряду с ребри-
стым средним слоем для светопрозрачных трехслойных панелей
может применяться сплошной средний слой, например капилляро-
пласт — термопластичный материал, состоящий из тонких капил-
лярных трубочек диаметром 0,1—0,2 мм. Такая структура обеспе-
чивает достаточно высокое светопропускание в сочетании с повы-
шенным (по сравнению с ребристым средним слоем) термическим
сопротивлением. Трехслойные панели, пролетом до 3,0 м применяют
для заполнения световых проемов стен и покрытий в утепленных
промышленных и общественных зданиях.
Купола однослойные и двухслойные, применяемые для свето-
вых проемов (зенитных фонарей) в покрытиях промышленных и об-
щественных зданий, представляют собой выпуклые оболочки с круг-
лым или прямоугольным планом.
133
Наибольшее распространение нашли купола из органического
стекла. Делают их также из стеклопластика и винипласта. В покры-
тиях утепленных зданий используют двухслойные купола (рис.
10.3, в), которые благодаря воздушной прослойке обладают повы-
шенными теплоизоляционными свойствами. Купола из оргстекла на
круговом плане имеют диаметр до 1,5 м, на прямоугольном — раз-
меры сторон до 0,85X1,55 м. При больших размерах светового про-
ема купол делается составным (см. гл. 17).
Светопрозрачные ограждающие конструкции из пластмасс име-
ют ряд преимуществ перед световыми фонарями со стальным кар-
касом и с заполнением из силикатного стекла. К их числу относятся:
более равномерная освещенность помещения и отсутствие све-
товых, бликов; снижение расхода металла за счет отказа от фонар-
ных надстроек и переплетов; меньшие теплопотери ,(благодаря
большей плотности и меньшей протяженности стыков); отсутствие
снеговых мешков, возникающих на покрытии между фонарными
надстройками; устранение опасности, связанной с'боем силикатного
стекла.
Указанные преимущества при высоком светопропускании и др-
статочной долговечности (15—20 лет) светопрозрачных пластмасс
делают, несмотря на большую стоимость пластмасс, конструкции на
их основе конкурентоспособными по сравнению с конструкциями из
силикатного стекла.
§ 10.2. Трехслойные (глухие) панели стен и покрытий
Конструкция трехслойных глухих панелей может иметь следу-
ющие варианты.
Ребристые панели. Беспрогонное ограждение для стен и
покрытий при шаге основных несущих конструкций 6 м может быть
осуществлено в виде ребристых панелей с обшивками из алюминия
или асбестоцемента (рис. 10.4, а). Алюминиевые обшивки в таких
панелях делают либо обе плоскими, либо одну из них (сжатую) —
гофрированной, что повышает ее устойчивость. Ребра в панелях с
алюминиевой обшивкой с целью предотвращения мостика холода
выполняют составными и крепят к обшивкам на клееметаллических
соединениях. Поскольку толщина таких панелей составляет обычна
14—18 см, средний слой из пенопласта ПСБ выгодно делать с пусто-
тами. При варианте с асбестоцементом толщина обшивок состав-
ляет 8—10 мм, а для обрамления используют асбестоцементные
профили. Обшивки и обрамления соединяются на клею.
Панели типа «сэндвич» — это вариант панелей со сплош-
ным средним слоем из пенопласта и без обрамляющих ребер (рис.
10.4, б). Они просты в изготовлении, но из-за отсутствия ребер бо-
лее деформативны, чем ребристые панелиГ Поэтому панели • типа
«сэндвич» с плоскими или мелкогофрированными обшивками при-
меняют при пролетах до 3,0 м, а при больших пролетах — под не-
большие временные нагрузки (для стен). Несущая, способность и
жесткость панели типа «сэндвич» могут быть существенно повыше-
134
ны путем применения металлических обшивок с крупным гофром.
В этом случае они могут применяться в покрытиях и иметь пролет
до 6,0 м. - .
Рис. 10.4. Поперечные сечения трехслрйных панелей:
а — панели с обрамляющими ребрами и средним слоем из пенопласта; б — панели
типа «сэндвич»; в — панели с обрамляющими ребрами и ребристым заполнителем;
1 — металлическая плоская обшивка; 2 — обрамляющее ребро из бакелизированной фа-
неры; 3 — металлическая обшивка с мелким гофром; 4 — пенопласт; 5 — пустоты; б —
обрамляющее ребро из асбестоцемента; 7 —плоская обшивка из асбестоцемента; 8 —
обрамляющее ребро из деревянного бруска И фанеры; 9 — плоская обшивка из фане-
ры;'/# — деревянные пробки; 11— металлическая обшивка с крупным гофром; 12—
ребристый средний слой из древесноволокнистой плиты; 13 — обрамляющее ребро из
металла. Виды соединений; к —клеевое; з — заклепочное; кс — клеесварное; кв —
клеевин'товое; кг — клеегвоздевое
Рис. 10.5. Узлы и стыки трехслойных панелей:
4Z — крепление панели к несущим конструкциям; б — фланцевый стык панелей с алюми-
ниевой обшивкой; в — сварной стык; / — несущий элемент; 2 — захват; 3 —отверстие в
ребре панели; 4 — обшивка; 5 —герметик; б —ребро из бакелизированной фанеры; 7 —
нащельник из алюминия; 8 — болт; 9 — сварной шов; 10 — компенсатор (устраивают через
36 м)
Крепление панелей к несущим конструкциям можно осуще-
ствлять с помощью стальных элементов, захватывающих панель за
обрамляющее ребро (или средний слой) и притягивающих панель
с помощью болта к элементам каркаса (рис. 10.5, а). Если ребро па,-
нели выше толщины трехслойного пакета (рис. ГО.5, б), то крепить
135
Рис. 10.6. Влияние температурных воз-
действий на трехслойную панель:
о — температура обеих обшивок одинакова
Ui=*2); б — температура разная
к несущим конструкциям можно выступающую внутрь здания часть
ребра (фланца).	*
Стыки трехслойных панелей между собой должны обеспечи-
вать совместность перемещений двух смежных панелей в случаях,
когда они неодинаково нагружены. Совместное перемещение обес-
печивается постановкой соединительных элементов’, располагаемых
не реже чем через 2,0 м, но не менее двух элементов вдоль каждого
продольного стыка панелей. Для обеспечения водонепроницаемости
стыков металлических обшивок применяют сварное (рис. 10.5, в)
или фланцевое соединения (рис. 10.5, б). По панелям с асбестоце-
ментными обшивками устраивают рулонную гидроизоляцию обыч-
ного типа.
Расчет трехслойных панелей. Расчетной схемой плоских трех-
слойных панелей, стен и покрытий, как правило, является однопро-
летная балка. В некоторых случаях с целью уменьшения величины
изгибающих моментов и прогибов панель при достаточно' большой
длине может быть уложена на
три опоры и более и тогда уси-
лия в ней вычисляются, как в
многопролетной неразрезной
системе, но с учетом дополни-
тельных деформаций, вызван-
ных сдвигом среднего слоя.
Напряженно - деформиро-
ванное состояние трехслойной
панели вызывается тремя ос-
новными факторами: внешними
нагрузками (от собственной
массы, массы снега, давления ветра и т. п., см. гл. 8); температур-
ными воздействиями; изменением влажности элементов панели.
Действие последних двух факторов, объединяемых термином
«температурно-влажностные воздействия», вызвано прежде всего
трехслойной структурой панелей, при которой обшивки разделены
достаточно толстым третьим элементом — средним слоем, облада-
ющим небольшой теплопроводностью. В такой панели температура
и влажность внешней обшивки будут соответствовать температуре
и влажности наружной атмосферной среды, а аналогичные состоя-
ния внутренней обшивки — температуре и влажности воздуха внут-
ри помещения. Таким образом, в условиях^эксплуатации каждая из
обшивок будет иметь температуру и влажность, отличающиеся, во-
первых, от ее исходного состояния (соответствующего условиям це-
ха, где панель была изготовлена) и, во-вторых, от температуры и
влажности другой обЩивки.
Вследствие этого в обшивках и других элементах панели будут
возникать температурно-влажностные деформации и напряжения.
__ Примем, что в исходном__состоянии температура наружной ti и внутренней
/г обшивок была одинаковой Затем в эксплуатационных условиях (зимой)1
h существенно уменьшалась, а изменялась незначительно (рис. 10.6). В резуль-
тате этого длина внешней обшивки сократилась намного больше, чем внутрен-
136
ней. Поскольку сокращению ее длины препятствуют связанный с обшивкой сред-
ний слой (материал которого имеет к тому же отличающийся от материала об-
шивки коэффициент линейного расширения). и внутренняя менее деформирован-
ная обшивка, во всех элементах панели возникают усилия, а панель в целом
получает прогиб.
Учет одновременного действия всех трех факторов при их невы-
годнейшем сочетании позволяет записать условия прочности и жест-
кости для трехслойных панелей:

(10.1)
(Ю.2)
(10.3)
где о, т и f — соответственно нормальные, касательные (сдвига-
ющие) напряжения и прогибы, вызванные внешней нагрузкой; оь
Xt и ft — те же величины, вызванные изменением температуры (тем-
пературные напряжения);
ow, tw и fw — те же величины,
вызванные изменением
влажности.
Для панелей с металли-
ческими и стеклопластико-
выми обшивками учитыва-
ют только cq, xt и ft. Увлаж-
нение не вызывает в этих
материалах набухания, ко-
робления и т. п. и поэтому
для них Ow=0; tw=0; fw=0.
Наоборот, для- панелей с.об-
шивками из асбестоцемента,
фанеры и других материа-
лов, обладающих незначи-
тельным коэффициентом
температурного расшире-
Рис. 10.7. Основные геометрические и физи-
ческие параметры поперечного сечения
трехслойных панелей
ния, можно принять, что
<Тг=О; т/ = 0; ft = O, но зато необходимо учесть <rw, xw и fw, вызванные
возможным увлажнением.
Приведенные в § 10.2 формулы для расчета панелей справедли-
вы при £/6^10000; 200^c/S^4; //Л0^Ю, а также при одинако-
вых по толщине к материалу плоских и мелкогофрированных об-
шивках (т. е. 61=62=6 и Е\=Е2). Условные обозначения к этим
формулам даны на рис. 10.7.
В зависимости от конструкции среднего слоя и степени его жест-
кости панели разделяют на четыре расчетных типа, каждый из ко-
торых имеет свои особенности расчета.
Панели с наименее жестким средним слоем — панели «сэндвич>.
При их расчете можно допустить, что средний слой не воспринима-
ет нормальных напряжений, а воспринимает только касательные
напряжения; нормальные же напряжения воспринимаются только
137
обшивками. Исходя из этого при вычислении момента инерции и мо-
мента сопротивления сечения панели учитывают только обшивки:
(Ю.4)
В_формуле (10.4) пренебрегают за малостью моментами инер-
ции Ji и J2 плоских и мелкогофрированных обшивок и обшивок от-
носительно собственных осей.
При небольшой толщине плоских обшивок, например металли-
ческих, в формуле для W можно принять 6=0 и тогда
Нормальные напряжения в обшивках а от внешних нагрузок в
панели типа «сэндвич» вычисляют по формуле
a=MIW;	(10.5)
касательные напряжения — по формуле
t = Q/(M0).	(10.6)
Напряжения т распределяются почти равномерно по толщине
среднего слоя: При наличии пустот в формулы (10.6) подставляют
ширину нетто. .
Нормальные температурные напряжения в одинаковых.обшивках
(61=62; Ё1=Ё2) jrt панелей типа «сэндвич» вычисляют1 по формуле
а61 = -7<>2 =<|>!	~ а2) ДПР (1 и) 8 .	(Ю.7)
Ао
а напряжениями 07 в среднем слое пренебрегают. Касательные на-
пряжения Xt в среднем слое определяют по формуле
Аг) °(1 + »*>-.	(10.8)
Xie
В формулах (10.7) и (10.8) принято Д=а(7—to)—относитель-
ная деформация, а — коэффициент линейного расширения, £Пр=/
=£7(1—ц2) — приведенный модуль упругости, pi — коэффициент
Пуассона, G — модуль сдвига;.
Х1=3,46АО 1 / —---------характеристика жесткости,
V 2ЕпрВЗс
а значения ф1 и фг определяют по графику рис. 10.8, а в зависимости
от безрамерной характеристики %1/.
Расчет панелей на действие влажностных факторов произво-
дят по аналогичным формулам путем подстановки взамен величин
Д1 и Дг, вызванных изменением температуры, аналогичных величин,
зависящих от изменения влажности материалов.
. Проверка прочности и устойчивости. В панелях типа «сэндвич»
потеря устойчивости сжатой обшивки сопровождается, нарушением
целостности среднего слоя (или клеевого соединения обшивки со
средним слоем) (рис. 10.9, а, б) и резким возрастанием нормальных
напряжений в обшивке после выхода ее из плоскости.
138

% %,
Стпалъ
Рис. 10.8. Графики коэффициентов:
а — фь фа. Фз; б — фа; в — 01,2,3
При проверке устойчивости учитывают вероятность наличия в
обшивке начальной погиби со стрелой со. Для обшивок из металла
и стеклопластика при 6=0,8—2 мм принимают со = 0,05 см.
За расчетное значение коэффициента устойчивости ср для плос-
ких и мелкогофрированных обшивок панелей типа «сэндвич» при-
нимают меньшую величину, вычисленную из следующих условий.
1. По прочности и устойчивости металлических обшивок; а) из
алюминия cpi определяют по графику рис. 10.8, б в зависимости от
параметров Е2(г)Ъ)2 и т. Для плоской обшивки т=6 со/6;
г=0,29б, а для мелкогофрированной при йв^б и 6B>8ftB (см. рис.
3.3, в)
^=w(AB + S)/2ro;
r=Vj1/Fl;
б) то же, из прочих материалов:
. Т1 = 1/(1+т).	(10.9)
2. По прочности при растяжении материала среднего слоя
или клеевого соединения обшивки со средним' слоем (фз) •
пр
(10.10)
При определении должно быть соблюдено условие
——	_ 3 " ——	1
ъ + 2ЛЯр;ЯУ(Еар/Еу< 1.
(Ю.П)
Таким образом, проверку сжатой обшивки производят по видо-
измененной формуле (10.1)
°— (l/Tmln) (3 + °<) < Яс _
где cpmin — наименьшее из двух значений (<pi и ф2).
Растянутую обшивку проверяют по формуле (10.1);с подстанов-
кой в правой ее части расчетного сопротивления растяжению мате-
риала обшивки, а средний слой—до формуле (10.2). Для панелей
с обшивками из металлов и стеклопластика, как правило, реша-
ющей является проверка устойчивости сжатой обшивки, а для пане-
лей с обшивками из асбестоцемента решающей является проверка
прочности растянутой обшивки.
При действии сосредоточенной нагрузки Р=100Х
X 1,2 = 120 кгс (1,2 кН) прочность наружной обшивки панелей по-
крытия проверяют по формулам
61Р (г/а)2) <	(ю. 12)
T=62JP(r/8)</?^,	(10.13)
140
а прочность среднего слоя — по формуле
°=0зР</?с₽.
(10.14)
В формулах (10.12), (10.13) и (10.14) коэффициенты 6Ь 0г и 03
принимают по графикам рис. 10.8, в. Если нагрузка распределена на
площадке со сторонами 10X10 см, то р=0,12 МН/см2.(1,2 кгс/см2),
а радиус равновеликого круга г=5,65 см. Поскольку сосредоточен-
ная нагрузка Р является кратковременной, при расчете по этим фор-
мулам используют значения кратковременных расчетных сопротив-
лений кратковременных модулей упругости £к₽ и сдвига Gkp.
Кроме того, прочность сплошного среднего слоя и ребер проверяют
в зоне опирания панелей, где опорные реакции, приложенные к па-
нели в виде сосредоточенных сил, вызывают значительные местные
нормальные и сдвигающие напряжения.
Проверку по прогибам производят по формуле (10.3).
Значение прогиба f, вызванного действием равномерно распре-
деленной нормативной нагрузки qH, вычисляют по формуле
384
(10.15)
где k4> 1 учитывает дополнительный прогиб панели от сдвига в
среднем слое,
£4=1 -{-9,6
Gcb12 *
Прогибы, вызванные температурными воздействиями, вычисля-
ют по формуле
Л=Фз
(Д1— д2)(1 — и)/2
(10.16)
(фз — см. на рис. 10.8, а).
При проверке прогибов по формуле (10.3) f не должно превы-
шать значений, указанных в табл. 10.2.
Панели со сплошным средним слоем из пенопласта и обрамля-
ющими ребрами относительно малой жесткости. Ребра этих пане-
лей, так же как и средний слой, при расчете по нормальным напря-
жениям от изгиба не учитываются, и геометрические характеристи-
ки их сечений вычисляются без учета ребер .по формулам (10.4).
Однако нормальные напряжения в обшивках распределяются здесь
неравномерно, несколько увеличиваясь над ребрами (рис. 10.9, в).
При расчете это учитывается тем, что в формулу (10.4) вводится
не полная, а уменьшенная расчетная ширина обшивок.
При расчете таких панелей по касательным напряжениям от
•сдвига учитываются только обрамляющие ребра, значительно более
жесткие, чем пенопласт среднего слоя. Проверка устойчивости сжа-
той обшивки этих панелей и расчет ее на сосредоточенную силу про-
141
Таблица 10.2
Предельные прогибы панелей и волнистых листов
Наименование конструкций	Лтр:^	
	для производственных и общественных зданий	иля жилых зданий
Z Стеновые панели с проемами, запол-	1:200	1:250
ненные силикатным стеклом, а также подоконные и надоконные вставки Прочие стеновые панели, в том чис-	11100	1:250
ле светопрозрачные Панели покрытий и подвесных по-	1X125	—
толков Светопрозрачные волнистые листы и панели при пролете, м: до 1,5 до 3,0	1:75	
	1:125	
изводят так же, как в нанелях типа «сэндвич». Температурные на-»
пряжения вычисляют с учетом соотношения жесткостей ребер и об-
шивок.
Рис. 10.9. Напряженное состояние обшивок трехслойных панелей:
а — потеря устойчивости сжатой обшивки и отрыва ее от среднего слоя; б — влияние
погиби со на растягивающие напряжения ОрВ пенопласте и напряжения а в обшивке;
в сечении А—А обшивка центрально сжата, в сечении Б—Б — сжато-изогнута; в —
неравномерное распределение о в сжатой и растянутой обшивках панелей с обрамляю**
щими ребрами; г — потеря устойчивости сжатой обшивки ребристых панелей; кш — кле*
евой шов
142
Прогиб от внешних нагрузок вычисляют по формуле (ЮЛ5),
вводя вместо коэффициента k4 коэффициенты, учитывающие про-
гиб панели поперек пролета между обрамляющими ребрами
и сдвиг ребер.
Панели с ребристым средним слоем относительно малой жест-
кости*. Расчет этих панелей по нормальным напряжениям от изги-
ба производят так же, как и панелей со сплошным средним слоем и
обрамляющими ребрами, а при расчете по касательным напряже-.
ниям учитывают все и обрамляющие и средние продольные ребра.
Обшивку рассчитывают здесь по устойчивости и на сосредоточен-
ную силу с учетом того, что она подкреплена не сплошным слоем
пенопласта, а только в местах соединения с ребрами.
Панели с ребристым средним слоем относительно большой
жесткости **. В таких панелях ребристый средний слой учитывается
и при расчете по нормальным напряжениям от изгиба и по касатель-
ным напряженйям от сдвига. При Зтом вычисляют геометрические
характеристики сечения панели, приведенные к материалу обшивок,
пропорционально соотношению модулей упругости материала эле-
ментов сечения так же, как это делается при расчете клеефанерных
панелей. Прогиб этих панелей от внешних нагрузок определяют по
формуле (10.15) без введения дополнительных коэффициентов.
Пример 10.1. Произвести расчет, подобрать и проверить сечение трехслойной
панели покрытия по следующим исходным данным: обшивки асбестоцементные;
средний слой сплошной из пенопласта; гидроизоляция — рулонный ковер; пролет
/=3 м; ширина 6*=1,5 м; расчетные нагрузки: постоянная g=0,55 кН/м2 (55 кгс/м2),
снеговая р=2,1 кН/м2.
По конструкции панель относится к тйпу «сэндвич» (без ребер, со сплошным
средним слоем). Принимаем следующие марки материалов: асбестоцемент М250,
толщина обшивки 61=62=6=10 мм; пенопласт марки ПСБ-Ст плотностью
60 кг/м3:
а)	Вычисление усилий от равномерно распределенной расчетной нагрузки
q— (g+p) = 1,5(0,55+2,1) =4 кН/м (400 кгс/м).
Изгибающий момент и поперечная сила: -
ql*	4.32
М =	= —— = 4,5 кНм = 0,0045 МН-м;
8	8
ql 4-3
Q =-7—= —— = 6 кН = 0,006 МН.
б)	Подбор и вычисление геометрических характеристик.^ Подбор высоты
сечения Ао из условия прочности растянутой обшивки (Яр=5,1X0,9=4,6 МПа
см. табл. 11 приложения IV).
Предельное усилие, которое может выдержать растянутая обшивка,
^ = Яpfeb = 4,6-1,5-0,01 =0,069 МН = 69 кН.
Высота сечения в осях обшивок
ho = M/N = 4,5/69 = 0,065 м = 6,5 см.
* Отношение изгибных Жесткостей ребер и обшивок больше 0,8 a/Z, где а —
шаг ребер, I — пролет панели.
** Отношение изгибных жесткостей меньше 0,8 а/1.
143
Подбор высоты сечения Ло из условия работы пенопласта на сдвиг (Лор5*
«=0,045 МПа, см. табл. 7 приложения IV):
Q 0,006
h° = Тп---	1 е а АлК = 0’09 М*
^ср	1,5*0,045
Принимаем толщину среднего слоя с=8 см, тогда А0=с4-б=84-1=9 см.
Момент инерции сечения находим по формуле (10.4):
92
J = 150* 1 * — = 6080 см4 = 61 -10-6 М4;
6080
0,5(9 4-1)
= 1?20 см3 = 122*10-5 мз.
е) Проверка прочности по формулам (10.5) и (10.6):
по нормальным напряжениям
7= 0,0045/0,00122 = 3,7МПа < Яр = 4,6МПа (46 кгс/см2);
по касательным напряжениям
0,006
и = ~ ‘ Q = 0,045МПа (0,45 кгс/см2) = 7?ср.
1 > О * О > ОУ
В связи с наличием гидроизоляции расчет на влажностные воздействия
можно не производить, а устойчивость сжатой обшивки не проверяем, учитывая
ее большую толщину.
г) Проверка прочности при действии кратковременной сосредоточенной на-
грузки Р=1,2 кН (120 кгс) по формулам (10.12), (10.13) и (10.14).
Для определения коэффициентов 0Ь 02 и 0g по графику рис. 10.8 вычислим
значение параметра
Г_ yf	0)0565 у 25-0,01
8 Г -£крс	0,01 Г 12000-0,08
где г — радиус приведенного круга; £кр — кратковременный модуль упругости
пенопласта; — кратковременный модуль упругости асбестоцементной обшив-
ки (Ркр=6000/0,5= 12 000 МПа).	'	‘
По графику получим: 01=0,70; 02=0,43; 0з=О,6О.
Нормальные напряжения в обшивке находим по формуле (10.12)э
0,70.*0,12(0,0565/0,01)2 = 2,69МПа < Я“р =
= 9,0/0,65 = 13,8МПа (138 кгс/см2).
Касательные напряжения в обшивке определяем по формуле (10.13):
7= 0,43-0,12(0,0565/0,01) = 0,30МПа <7?“р =
= 1,4/0,65.= 2,2МПа (22 кгс/см2).
Нормальные напряжения сжатия в среднем слое находим по формуле
(10.14):
а = 0,60*0,12 = 0,072 МПа < Я“р = 0,18 МПа (1,8 кгс/см2).
В этих формулах /?икр и /?.£р— наименьшие расчетные сопротивления ас-
бестоцемента (поперек волокон) при кратковременном действии нагрузки (см.
Рекомендации); /?скр— расчетное сопротивление пенопласта сжатию при
кратковременном действии нагрузки.
144
л) Проверка по прогибам по формуле (10.15):
6250-0,000061
*4=1 + 9’6 г п пяТГ'чГ = 1 ’67:
•	О-0,Uo•1,Э-О2
5	0,00272-34.1,67 Л ЛПОС ,	.
f =------•------=------------= 0,0125 м = 1,2а .см;
J 384	6250-0,000061	z
fll = 1,25/300 = 1/240 < /прД = 1/425.
При вычислении ki и f принято: 7?Пр— приведенный модуль упругости ас-
бестоцемента при длительном действии нагрузки;
£пр = 0,65----6000  - - = 6250 МПа (62 500 кгс/см2)
1 — 0, -2 0 2
(см. табл. 11 приложения IV); G — модуль сдвига пенопласта при длительном дей-
ствии нагрузки, равной 5 МПа (50 кгс/см2) (см. табл. 8 приложения IV).
Нормативная нагрузка ^° = 1,5(0,55/1,1+2,1/1,6) =2,72 кН/м2=0,00272 МН/м1
(1,1 и 1,6 — коэффициенты перегрузки соответственно для собственной массы
и массы снега).
§ 10.3. Светопрозрачные панели и фонари
Волнистые листы из светопрозрачных пластмасс менее жестки,
чем волнистые листы из других материалов, и поэтому к их креп-
лениям предъявляют повышенные требования с целью обеспечения
жесткости ограждения и герметичности стыков. Для уменьшения
прогибов и числа стыков рекомендуется раскладку волнистых лис-
тов в ограждении делать так, чтобы каждый лист имел более двух
опор и работал бы по схеме неразрезной балки.
Рис. 10.10. Крепление волнистых листов к прогонам и стыки:
а — крепления волнистых листов к прогонам; б — поперечный стык на клею; в — то же,
на болтах; 1 — деревянная подкладка; 2 — шайба с ^эластичной прокладкой; 3— болт;
4 — шуруп; 5 — герметик; 6 — клеевой шов
Крепление волнистых листов к стальным и железобетонным
прогонам осуществляют на болтах, к деревянным прогонам — на
винтах (рис. 10.10). Болты и винты, диаметр которых должен быть
не менее 6 мм, применяют оцинкованными, и для листов с размера-
ми волн от 200/54 до 115/28 их располагают под каждым вторым
145
Рис. 10.11. Утепленная стеновая свето-
прозрачная панель:
/ — крепления волнистых листов; 2 — наруж-
ный лист волнистого стеклопластика; 3 — ко-
лонна; 4 — деревянная рама; 5 — эластичный
герметик; 6 — внутренний лист
гребнем, а при меньших размерах волн — над каждым третьим греб-
нем. Каждый крайний гребень листа также должен быть закреплен.
Для обеспечения надежной гидроизоляции применяют ленточный
герметик в стыках листов и эластичные подкладки под стальные
шайбы болтов и винтов. Дли-
на нахлестки листов в покры-
тиях должна быть не менее
150—200 мм. Варианты сты-
ков листов вдоль ската пока-
заны на рис. 10.10, б, в.
Для заполнения световых
проемов в стенах крупнопа-
нельных зданий могут быть
использованы светопрозрачные
панели соответствующих раз-
меров, выполненные в виде
одного или двух слоев волни-
стых пластмассовых листов,
прикрепленных к Металличе-
скому или деревянному карка-
су (рис. 10.11). Такие панели
могут быть и открывающими-
ся. Рама стеновых панелей
рассчитывается на восприня-
тие ветровой нагрузки в проле-
те между основными несущими конструкциями здания, а волнистые
листы — в пролете /1, равном расстоянию между горизонтальными
элементами рам. Крепление волнистых листов к раме в зависимо-
сти от материала рамы осуществляют на болтах или винтах, при-
держиваясь изложенных выше требований.
Статический расчет (определение усилий М и Q) волнистых лис-
тов производят в зависимости от числа пролетов. При однопролет-
ной схеме изгибающий момент в пролете может быть уменьшен пу-
тем учета упругого защемления листа на опорах.
Геометрические характеристики вычисляют по формулам:
момент инерции
/=0,125«Л8^ (14-0,125а),
(10.17)
где ив — число волн;
момент сопротивления
W=-----—-----;
0,5(Лв+6)
площадь поперечного сечения
(10.18)
(10.19)
F=W(l+0.25a),
Л2Д2
где а=—
“в
146
Обозначения этих формул даны на рис. 3.3. Значения JB, WB и
FB для одной волны можно принимать также по табл. 1 приложе-
ния VII.
Прочность и устойчивость волнистого листа проверяют по фор-
мулам
(10.20)
где срв=v-
/\и
1,928йв
4Ав +
Q
2nBhBb
(10.21)
Прогиб волнистых листов вычисляют по правилам строительной
механики в зависимости от статической схемы. Значения fnp даны
в табл. 10.2.	,
Трехслойные светопрозрачные панели с ребристым средним сло-
ем склеивают из заранее изготовленных изделий. В качестве обши-^
вок используют плоские листы светопрозрачного стеклопластика
(см. гл. 3), а в качестве среднего слоя — волнистые листы из стек-
лопластика (см. рис. 10.3, б), деревянные ребра (см. рис. 10.9, г),
профили из стеклопластика и алюминия. Панели со* средним слоем
из алюминиевых профилей из-за высокой теплопроводности метал-
ла годны лишь для зданий, эксплуатируемых в районах с теплым
климатом.
При устройстве зенитных фонарей в покрытиях с целью обеспе-
чения гидроизоляции узлов трехслойные светопрозрачные панели
укладывают так, чтобы они были приподняты над уровнем кровли.
Нагрузка от светопрозрачной панели воспринимается либо отдель-
но стоящей опорной балкой (из железобетона, стали), либо сосед-
ней глухой панелью покрытия большей несущей спосрбности.
Расчет светопрозрачных трехслойных панелей производят как
панелей с жестким ребристым средним слоем.
Купола из оргстекла в отечественной практике применяют в зе-
нитных фонарях промышленных' и общественных зданий, покрытия
которых выполнены из сборных железобетонных плит. В таких пли-
тах зенитный фонарь устанавливают над прямоугольным проемом,
устроенным в.поле плиты. В плитах покрытия размером 1,5X6,0 и
3,0X6,0 м может быть устроено по два световых проема. Имеются
также варианты зенитного фонаря с размером проема 1,5x6,0 и
ЗХ12 м. В этом случае световой проем заполняется фонарем, состо-
ящим из нескольких рядовых элементов, отформованных по поверх-
ности оболочки двоякой кривизны (бочарного свода), и двух торцо-
вых элементов. Элементы такого фонаря герметично стыкуются
друг с другом.
Светопрозрачные купола из оргстекла, так же как и панели из
стеклопластика, устанавливают приподнятыми над уровнем кровли.
Такое расположение обеспечивается за счет применения опорного
147
стакана, который может быть выполнен из различных материалов:
железобетона, металла, стеклопластика и др. Нижние размеры ста-
кана соответствуют размерам проема в железобетонной плите, а
верхние — размерам пластмассового купола. Поверх стакана укла-
дывают опорную раму, к которой с помощью шурупов или кляммер
крепят фонарь из оргстекла.
Купола на действие равномерно распределенной и сосредоточен-
ной вертикальной (монтажной) нагрузки рассчитывают как оболоч-
ки на круглом или прямоугольном плане.
Наиболее опасной для таких куполов является сосредоточенная
нагрузка. Обычно для наружного слоя купола принимают толщину
оргстекла 5 мм, а для внутреннего — 3 мм, что вполне удовлетво-
ряет требованиям прочности и жесткости светопрозрачных зенит-»
ных фонарей.
в»
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Как подразделяются по назначению ограждающие конструкции с приме-
нением пластмасс?
2.	Из каких элементов состоит трехслойная панель? -
3.	Укажите функции обшивок и материалы, из которых они могут быть
выполнены.
4.	Укажите назначение среднего слоя и материалы, из которого он может
быть выполнен.
5.	Назовите области применения трехслойных панелей.
6.	Нарисуйте и объясните схему работы элементов трехслойной панели при
изгибе. Какими элементами воспринимается изгибающий момент, а какими —
поперечная сила?
7.	В каком виде могут быть светопрозрачные конструкции и какие материа-
лы в них используются?
8.	Как компонуется ограждение с применением волнистых светопрозрачных
листов?
9.	Нарисуйте два-три примера поперечного сечения светопрозрачных трех-
слойных панелей.
10.	Какой разновидности бывают купольные зенитные фонари из оргстекла?
И. Какие воздействия учитывают при расчете трехслойных панелей?
-12. На какие расчетные типы разделяются трехслойные панели в зависимо-
сти от жесткости среднего слоя?
13. Каков характер разрушения тонкой сжатой обшивки и материала сред-
него слоя в панелях типа «сэндвич»?
Глава 11
БАЛКИ И ПРОГОНЫ
§ 11.1. Балки и прогоны цельного сечения
Балки и прогоны из отдельных брусьев, досок на ребро и бревен,
как правило окантованных, являются'несущими конструкциями по-
крытий, рабочих площадок, платформ и элементами ряда сооруже-
ний из дерева. В виду ограниченности размеров сечений и длины
лесоматериалов такие балки применяют при пролетах до 6 м и от-
носительно небольших нагрузках.
•148
Балки и прогоны покрытий (рис. 11.1) являются опорами насти-
лов и укладываются на стены, стойки и основные несущие конструк-
ции с шагом от 1 до 3 м. Они бывают однопролетными, свободно
опертыми и многопролетными неразрезными и консольно-балочны-
ми. Балки прогоны рассчи-
тываются на изгиб от рав-
номерно распределенной на-
грузки которая состоит из
собственной массы покры-
тия g и снега р, отнесенных
к горизонтальной проекции
покрытия. При угле накло-
на покрытия а и шаге расста-
новки прогонов и балок В
нагрузку находят из выра-
жения q= (g+p) В. Макси-
мальный относительный
прогиб балок и прогонов
покрытий не должен превы-
шать 1/200 пролета.
Однопролетные
балки ставятся, как пра-
вило, в покрытиях относи-
тельно небольших размеров
наклонно вдоль скатов кры-
ши и опираются на продоль-
ные стены и коньковые про-
гоны. Они рассчитываются
на изгиб как свободно опер-
тые балки на опоры разной
высоты. При расчете в ка-
честве пролета I удобно
Рис. 11.1. Цельные прогоны покрытий:
1 — прогон; 2 — болт; 3 — гвозди; 4 — бобышки
принимать горизонтальную проекцию действительного расстояния
между опорами балки. В таких балках кроме изгибающих момен-
тов возникают еще продольные силы — сжимающие при закрепле-
нии от продольных смещений нижнего конца и растягивающие при
закреплении верхнего конца. Они возникают от действия скатной
составляющей нагрузки, достигают максимального значения у
закрепленного конца, уменьшаются* вдвое в середине пролета и
отсутствуют у свободного конца балки. При расчете балок покрьь
тий, имеющих уклон, как правило, не превышающий 1:2, эти усло-
вия обычно не учитываются, как мало влияющие на их несущую
способность.
Однопролетные прогоны представляют собой продоль-
ные ряды свободно опертых балок, установленных на основные не-
сущие конструкции и поперечные стены крыши. Нейтральные оси
их сечений получают при этом такой же уклон к горизонту, как и
покрытие. Прогоны соединяются по длине на опорах при помощи
косого прируба или дощатых накладок. От сползания по скату про-
14$>
тоны удерживаются отрезками толстых досок — бобышками, приби-
ваемыми к опорам гвоздями или металлическими уголками. Доща-
тыми прибоинами снизу к концам прогонов основные несущие кон-
струкции закрепляются в покрытии от выхода из плоскости/
Прогоны рассчитывают на изгиб от действия только нормальной
^составляющей нагрузки от настила, определяемой с учетом шага
прогонов qx=qc,Qs а, если настил> как, например, двойной пере-
крестный, воспринимает скатные составляющие, и могут при этом
иметь любое, в том числе дощатое, сечение. Если такой настил от-
сутствует, прогоны работают и рассчитываются на косой изгиб от
нормальной и скатной qy=q sin а составляющих нагрузки по фор-
мулам (5.8) и (5.9) и изготовляются из брусьев или бревен, в кото-
рых косого изгиба не возникает. Расчет на косой изгиб приведен в
*§5.2.
Гвозди крепления бобышек работают и рассчитываются на скат-
ную составляющую опорных реакций соседних прогонов, равную
Ry=qylt как несимметричные односрезные соединения с изгибаемы-
ми гвоздями по формулам (6.4), (6.6) и (6.9).
Пример 11.1. Подобрать сечение прогона пролетом Z=4 м, работающего на
♦косой изгиб под углом а=40° к горизонту, на вертикальную линейную равно-
мерную нагрузку — нормативную ^н=0,8 кН/м и расчетную ^=1,1 кН/м.
Решение, cos а=0,766; sina=0,643; ctga=l,192.
Подбор сечения по прочности.
Расчетный изгибающий момент M=^Z2/8=1,1-42/8=2,2 кН-м.
Составляющие изгибающего момента:
МХ = М cos a = 2,2-0,766 = 1,70 кН-м = 17-10-4 МН-м;
Му = М sin a =2,2-0,643 = 1,42 кН-м = 142-10—5 МН-м.
Методом попыток принимаем сечение ЬА=0,10Х0,13 м(10X13 см), доста-
точно близкое к оптимальному ЛОпт=Ь ctg a=0,10-Г,192«0,12 м.
Моменты сопротивления:
Ь№ 0,10-0,132
6 —	6
= 282-10-6 м3;
Напряжение
a =
TVZ №	0,13-0,102
У 6	0
= 217-10-6 м3.
Mx My 17-10-4	142-10-5
Wx = 282-10-6 "и 217-10-6
= 12,6 МПа </?и.
Проверка прогиба. Составляющие нормативной нагрузки:
д* = cos a = 0,8-0,766 = 0,61 кН/м = 61-10—5 МН/м;
= дн sin a = 0,8-0,643 = 0,52 кН/м = 52-10-5 МН/м.
Моменты инерции:	,	ЫА	0,10-0,133 =	=		 = 183-10—7 м4 х	12	12
hb3
у= 12
_ 108-10-7 м<.
12
150
Составляющие прогиба:
5^4	5-61-1Q—5-4*
^= 384£j7= 384-10 000-183-10-6 = 0,011 м;
Л»
.	5g”/4	5-61-10-5-44
fe= 384£J„ = 384-10 000-108-10-7 = 0,016 м-
Относительный прогиб
f _ у f2x +fl _ 0,011 -г 0.016_________1	1
I = I ~	4	= 206 < 200 ’
Спаренные многопролетные прогоны (рис. 11.2)
располагаются поперек скатов крыши и опираются на основные не-
сущие конструкции покрытия и поперечные стены, к которым кре-
пятся так же, как однопролетные прогоны. Спаренный прогон состо-
ит из двух рядов досок на ребро, соединенных гвоздями. Продольные
Рис. 11.2. Спаренный неразрезной прогон:
а — общий вид; б — деталь'стыка; в —расчетная схема; 1 — доски; 2— гвозди
г
стыки соседних досок располагаются вразбежку на расстоянии 0,2
длины пролета от опор, где значения изгибающих моментов близки
к нулю. В стыке прямо обрезанные концы соединяемых досок при*
бивают к соседней сплошной доске расчетными гвоздями. Между
стыками доски соединяют конструктивными гвоздями через каждые
0,5 м. Крайние пролеты, где изгибающие моменты больше, усилива-
ют третьей доской. Такие прогоны рекомендуется применять только
в сочетании с настилами, воспринимающими скбтные составляющие
151
нагрузки и закрепляющими прогон от косого изгиба, при котором
требуются доски значительной толщины и большое количество гво-
здей. Эти прогоны требуют меньшего расхода древесины, чем одно-
пролетные, но их изготовление более трудоемко.
Расчет спаренного прогона производят по схеме многопролетной
неразрезной балки на нормальную составляющую нагрузки. Мак-
симальные изгибающие моменты возникают в прогоне над опора-
ми— над второй опорой момент равен Mi=ql2/10 и над, промежу-
точными M=ql2/12. Проверку напряжений и подбор сечений про-
тона производят по формуле (5.6) по изгибающему моменту на про-
межуточных опорах М. Сечение на второй опоре, усиленное третьей
доской, как правило, работает с достаточным запасом прочности.
Гвоздевые соединения стыков рассчитываются на действующие
ь них поперечные силы Q в стыкуемых досках, определяемые в за-
висимости от величины опорного момента М и расстояния от опоры
до ближайшей группы гвоздей хгв из выражения Q=?Af/2x1B. На эту
силу рассчитывается гвоздевое соединение каждого конца доски в
стыке, как односрезное, несимметричное на-изгибаемых гвоздях, по
формулам (6.4), (6.6) и (6.9).
По прогибам от нормальных составляющих нормативной нагруз-
ки рассчитывают первый пролет прогона, где относительный прогиб
х •	/2,5 &
является наибольшим и имеет значение —	---т-г- -
Z 384 EJ
В некоторых случаях имеется возможность сократить длину пер-
вых пролетов прогона до 0,8 /, уменьшив крайний шаг основных не-
сущих конструкций. При этом изгибающие моменты на всех проме-
жуточных опорах и прогибы всех пролетов могут считаться одина-
ковыми. Отпадает необходимость усиления прогона в первых про-
летах и максимальные прогибы уменьшаются в 2,5 раза. Порядок
расчета спаренного многопролетного прогона показан на примере.
Пример 11.2. Подобрать сечение и рассчитать соединения спаренного много-
пролетного прогона утепленного покрытия. Прогоны устанавливаются с шагом
1,6 м на верхние пояса ферм, имеющие уклон 1 :4, поставленных с шагом 4,5 м.
Двойной перекрестный настил закрепляет прогоны от косого изгиба. На прогон
действует нормативная и~расчетная нагрузка от массы покрытия и снега, равные
4?н=3,1 кН/м (310 кгс/м) и 0=4 кН/м (400 кгс/м) .
Решение. Расчетная схема nporotfa — многопролетная неразрезная балка
с равными пролетами /=4,5 м.
Угол наклона tga=l : 4=0,25, a=14°; cosa=0,97; sina=0,24.
Составляющие нагрузки:
нормативная 0хн=0я cos a=3,l -0,97=3,0 кН/м;
расчетные: qx = q cos a = 4,0-0,97 = 3,9 кН/м;
qy = q sin a =4,0-0,24 = 0,96 кН/м.
Подбор сечения по прочности. Изгибающий.момент на промежу-
точных опорах
0г/2	3,9-4,52
Л4 = -^— = -J—-— = 6,6 кН м = 66-10-4 м.
12	12
Расчетное сопротивление изгибу /?и=13 МПа (130 кгс/см2).
152
Требуемый момент сопротивления ТГтр =М//?и=0,0066/13=51 • 10“Б мэ.
Задаемся шириной сечения досок 61=0,05 м; 6=2-0,05=0,10 м.
Требуемая высота сечения
0,10
6-51-10-5
= 0,175 м.
Принимаем сечение 66=0,10X0,18 м.
Расчетный момент сопротивления
0,10-0,182
= 54-10—5 м3.
Действующее напряжение <г=66-10"4/54-10"5=12,2 МПа</?ж.
Первые пролеты прогона усиливаем третьей доской без расчета.
Проверка прогиба прогона в первом пролете:
момент инерции сечения
0,05-3-0,183:
12
= 73-10-6 м4;
относительный прогиб
/	2,5?н/3	2,5-0,003-4,53________1	1
I ~ 3MEJ ~ 384-10 000-73-10-6 - 412 < 200 *
Расчет стыка прогона на гвоздях на подкладках (а=с):
расстояние стыков от опор а=0,2/=0,2-4,5=0,9 м;
расстояние ближайших гвоздей от опор хгв=а—0,10=0,9—0,10=0,8 м;
поперечная сила в стыкуемой доске Q=М/2хгв=66-10"4/2-0,8=41-Ю"4 МН.
Принимаем гвозди d=5 мм; /=125 мм. Несущая способность гвоздя в несим-
метричном односрезном соединении при d=0,005 м а=с=0,05 м.
По изгибу гвоздя TM=25d2+a2=25-0,0052+0,052=87-10~5 МН.
По смятию древесины T0*=3,5cd=3,5-0,05-0,005=87-10"® МН.
Требуемое число гвоздей в конце каждой доски nTP = Q/T=41-10"4/87-10"® шт.
Принимаем 5 шт.
Расчет крепления прогона бобышками толщиной 0,10 м:
скатная составляющая опорных реакций /?v=^v/=96-10"®-4,5=43-10"4 МН.
Гвозди принимаем такие же, как й в стыках,— Т=87-10"® МН/ .
Требуемое количество гвоздей птр=Ry/T=43-10~4/87 -40"® = 5 шт.
Консольно-балочные прогоны представляют собой продольные
ряды брусьев или бревен_со встречным расположением стыков за
пределами опор. При этом более длинные брусья образуют в про-
межуточных пролетах две консоли, а в крайних — одну, на которые
опираются более короткие брусья при помощи косого прируба, стя-
нутого болтом. Такие прогоны применяют в покрытиях при шаге ос-
новных несущих конструкций не более 4,5 м, допускающем исполь-
зование лесоматериалов стандартной длины.
Расчет консольно-балочных прогонов производят по схеме мно-
гопролетной статически определимой балки с пролетами I на нор-
мальные составляющие нагрузок. Прогоны в зависимости от распо-
ложения стыков могут быть, равномоментными и равнопрогиб-
ными.
153
В равномоментных прогонах стыки располагаются на расстоянии
0,15 I от опор, а крайние пролеты уменьшаются до 0,85 /. Изгиба-
ющие моменты при этом на опорах и в пролетах равны ЛГ=?/2/16,
.	f 2
а максимальные относительные прогибы равны у-=“^
/1
а относительные прогибы во всех пролетах равны
EJ
В равнопрогибных прогонах стыки располагаются на расстоянии
0,2 /, а крайние пролеты уменьшаются до 0,8 L При этом на опорах
возникают максимальные изгибающие моменты, равные M=ql2/12,
EJ ‘
Скатная составляющая нагрузки может вызвать сдвиги в сты*
ках и должна быть воспринята настилом. При всех пролетах одина-
ковой длины изгибающие моменты на вторых опорах и прогибы пер-
вых пролетов будут такими же, как и в спаренных многопролетных
прогонах.
Балки перекрытий являются опорами настилов между-
этажных, чердачных перекрытий и рабочих площадок. В большин-
стве случаев — это однопролетные балки, свободно опертые на сте-
ны, стойки и перегородки здания. Эти балки работают на изгиб от
собственной массы перекрытия и временной полезной нагрузки.
Они рассчитываются по прочности и прогибам при изгибе по фор-
мулам (5.6) и (5.7). Предельный прогиб балок междуэтажных пе-
рекрытий составляет f/l= 1/250.
С целью экономии древесины целесообразно выполнять эти бал-
ки из цельных или окантованных бревен. Размеры прямоугольного
сечения при подборе его по прочности следует принимать из соотно-
шения b=0,7 h и требуемую высоту сечения Лт определять из вы-
ражения Ат=у< 6U70,7.
Междуэтажные перекрытия с деревянными балками должны
быть дополнительно проверены на зыбкость. Их прогиб от сосредо-
точенного в середине пролета груза Р=0,6 кН (60 кгс) не должен
превышать 0,05 см:
PZ3
48EJ
а,05 см.
В этих балках нередко делают подрезки концов на опорах. Та-
кие подрезки разрешается применять строго ограниченной величи-
ны с тем, чтобы не вызвать опасной концентрации напряжений. Глу-
бина подрезки должна быть не более V4 высоты сечения, длина —
не более высоты и длина скъса— не менее V2 высоты. При этом
среднее условное напряжение скалывания древесины наслторе от
действия опорной реакции R ограничивается, выражением
t=—— <0,4МПа (4 кгс/см2),
bh
где b и h — размеры сечения.
154
§ 11.2. Клееные балки
7
Клееные балки из досок и фанеры, склеенные синтетическим кле-
ем, являются основным видом составных балок заводского изготов-
ления. Размеры и форма сечений клееных балок могут быть практи-
чески любыми независимо от сортамента пиломатериалов и фанеры.
Древесина клееных балок после искусственной сушки и фанера
дольше сопротивляются загниванию, чем древесина прочих конст-
рукций. Клеевые соединения, жесткие и стойкие против увлажне-
ния, обеспечивают монолитность балок. Клееные сплошные балки
крупных сечений имеют, как правило, достаточный предел огне-
стойкости.
'	I
Рис. 11.3. Дощатоклееные балки:
а — типы балок; б — типы сечений; в — размещение стыков; г — размещение досок по
качеству; /«—односкатная балка; 2 — двускатная; 3 — ломаная; 4 — гнутая; 5— пря-
моугольное сечение из цельных досок; 6 — то же, из стыкованных по ширине досок;
-7— рельсовидное сечение; 8 — двутавровое сечение; 9 — зубчатые стыки; I—III— ка-
тегории качества
Дощатоклееные балки (рис. 11.3) прямоугольного сечения, скле-
енные из досок плашмя, изготовляют заводы клееных конструкций
в наибольших объемах. Их применяют главным образом в качестве
основных несущих конструкций покрытий сельских, общественных
и промышленных зданий. Используют их также в виде прогонов,
пролеты и нагрузки которых не позволяют применить прогоны цель-
ного сечения, а также в виде главных балок перекрытий, мостов и
других сооружений. В отечественном строительстве дощатоклееные
балки находят применение в покрытиях пролетом до 18 м. За рубе-
жом имеются примеры эффективного применения дощатоклееных
балок в покрытиях пролетом до 30 м.
155
Сечения дощатоклееных балок принимают в большинстве случа-
ев шириной не более 17 см, что позволяет изготовлять их из цельных
по ширине досок. Балки большей ширины изготовляют из менее ши-
роких досок, склеенных между собой кромками с расположением
этих стыков в разбежку по высоте, что увеличивает трудоемкость их
изготовления. Ширину сечения клееных балок нашими нормами
рекомендуется принимать не менее Ve их высоты. В зарубежной
практике этого ограничения нет. Высота сечения балок определяет-
ся расчетом и находится в пределах от Ую до V15 пролета, она увя-
зывается с толщиной досок после фрезерования.
Форма дощатоклееных балок по длине (рис. 11.3) может быть
прямоугольной односкатной, сегментной и двускатной, постоянной
и переменной высоты. Прямоугольные и сегментные балки имеют,
как правило, постоянную по длине высоту. Двускатные трапецие-
видные балки имеют переменную высоту, получаемую при склеива-
нии досок уменьшающейся кверху длины. Двускатные ломаные бал-
ки собирают из двух прямых элементов, соединенных в коньке зуб-
чатым соединением. Двускатные гнутые "балки имеют выгиб в зоне
конька и двускатную коньковую наклейку. Они могут быть постоян-
ного и переменного сечения. Высота балок переменного сечения на
опорах должна быть не менее 0,4 высоты сечения в середине длины.
Балки склеивают из досрк толщиной не более 50 мм. Примене-
ние более тонких досок несколько увеличивает несущую способ-
ность балок за счет меньшего влияния их коробления, но приводит
к повышению трудоемкости изготовления и расхода клея. Доски
перед склеиванием фрезеруются по пластям на 2,5—3,5 мм, а после
склеивания кромки балок фрезеруются в .'среднем на 5 мм.
Доски располагаются по высоте сечения балок таким образом,
чтобы древесина наиболее высокого качества размещалась в наибо-
лее напряженных нижней и верхней зонах. В балках с высотой се-
чения более 50 см доски растянутой нижней зоны (0,17 высоты
сечения балки) относятся к I категории качества. Доски сжатой и
следующей по высоте растянутой и сжатой зон такой же толщины
относятся к II категории и доски средней зоны —к III категории ка-
чества. В балках высотой до 50 см доски растянутой и сжатой зон
относятся к II категории качества, поскольку эти зоны имеют отно-
сительно меньшую высоту.
По длине все доски дощатоклееных балок стыкуются на зубча-
тое соединение, имеющее равную прочность с древесиной элементов
I категории. Стыки должны располагаться на расстояниях не менее
30 см по длине и вразбежку—^в соседних слоях. Практически при
заводском изготовлении балок все эти требования соблюдаются ав-
томатически.
Расчет дощатоклееных. балок покрытий производят
на изгиб в большинстве случаев по схеме однопролетной свободно
опертой балки на равномерную нагрузку q от собственной массы по-
крытия, балки и массы снега. Расчетное сечение, где действуют мак*
симальные нормальные напряжения, в балках переменной высоты
трапециевидной и ломаной формы не совпадает, как в балках посто-
156
янной высоты, с местом действия максимального изгибающего мо-,
мента, поскольку момент сопротивления сечений уменьшается у
них от середины балки быстрее, чем изгибающий момент. Расстоя-
ние расчетных сечений от опор х определяется путем отыскания ми-
нимума эпюры нормальных напряжений по длине балки. В балке с
высотой в середине длины Л и на опорах h0 расстояние расчетных
сечений от опор определяют из выражения	Изгибающий
2h
момент в этом сечении равен М =	— х).
Сечения дощатоклееных балок в результате жесткости клеевых
соединений считаются монолитными, и их геометрические характе-
ристики определяются как для цельных сечений. Несущая способ-
ность балок повышается с увеличением их высоты в меньшей степе-
ни, чем момент сопротивления, так как при этом возрастает высота
зон максимальных нормальных напряжений. Это учитывается сни-
жением момента сопротивления сечений коэффициентом условий
работы то при высоте более 70 см и увеличением при высоте менее
70 см. Этот коэффициент принимает следующие значения (но при
ширине сечения менее >14 см он не должен быть более 1):
Л, см... до 50 60 70 80 100 120 и более
тб....... 1,15 1,05 1,0 0,9 0,85 6,82
Проверку прочности дощатоклееных балок по нормальным на-
пряжениям производят по формуле
Н1.Г
и*
Прочность клеевых соединений на скалывание от действия мак-
симальных поперечных сил на опорах рассчитывается по формуле
(6.9). Сечения дощатоклееных балок большой относительной вы-
соты и переменного сечения на опорах часто определяют расчетом
клеевых швов на скалывание. Требуемую высоту сечения балок на
опорах Лтр определяют по формуле (11,.2), преобразованной из
(6.9) относительно искомой высоты с заменой статического момента
и момента инерции их выражениями для прямоугольного сечения:
3Q
(.11.2)
где fep=0,6 Ъ; уменьшение ширины сечения учитывает возможность
непроклея в клеевом шве.
В гнутых дощатоклееных балках при радиусе кривизны г воз-
никают растягивающие напряжения поперек волокон, которые дол-
жны быть проверены ио формуле
1,5Л4	т>.	ч
°р= h Л ^^?р9о (0>7 МПа).
ГЬрП
157
Расчет дощатоклееяых балок по прогибам от нормативной на-
грузки производят по общей формуле (5.7), когда их относительная
высота не превышает V20 пролета. При большей относительной вы-
соте, характерной для балок покрытий, необходимо учитывать до-
полнительный прогиб от действия касательных напряжений. Этот
прогиб зависит от коэффициента ц= 1,2, пролета /,'модуля сдвига
G, площади сечения F и определяется выражением/Т=Р' 5-
-ч	Виг
Учитывая, что отношение модуля сдвига G к модулю упругости Е
принимается равным 20, полный относительный прогиб дощатокле-
еной балки пролетом / прямоугольного сечения мо^сет быть опре-
делен по формуле
Расчет по прогибам балок переменного сечения производят по
этой же формуле с учетом увеличения прогиба в результате умень-
шения высоты балок к опорам. Это учитывается путем определения
прогиба балки постоянной приведенной, высоты ЛПр, которую нахо-
дят в зависимости от наибольшей высоты h и коэффициента жест-
кости k из выражения Лпр=Л £ж. Коэффициенты балки с высо-
той на опорах h0 равны: £=0,15+0,85 (h^h), с=15+4 й0/£. Мо-
мент йнерции приведенного сечения равен Jnp=kJh.
Для обеспечения поперечной устойчивости клееных балок отно-»
шение высоты их сечений к ширине должно быть hlb<£.
Если точки закрепления верхней сжатой зоны балок в покрытии
находятся на незначительном расстоянии /р друг от друга, опреде-
ляемом в зависимости от высоты h и ширины Усечения из выраже-
ния /р<70(62/й), поперечная устойчивость балок обеспечена. Если
Zp>70(fe2/ft), балки могут выйти из вертикальной плоскости и дол-
жны быть рассчитаны на устойчивость плоской формы изгиба по
формуле
М
(11.4)
где коэффициент устойчивости фб однопролетных свободно опертых
балок при равномерной нагрузке равен
<Р6=16О——.
flip
При фб^=2 проверка устойчивости не требуется.
Дощатоклееным балкам, как правило, в процессе изготовления
придается строительный подъем, выгиб в сторону, противополож-
ную действию нагрузки, равный V200 пролета. В. некоторых случа-
ях этим балкам, по архитектурным требованиям, придается значи-
• тельный начальный прогиб в сторону действия нагрузки и их опоры
располагают на разной высоте. При расчете таких балок следует
учитывать возникающие в них дополнительно продольные силы.
158
В ряде случаев с эффектом применяют многопролетные и кон-
сольные дощатоклееные балки. Они; как правило, имеют постоян-
ное сечение в пролетах и переменное, уменьшающееся к концу, се-
чение в пределах консолей. Расчет таких балок производят общими
методами строительной механики с учетом влияния размеров их
сечений и конструкции закреплений на несущую способность и ус-
тойчивость плоской формы изгиба.
Пример 11.3. Подобрать переменное прямоугольное сечение дощатоклееной
двускатной трапециевидной балки утепленного покрытия под рулонную кровлю
уклоном Z=1 : 12, пролетом 12 м, на которую действует равномерная нагрузка
от собственной массы конструкций покрытия и снега, интенсивностью, отнесен-
ной к проекции покрытия: нормативная ^н=10 кН/м (1100 кгс/м); расчетная
<7=13 кН/м (1300 кгс/м).
Решение. Принимаем для изготовления балки доски с площадью сечения
50X180 мм. Ширина сечения балки после фрезерования будет рацца 5=0,17 м.
Поперечная сила на опорах Q=^Z/2=13 «12/2=78 кН=0,078 МН (7800 кгс).
Требуемая высота сечения балки на опорах из условия прочности клеевых швов
3Q	3-0,078	л
ho =------------ =-------------7 = 0,48 м.
2i/?CKmCK	2-0,17-0,6-2,4
Принимаем высоту на опорах Ао=0,5 м.
Высота в середине пролета
Z
h = h0 + — Z = 0,5 +
Л4
= 1,0 м.
Положение расчетного сечения
' lhQ 12-0,5
2h ~ 2-1,0
= 3,0 м.
Изгибающий момент
ах	13 • 3
М = -^—- (Z— х) = —-—(12 — 3) = 175 кН«м = 0,17о МН-м ,
£ £
(175 000 Rrc-м).
Проверка нормальных напряжений:
высота расчетного сечения
hx — ho +
(h — ho)x
0,5Z
= 0,50 +
(1,0 — 0,50)3
0,5-12
= 0,75 м; mg = 0,95;
, момент сопротивления
b№ 0,17-0,752
= 0,016 м3;
напряжение
M 0>175	, „
° = “77— = —T77-----77" = 11,5 МПа < R
0,016-0,95
Проверка прогиба:
момент инерции сечения в середине длины
bh? 0,17-1,03
12 “ ' 12
= 0,0142 м<;
159
коэффициенты: &=0,15+0,85 (0,5/1,0) =0,575; с= 15+4-0,5/1,0= 17;
относительный прогиб
f 5 ffHZ3 I	\_____5	________10-123
l	~ 384	' EJk \	. ° 12 /	384	’ 10,000-0,0142-0,575
1,02
122
325	300
Проверка поперечной устойчивости балки:
« Расстояние между закреплениями балки в покрытии /р=1,5 м.
Приведенная высота сечения
= 1,'Оу 0,575 = 0,83 м.
Отношение высоты к ширине Ап₽/Ь=0,83/0,17=4,9<6. Требуемый шаг закрепле-
ний 126 = 12 • 0,17=2,04> 1,5 м.
Следовательно поперечная устойчивость балки обеспечена и проверка устой-
чивости плоской формы изгиба не требуется.
Дощатоклееные балки двутаврового и рельсовидного . сечения.
Двутавровые дощатоклееные балки из досок плашмя состоят из
стенки шириной не менее 80 мм и двух полок шириной не более
двойной ширины стенки. Их применяют при тех же пролетах, что» и
балки прямоугольного сечения. По условиям технологии изготовле-
ния они имеют постоянное по длине сечение.
Малогабаритные дощатоклееные балки состоят из стенки из од-
ной или двух досок на ребро и двух полок одинаковой или раз-
ной ширины из досок плашмя. Они применяются при пролетах
до 7 м.
Расчет двутавровых балок производят с учетом влияния двутав-
ровой формы сечения на их несущую способность и жесткость. При
расчете по прочности момент сопротивления их сечения W снижает-
ся дополнительно коэффициентом формы сечения который за-
висит от отношения ширины стенки &Ст к ширине полки_йп и колеб-
лется от 0,9 (при отношении *0,5) до. 0,75 (при отношении 0,25).
Применение дощатоклееных балок двутаврового сечения огра-
ничивается тем, что технология их изготовления существенно слож-
нее, чем балок прямоугольного сечения, что экономически не оправ-
дывается получаемой некоторой экономией материалов.
Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок, дощатых по-
лок и ребер, скленных между собой. Они имеют ту же область при-
менения, что и дощатоклееные балки, но отличаются от них сущест-
венно меньшей массой и меньшим расходом древесины, требуемым
при их изготовлении, благодаря тому что древесина сконцентриро-
вана в зонах действия максимальных нормальных напряжений при
изгибе. Фанерные стенки этих балок работают на срез надежнее,
чем древесина на скалывание. Однако применение этих балок сдер-
живается временной дефицитностью строительной фанеры, большей
трудоемкостью их изготовления и меньшим пределом огнестойкости
тонких фанерных стенок. По типу конструкции клеефанерные балки
разделяют на ребристые и с волнистыми стенками.
Клеефанерные ребристые балки (рис. 11.4) по фор-
ме сечений бывают коробчатыми и двутавровыми. Коробчатые бал-
160
ки отличаются от двутавровых повышенной жесткостью из плоско-
сти изгиба и гладкими боковыми поверхностями. Двутавровые бал-
ки имеют обычно одинарные фанерные стенки и не обладают пре-
имуществами коробчатых, но требуют вдвое меньшего расхода фа-
неры. По длине клеефанерные балки могут иметь постоянное и пе-
ременное сечение. Основным типом таких балок являются трапецие-
видные двускатные. Их высоту в середине пролета определяют рас-
четом на изгиб, и она получается близкой к Vio— V12 пролета. Высо-
ту сечения на опорах определяют расчетом стенок на срез и устой-
чивость, и она должна быть не меньше 0,4 пролета.
Рис. 11.4. Клеефанерная ребристая балка: '
1 — дощатые пояса; 2—фанерные стенки; 3 — стык пояса; 4 — ребра; 5 — коробчатая балка;
б — двутавровая балка; 7 — стык стенки
Балки переменного сечения сегментной формы требуют изготов-
ления гнутого верхнего пояса, который не нуждается в устройстве
стыка в середине длины. Односкатные прямоугольные балки явля-
ются наименее трудоемкими в изготовлении, но область их приме-
нения ограничена.
Стенки клеефанерных ребристых балок изготовляют из водо-
стойкой строительной фанеры толщиной 10—12 мм. Направление
наружных волокон фанеры следует принимать параллельным во-
локнам поясов и продольным осям балки. При этом стенки работа-
ют на изгиб в направлении наибольшей прочности и жесткости их
сечений и имеется возможность их предварительно соединять по
длине усовым соединением. При поперечном по отношению к поя-
сам расположении наружных волокон фанерных стенок их соеди-
6—2411	161
некие по длине более трудоемко и осуществляется при помощи
стыковых накладок.
Пояса клеефанерных балок изготовляют прямоугольной формы
из досок. Пояса коробчатых балок представляют собой одиночные
клееные брусья, расположенные между двумя фанерными стенками.
Пояса двутавровых балок состоят из дв^жлееных брусьев, распо-
ложенных по обе стороны стенки. Доски доЯ^ов могут располагать-
ся как горизонтально, так и вертикально. По плоскостям склеива-
ния с фанерными стенками пояса должны иметь прорези для того,
чтобы ширина клеевых швов не превосходила 10 см для предотвра-
щения перенапряжения швов в результате различных деформаций
древесины поперек волокон и фанеры при колебаниях влажности.
По длине доски поясов соединяются зубчатым стыком. В месте
перелома двускатных балок в коньке верхний пояс соединяется по
длине угловым зубчатым, соединением. При отсутствии оборудова-
ния для такого соединения он может в этом месте соединяться бо-
ковыми дощатыми накладками на болтах. Нижние растянутые по-
яса балок должны изготовляться из досок высшей, I категории ка-
чества. Верхние сжатые пояса изготовляются из досок II категории
качества.
Ребра клеефанерных балок изготовляют из досок II категории
качества. В коробчатых балках ребра располагаются в полости ме-
жду двумя фанерными стенками, а в двутавровых балках — по обе
стороны стенки. Их рекомендуется совмещать со стыками стенок и
опорами прогонов. По длине ребра ставятся с шагом, равным Vs —
Vio пролета.
Расчет ребристых клеефанерных балок производят на изгиб
с учетом совмёстной работы дощатых поясов и фанерных стенок
без учета податливости соединений. В трапециевидных балках пе-
ременной высоты сечение, где при равномерной нагрузке действуют
максимальные напряжения изгиба, находится не в середине проле-
та, а на расстоянии х от опоры и определяется в зависимости от
пролета /, высоты опорного сечения между осями поясов hQ' и укло-
на пояса i по формуле
х=[Ут(1+т)-Т]А	 (11.5)
где y—h'olli.
Изгибающий момент в этом сечении равен М=0,5 qx(l—х).
Геометрические характеристики сечений клеефанерных балок
определяются с учетом различных модулей упругости древесины
/д и фанеры /ф.
Момент инерции сечения /щ>.д и момент сопротивления 1Рпр.д,
приведенные к древесине поясов, определяют по формулам
пр.Д----'д
+^Ф
ЕФ • U7 „
> W пр.д
*
(11.6)
Проверку поясов балки по нормальным напряжениям произво-
дят по формуле
а=ЛГ/1Гпр.д</?и.
162
Аналогично проверяют по нормальным напряжениям фанерную
стенку с учетом момента сопротивления сечения, приведенного к фа-
нере. Если в расчетном сечении фанера имеет стык на ус, учитыва-
ется ослабление ее в этом месте коэффициентом тф=0,6.
В опорном сечении фанерной стенки действуют максимальные
срезающие и главные растягивающие напряжения. Эти напряжения
проверяют с учетом поперечной силы Q, статического момента 5пр.ф
и момента инерции /Пр.ф сечения, приведенных к фанере, и суммар-
ной толщины стенки б по формуле
т= —пр-ф < /?ф.ср (6 МПа); /?ф.р (4,5 МПа). '
Упр.фЬ
Клеевые швы между наружными слоями фанеры стенки в мес-
тах ее склеивания с поясами работают и рассчитываются на скалы-
вание с учетом максимальной поперечной силы Q, статического мо-
мента пояса 5Д, приведенного к фанере момента инерции /пр.ф, и ши-
рины площади скалывания, равной, как правило, двойной высоте
поясов (2 йп), по формуле
*	t=—^-</?ф.ск(0,6 МПа).	(11.7)
Упр.ф2Лп
Для обеспечения устойчивости фанерной стенки из плоскости от-
ношение высоты стенки между кромками поясов в середине опорной
панели йст к толщине фанеры бф должно отвечать условию йСт/б^
^80. Если стенка имеет меньшую толщину, она должна быть про-
верена на местную устойчивость от совместного действия нормаль-
ных и касательных напряжений.
Для обеспечения устойчивости плоской формы изгиба верхний
сжатый пояс балки шириной Ьп и высотой йп должен быть закреп-
лен в покрытии сплошь или в точках, расстояние /р между которы-
ми должно быть не более /р^70/(йп2/Ьп)«
Прогибы клеефанерных балок зависят от величин моментов
инерции и модулей упругости деревянных поясов и фанерных сте-
нок, а также от высот сечений между осями поясов в середине h' и
на опорах ho, а также от касательных напряжений в стенках. Про-
верку максимального прогиба производят по формуле
?н/з< Г / 1	1
(^*д7Д +	ф)	- I -	300
(11.8)
где k =0,44-0,6 — (11.9); kx=---------1 ,  (11.10).
ж ' л v '	-1 + юо(Л702
Клеефанерные балки с волнистой стенкой, (рис. 11.5) относятся к классу ма-
логабаритных балок. Они имеют двутавровое сечение, постоянное по длине.
Пояса их состоят из одиночных досок II категории качества. Они располагаются
горизонтально плашмя, и в их пластях образуются волнистые по длине пазы
клиновидного сечения. Фанерная стенка имеет волнистую по длине форму, ко-
торая придается ей в процессе изготовления. Волокна наружных слоев фанеры
располагаются вдоль стенки. Стенка вклеивается краями в пазы поясов. Благо-
6*	163
даря волнистой форме стенка лучше сопротивляется потере устойчивости, чем
плоская, и не нуждается в укреплении ее ребрами жесткости.
Расчет балок с волнистой стенкой производят с учетом того, что стенка
практически не работает на нормальные напряжения при изгибе и эти напряже-
ния воспринимаются только поясами. Кроме того, она благодаря своей форме
Рис. 11.5. Клеефанерная балка с волнистой стенкой:
/ — дощатые пояса; 2 — фанерная стенка; 3 — соединение в паз; 4 — соединение по
кромкам
является податливой, поэтому расчет таких балок по прочности и прогибам при
изгибе производят как составных балок с податливой стенкой. Клеевые соедине-
ния стенки с поясами рассчитываются на
А
Рис. 11.6. Клееная армированная балка:
1 — дощатоклееная балка; 2 — стальная арма-
тура
скалывание между шпонами фанеры
с учетом ширины швов, равной двой-
ной глубине пазов.
Дощатоклееные армированные
балки (рис. 11.6) представляют со-
бой деревянные клееные балки, в
крайние, наиболее напряженные,
зоны которых вклеиваются стержни
стальной арматуры. Такие балки име-
ют существенно большую несущую
способность и жесткость, чем неар-
мированные такого же сечения, и их
целесообразно применять в тех по-
крытиях, где требуются балки ми-
нимальной строительной высоты или
. с целью экономии досок I категории
качества. Однако эти балки более
трудоемки в изготовлении, чем неар-
мированные, и требуют расхода
стали.
Армированные балки имеют пря-
моугольное сечение шириной, необ-
ходимой для размещения не менее
двух арматурных стержней, и склеиваются из досок II категории качества
плашмя. Расчетные сопротивления древесины этих досок изгибу ввиду меньшего
влияния пороков принимаются повышенными до 15 МПа (150 кгс/см2). Во-вто-
рых, от кромок досок прорезаются прямоугольные или полукруглые пазы на
164
5 мм шире диаметра арматуры. Крайние ^доски приклеиваются после вклеивания
арматуры. По длине эти балки имеют, как правило, постоянное сечение и строи-
тельный подъем.
Арматуру для нормирования балок применяют двойную классов А-Ш и
A-IV с расчетными сопротивлениями 34 и 51 МПа. Одиночное армирование дает
незначительный эффект и нецелесообразно. Процент армирования находится в
пределах 2—4. Арматуру в большинстве случаев применяют без предваритель-
ного напряжения, однако возможно и применение предварительно напряженной
арматуры.
Клей для вклеивания арматуры применяют эпоксидно-цементный, обеспечи-
вающий надежное соединение металла с древесиной.
Расчет армированных балок на изгиб производят с учетом совместной рабо-
ты клееной древесины и стальной арматуры методом приведенных сечений,
учитывающим модули упругости древесины и стали.
Приведенные геометрические характеристики прямоугольного сечения балки
шириной b и высотой А, армированной двойной симметричной арматурой общей
площадью Fa, помещенной на глубине а от кромок, определяют по формулам
(11.11)—(11.13). Рабочая высота h0=h—2а\ рабочая площадь сечения F=bho.
Отношение модулей упругости n^=£c/Fs=210 000/10 000=21.
Коэффициент армирования g=Fa/F.
Приведенный момент инерции
Л,Р=(*Ао/12)(1+Зп£ц).	(11.11)
Приведенный момент сопротивления
^ир = (bhl/6) (1 + 3«£.|Л).	(11.12)
Приведенный статический момент
$„₽ = (bh?o/8) (1 +2ле1л).
(11.13)
Расчет дощатоклееных армированных балок по прочности производят исхо-
дя из того, что древесина в них разрушается при испытаниях прежде, чем сталь-
ная арматура, и ее прочность будет проверена по формуле
о =	-С
Клеевые соединения досок рассчитывают на скалывание по фор-
муле (5.16) с учетом приведенных величин момента инерции и ста-
тического момента армированного сечения. Клеевые соединения ар-
матуры с древесиной работают на скалывание с избыточным запа-
сом прочности и не нуждаются в расчетной проверке.
Расчет армированных балок по прогибам производят по общей
формуле (5.7) с учетом модуля упругости древесины и приведенно-
го момента инерции сечения.
§ 11.3. Составные балки на податливых соединениях
Составные балки на податливых соединениях состоят из отдель-
ных элементов, которые работают на изгиб совместно благодаря
тому, что сдвигающие усилия между ними воспринимаются подат-
ливыми соединениями. Такие балки могут состоять из досок, соеди-
ненных гвоздями, брусьев или бревен, соединенных по высоте сече-
ния болтами или деревянными вкладышами. Такие балки являются
трудоемкими конструкциями построечного изготовления, требуют
расхода брусьев и досок крупных сечений и допускаются к приме-
165
Рис. 11.7. Составная балка на податли-
вых соединениях (схема работы):
1 — элементы балки; 2 — соединения
нению только во временных зданиях и сооружениях. Составные бал-
ки образуются также при усилении балок, имеющих недостаточную
несущую способность, боковыми обшивками. В число составных ба-
лок входят дощато-гвоздевые балки с перекрестной стенкой и брус-
чатые балки на дубовых пластинках.
Дощато-гвоздевые балки с перекрестной стенкой могут иметь
пролеты до 12 м и высоту в середине не менее ’Л пролета и на опо-
рах— не менее 0,4 высоты в середине. Они имеют двутавровое се-
чение, постоянное по- длине в
односкатных и переменное в
двускатных балках. Пояса
этих балок состоят из толстых
^двойных досок на ребро, сое-
диненных по длине болтовыми
стыками. Стенка образуется
из двух перекрестных слоев
досок толщиной не менее по-
ловины толщины досок поясов,
наклоненных под углом 30—
45° к горизонту. Пояса соеди-
няются со стенкой гвоздями с
обеих сторон. Стенка соединя-
ется короткими конструктив-
ными гвоздями и укрепляется
дощатыми ребрами жесткости.
В двускатных дощато-гвоз-
девых балках расчетное сече-
ние, где действуют максималь-
ные нормальные напряжения,
находят по формуле (11.6),
Перекрестная стенка этих ба-
лок не может воспринимать нормальных напряжений, а пояса
фактически работают в большей степени не на изгиб, а на сжатие
и растяжение от продольных сил N. Эти продольные силы условно
считаются приложенными в центрах сечений поясов и определяют-
ся в зависимости от изгибающего момейта М и расстояния между
центрами поясов й0 из выражения N=±M/h0. Доски верхнего поя-
са рассчитывают на сжатие и устойчивость из плоскости при рас-
четной длине, равной расстоянию между их закреплениями в про-
гонах без учета их гвоздевых связей. Нижний пояс рассчитывают
на растяжение по сечению, ослабленному болтами стыка. Попереч-
ную силу воспринимает перекрестная стенка.
Гвозди поясов рассчитывают, как изгибаемые двухсрезные на
сдвигающие силы Т, определяемые в зависимости от значений попе-
речной силы Q и расстояния между центрами сечений поясов й0 из
выражения T=QlhQ. Количество гвоздей уменьшается ступенями
от опор к середине пролета в соответствии с эпюрой Q.
Балки на дубовых пластинках (балки Деревягина) могут иметь
пролет до 6 м. Они состоят из двух или трех цельных брусьев, по
166
высоте соединенных рядами дубовых пластинок, вставленных в гне-
зда. В процессе изготовления этим балкам придается строительный
подъем, благодаря которому обеспечивается плотное защемление
пластинок в гнездах. Балки эти работают и рассчитываются на из-
гиб, как составные на податливых соединениях, а число пластинок
•определяется по их несущей способности при изгибе и смятии.
Расчет составных балок (рис. 11.7) на податливых соединениях
производят по прочности и прогибам при изгибе с учетом того, что
их несущая способность и жесткость снижаются в результате по-
датливости соединений по сравнению с цельными балками и балка-
ми с неподатливыми клеевыми соединениями.
Расчет по прочности сечений производят по формуле (5.6), в ко-
торой момент сопротивления W определяется с учетом совместной
работы элементов, но снижается коэффициентом податливости со-
единений kw, меньшим единицы, который зависит от пролета, коли-
чества элементов и принимается по табл. 17 СНиП II-B.4—71.
Расчет соединений производят на действие сдвигающих сил,
возникающих от поперечных сил Q в плоскостях между элемента-
ми балки. Эти силы представляют собой суммы действующих на
каждой половине длины балки 1/2 по всей ее ширине b напряжений
скалывания т и находятся в соответствии с треугольной эпюрой по-
леречных сил при равномерной нагрузке в следующем порядке:
т =т:Ь~ 1 —h — = SL Sl —	5 _
,/2— ° 2	2 Jb 4	2	J-4	8 J J '
Соединения располагаются по длине балки равномерно и дол-
жны быть рассчитаны с учетом максимальных скалывающих на-
яряжений у опор. Фактическая эпюра скалывающих напряжений
благодаря податливости соединений искривляется в сторону умень-
шения до 75% к опорам, поэтому для предотвращения перенапря-
жения соединений у опор теоретическая сдвигающая сила увеличи-
вается условно не вдвое, а только в полтора раза, и определяется по
формуле
MS
Число дубовых пластинок п на половине пролета 1/2 балки опре-
деляют по формуле
где 7\ — несущая способность одной пластинки по смятию или
изгибу.
Расчет по прогибам составных балок производят по формуле
(5.7). При этом податливость соединений учитывается умножени-
ем момента инерции на коэффициент Лж, принимаемый по табл. 17
СНиПа. Относительный прогиб составных балок не должен превы-
шать ’/зоб пролета.
167
*	ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	На какие нагрузки работают и рассчитываются балки и прогоны покры-
тий и какие усилия в них определяются?
2.	Как подбираются сечения и определяется число гвоздей в стыках спарен-
ных многопролетных прогонов?
3.	Как решаются и рассчитываются крепления прогонов к основным несущим
конструкциям?
4.	Какие имеются дощатоклееные балки по типам сечений и фасадов?
5.	Как располагаются доски различных категорий качества по высоте се-
чений дощатоклееных балок?
6.	Какие стыки досок выполняются в дощатоклееных балках?
7.	Как работают и рассчитываются дощатоклееные балки? Как выполняется
расчет балок переменного сечения?
8.	Как проверяется дощатоклееная балка на устойчивость плоской формы
изгиба?
9.	Какие имеются конструкции клеефанерных балок?
10.	Как работают и рассчитываются клеефанерные балки? Как учитывается
различие модулей упругости древесины и фанеры?
11.	Какую конструкцию имеют дощатоклееные армированные балки?
12.	Как работают и рассчитываются дощатоклееные армированные балки?
Как учитывается различие модулей упругости древесины и стали?
13.	Как работают и рассчитываются дощато-гвоздевые балки с перекрест-
ной стенкой?
14.	Как работают и рассчитываются брусчатые составные балки на подат-
ливых соединениях?
Глава 12
ДЕРЕВЯННЫЕ СТОЙКИ
§ 12.1. Виды и области применения
Деревянные, стойки являются сжатыми или сжато-изогнутыми
несущими конструкциями, опирающимися на фундаменты. Их при-
меняют в виде вертикальных стержней, поддерживающих покрытия
и перекрытия, в виде стоек подкосных систем, в виде жестко заде-
ланных стоек однопролетных и многопролетных рам (см. гл. 14).
По конструкции их можно подразделить на стойки клееные и стойки
из цельных элементов (рис. 12.1).
Клееные стойки (рис. 12.1, а) являются элементом заводского
изготовления. Они могут иметь большое поперечное сечение и вы-
соту до 8—10 м, и для их изготовления используют древесину II и
III категории. Достоинства таких стоек состоят в их индустриаль-
ное™, простоте транспортирования и возможности раздельного
монтажа жестко защемленных стоек и ригелей одно- и многопролет-
ных рам. Наиболее ответственным в таких стойках является жест-
кий узел, который обеспечивает воспринятие возникающего в нем
изгибающего момента.
Клееные стойки выполняют постоянного по высоте сечения, од-
нако они могут иметь сечение переменной высоты или быть ступен-
чатыми.
168
Стойки из цельных элементов применяют в виде одиночного
бруса или бревна (рис. 12.1, б), в виде элементов составного сече-
ния, набранного из двух — четырех брусьев или бревен, соединенных
болтами или другими податливыми связями (рис. 12.1, в), в виде
элементов решетчатой конструкции (рис. 12.1, г). Все эти виды
стоек изготовляют в построечных условиях.
в-в
Рис. 12.1. Виды деревянных стоек:
/ — ветви, составляющие сечение пояса или стойки; 2 — болты; S — пояс из одной
ветви
Стойки из бруса (бревна) (рис. 12.1,6) обладают сравни-
тельно небольшой несущей способностью. Их высота и размеры по-
перечного сечения ограничены сортаментом лесоматериалов. В этих
стойках применяют обычно шарнирное опирание на фундамент.
Стойки составного сечения (рис. 12.1, в) из нескольких
брусьев, досок или брей£н также имеют высоту, ограниченную сор-
169
таментом, однако их несущая способность может быть существенно
выше по сравнению со стойками из одиночного элемента. Применя-
емые для сплачивания этих стоек соединения — болты, гвозди,,
шпонки, колодки (см. гл. 6) — являются податливыми, что увеличи-
вает гибкость стойки и должно быть учтено при расчете.
Решетчатые стойки, применяемые чаще всего как сжато-
изогнутые стойки рам, могут быть с параллельными поясами или
с одним наклонным поясом (рис. 12.1, г). Их высота I может быть
до 8—10 м; изготовляют их из бревен и брусьев. Элементы решетча-
тых стоек соединяются в узлах на болтах. В стойках с наклонным
поясом («треугольные» стойки) за счет большего отношения h0/l
(как правило, не менее Vs • V4) усилия в поясах меньше, чем в стой-
ках с параллельными поясами, однако треугольные стойки занима-
ют больше полезной площади здания. В стойках с параллельными
поясами (hQll=xlG : Ve) более сложен узел опирания ригеля на стой-
ку, зато остальные узлы одинаковы.
Стойки с параллельными поясами могут быть ступенчатыми. В
этом случае на более высокий наружный пояс опираются несущие
конструкции покрытия, а на внутренний — подкрановые балки. По-
яса стоек для обеспечения большей устойчивости из плоскости де-
лают предпочтительно составными из двух ветвей, а элементы ре-
шетки — из одной ветви.
Если элементы решетки располагаются в одной плоскости и каж-
дый из них крепится к поясам в отдельности между ветвями пояса,,
то в поясе возникает дополнительный момент, который должен быть
учтен при его расчете. Пояса и решетки стоек могут быть выполне-
ны одноветвевыми из брусьев. В этом случае узлы конструируют со
стальными накладками на болтах. Растянутые элементы решетча-
тых стоек требуют применения древесины I категории. При расчете
решетчатых стоек учитывают увеличение гибкости отдельных эле-
ментов и всей стойки в целом за счет гибкости ветвей и податливо-
сти соединений в узлах.
§ 12.2. Расчет стоек
Вычисление усилий в стойках производят с учетом приложенных
к стойке нагрузок. При центральном сжатии расчет стойки произ-
водят на действие наибольшего сжимающего усилия. При сжатии
с изгибом продольная сила N и изгибающий момент М принимают-
ся для такого сочетания нагрузок, при котором возникают наиболь-
шие сжимающие напряжения.
Например, для стойки, входящей в состав рамы, показанной на
рис. 14.5, а, максимальные изгибающие моменты вычисляют
при ветре слева Л4Л и справа Afnp:
Мпр = - 0,5 р2Р -XI- Ne.
(12.1)
(12.2)
170
В этих формулах продольная сила N включает наиболее небла-
. гоприятное сочетание нагрузок G, Рс, Рв — каждую со своим зна-
ком. Эксцентриситет для клееных стоек с постоянной высотой сече-
ния и для решетчатых стоек с параллельными поясами равен нулю
Рис. 12.2. Расчетная схема жестко заделанных дощатоклееных
стоек рам постоянной (а) и переменной (б) высоты сечения:
/ — точки, закрепленные связевыми фермами
(е=0). Для клееных стоек переменного сечения е=0,5(А—Ав)
(рис. 12.2), а для решетчатых треугольных стоек е=0,5 h0 (см.
рис. 12.4). Силу X вычисляют по формулам (14.16) — (14.20) (см.
§ 14.2).
Стойки из одиночного бруса или бревна при сжатии и сжатии с
изгибом рассчитывают по формулам (5.4) и (5.12). Дощатоклееные
стойки рам в зависимости от приложенных нагрузок рассчитывают
как сжатый или сжато-изогнутый стержень по формулам (5.4) или
(5.12). В жестко заделанных стойках рам изгибающий момент в на-
иболее напряженном опорном- сечении вычисляют по формулам
,(12.1) и (12.2) (рис. 12.2).
Геометрические характеристики,' входящие в формулы (5.4) и
(5.12), вычисляют в опорном сечении, как для клееных элементов с
учетом «б- Коэффициент^ определяют по Кх без учета податливости
соединений, т. е. как для цельного сечения. Расчетная длина жестко
защемленной стойки принимается равной двойной ее высоте
(4>х=2 /), а гх=0,29 h, где h. — высота сечения. Если стойка имеет
переменное сечение, то гх можно принять для сечения, расположен-
171
ного на расстоянии 0,5 I от конца стойки. Высотой сечения стойки
в середине длины можно задаться из условия ее гибкости не более
100 —Проверку устойчивости из плоскости производят,
Рис. 12.3. Стойка составного сечения из
двух брусьев, стянутых болтами
как центрально сжатого стерж-
ня длиной 1Оу, равной расстоя-
нию между точками, закреп-
ленными вертикальными свя-
зями, или с учетом изгиба по
формуле (5.14).
Стойки составного сечения
(рис. 12.3) при сжатии и сжа-
тии с изгибом проверяют так-
же по формулам (5.4) и (5.12),
однако при вычислении коэф*
фициентов <р и £ в этих форму-
лах учитывается увеличение
гибкости стойки за счет гиб-
кости одной ветви и податли-
вости соединений, которыми
креплены ветви. Эта увеличен-
ная гибкость названа приве-
денной гибкостью tap и вычис-
ляется относительно оси У—Y
(рис. 12.3) по формуле
%Р=К(НЛ)2+Хь (12.3)
где — коэффициент приведения гибкости, учитывающий увеличе-
ние гибкости за счет податливости соединений и гибкости ветви
(н«>1); Ку— гибкость всей стойки относительно оси Y— Y как для
цельного сечения размером bXh без учета податливости Соединений,
— гибкость одной ветви относительно оси 1 — 1, парал-
лельной оси У— У, Л1=/1/гь
Если fti//<7 или <24, то принимают М=0 и тогда
\ip —
' (12.4)
Коэффициент приведения гибкости в формулах (12.3) и (12.4)
вычисляют по формуле

(12.5)
где kc — коэффициент податливости соединения, принимаемый по
табл. 12.1; b и h — размеры сечения стойки по наружному контуру,
см; пш — число швов, по которым может произойти взаимный сдвиг
ветвей стойки; /0 — расчетная длина всей стойки, м (1о=1Оу)', пс—
количество «срезов» соединений (болтов) в одном шве на 1 м
стойки.
172
Таблица 12.1
Коэффициенты податливости соединений kc
Коэффициент k при
Вид соединений
сжатии
сжатии с изгибом
Гвозди
Болты, штыри диаметром:
толщины соединеняемых
элементов
>7? толщины соединяемых эле-
ментов
Дубовые цилиндрические нигели
Клей
1/5^2
l,5atf
1/2/2
О
l/5rf2
1/2,5^2
3/ad
1,5/d2
0
Примечание, d — диаметр гвоздя
кого элемента составного стержня, см.
(болта), см; а — толщина более тон-
Относительно оси X — X стойку проверяют как сжатый цельный
элемент без учета податливости соединения по формуле (5.4).
Пример 12.1. Вычислить несущую способность сжатой стойки составного се-
чения, показанную на рис. 12.3, если высота Z=2,80 м. Стойка составлена из
двух брусьев толщиной /4= 10 см и шириной 6=13 см и соединена болтами
d=12 мм, расположенными с.шагом Z>=50 см (ai = 15 см). Стойка имеет шарнир-
ное опирание.
Решение. Расчетная длина стойки относительно осей X—X и Г—Y одина-
кова Zox=Zoy=Z=280 см.
Вычислим приведенную гибкость Хир относительно оси Y—У. Расчетная дли-
на 1Оу=280 см. Момент инерции сечения относительно оси
г bh\	1	/ 13-108	\
Jy = 21 —— 4	(0j5*i)2 = 21—-— 4- 13-10-521 = 8667 см<
I L£	1
Площадь сечения брутто Fop=2* 10*13=260 см2=0,026 м2, радиус инерции
Гу =	— уж&ры = 5,8 см;
гибкость %,=280/5,8=48.
Вычислим коэффициент приведения p.tf.
Отношение dih\—12/100= 1,83<1/7 и согласно табл. 12.1 6ce1/5d2=
= 1/(5* 1,22) =0,139.
Число швов Пщ=1, расчетная длина Zop=2,80 см.
Размеры сечения 6 = 13 см, 6=20 см. Определяем пс. Число болтов
На 1 м в одном шве приходится п0 = 12/2,8=4,29.
Коэффициент приведения гибкости составит
H,-|/i+o.mi^55-rr+ra?_i,44.
Вычислим гибкость одной ветви относительно оси 1—1:
^i=Zi/r; Zj=50 см; и=0,29* 10=2,90 см; М=50/2,90 = 17<24, следовательно Xi=0.
173
Тогда приведенная гибкость А,Кр=Цу Ху=1,44-48=69.
Вычислим гибкость относительно оси X—X: 1Ох=280 см; гх=0,29-13 =3,77см;
lx=to xlrx=280/3,77=74.
Из двух гибкостей Хир и Кх для вычисления коэффициента устойчивости вы-
бираем большее значение.
Тогда
= 1 — 0,8 (Х/100)2 = 1 — 0,8(74/100)2 = 0,56.
Несущая способность стержня
ЛГ = <рГрЯс = 0,56-0,026-13 = 0,189 МН <18900 кгс).
Решетчатые стойки в качестве стоек рам могут рассматриваться
как системы, показанные на рис. 12.4. Расчет стойки средней отно-
сительной высоты сечения не менее й0//=!/8 можно свести к расче-
Рис. 12.4. Расчетная схема жестко заделанных решетчатых стоек рам:
а — стойка с наклонным поясом; б — стойка с параллельными поясами; в — опорное сечение
стоек с двухветвевыми поясами; 1 — точки, закрепленные вертикальными связевыми ферма-
ми, расположенными по наружным поясам стоек; 2 — точки, закрепленные горизонтальными
продольными связями (плоскость связей показана пунктиром)
ту консольной фермы, в элементах которой возникают продольные
сжимающие или растягивающие усилия /V. При этом считают, что
вертикальные силы G, Рс и Рв воспринимаются только поясами
стойки: в треугольной стойке — одним вертикальным поясом, в стой-
ке с параллельными поясами одинаковой длины — обоими поясами
поровну.
Решетка стоек, а также наклонный пояс треугольной стойки
включаются в работу только при действии горизонтальных ветровых
нагрузок. В связи с такой работой проверка сечения элементов за-
174
ключается главным образом в расчете сжатых поясов и элементов
решетки на устойчивость в плоскости и из плоскости стойки.
Усилия, как в консольной ферме, нагруженной силами х, р' или
р", достаточно определить лишь в нижних панелях поясов и в двух-
трех нижних наиболее длинных и наиболее нагруженных элементах
решетки. После расчета этих элементов решетки все остальные ее
элементы принимают того же сечения. Усилия N в поясах вычис-
ляют, суммируя усилия, полученные от X, р' (или р") из расчета
консольной фермы, с усилиями в поясах, вызванными нагрузками
G, Рс и Рв.
Устойчивость поясов проверяют по формуле (5.4)
где N — наибольшее суммарное усилие, при вычислении которо-
го вводится коэффициент 1/£, учитывающий дополнительное усилие,
вызванное прогибом всей стойки в целом; приближенно с некото-
рым запасом можно принять £=0,9; <р — Коэффициент устойчиво-
сти, вычисленный по большему значению из двух гибкостей — в пло-
скости стойки и из плоскости стойки Хпр (гибкость не должна пре-
вышать 120); Гр— расчетная площадь поперечного сечения; для по-
яса Гр=2 6в/гп (рис. 12.4).
Для наружных и внутренних поясов гибкость Кх вычисляют, при*
нимая расчетную длину равной расстоянию между узлами (1ОХ=1Х),
а гх=0,29 /гп-
Приведенную гибкость Апр из плоскости вычисляют по формуле
(12.3) со следующими особенностями (рис. 12.4):
а)	Ку вычисляют, принимая расчетную длину наружного пояса
равной расстоянию между точками пояса, закрепленными верти-
кальными связями по наружному поясу 1оу'=1У', а для внутреннего
пояса — равной расстоянию между точками, закрепленными гори-
зонтальными связи (1оу"=1у")- Радиус инерции сечения вычисляют
по формуле ry=YJyIF\
б)	р вычисляют по формуле (12.5), принимая в ней Л=йп,
пш=2 (для двухветвевого пояса), а пс — равным среднему числу
болтов, приходящихся на 1 м (включая болты в узлах), скрепля-
ющих две ветви;
в)	вычисляют, принимая 1\ равным наибольшему расстоянию
между болтами, скрепляющему ветви пояса (см. рис. 12.7). Если
между узлами нет дополнительных болтов, связывающих ветви по-
яса, то 1\=1Х- При этом и=0,29 &в.
Кроме проверки устойчивости может потребоваться и проверка
прочности при растяжении по формуле (5.1), например для наклон-
ного пояса при ветре справа.
Проверка элементов решетки включает проверку их устойчиво-
сти при сжатии по формуле (5.4) и прочности при растяжении по
формуле (5.1). Если элемент решетки состоит из двух ветвей, свя-
занных только в узлах стойки или только посередине их длины,
то их проверяют на устойчивость как два одиночных цельных стерж-
'175
ня относительно оси, для которой М = /о/0,29 &р. Если ветви имеют
более одного промежуточного соединения, то их рассчитывают с уче-
том Лпр как составной стержень. Предельная гибкость элементов ре-
шетки не должна превышать 150.
Стойка относительной высоты сечения менее hQll=xl3 рассчиты-
вается как сжато-изогнутый стержень на действие продольной силы
N и изгибающего момента М. по формуле (5.12). Поперечная сила Q
при проверке прочности стойки не учитывается, так как восприни-
мается элементами решетки.
§ 12.3. Узлы стоек
В 'стойках из одиночных брусьев или бревен шарнирное опира-
ние на фундамент может осуществляться, как в трехшарнирных
рамах или арках. В верхнем узле, где на стойку опираются гори-
Рис. 12.5. Вариант опорного узла доща-
токлееной стойки и схема расчета:
1 — болты; 2 — столик анкерного болта; 3 —
анкерный болт
зонтальные несущие элементы,
стойка испытывает смятие
вдоль волокон.
В дощатоклееных стойках,
работающих на сжатие, Опор-
ный узел решается простым
упором стойки в стальной баш-
мак, который прикреплен к
фундаменту анкерными болта-
ми. Стойки крепят к башмаку
болтами, число которых при
отсутствии горизонтальных
усилий ставят по конструктив-
ным соображениям.
В сжато-изогнутых жестко
заделанных дощатоклееных
стойках при небольших изгибающих моментах в опорном сечении
опорный узел может быть осуществлен в виде анкерных столиков,
прикрепленных к стойке болтами (рис. 12.5).
Для жесткого защемления в фундаменте дощатоклееных деревянных стоек
1логут быть использованы соединения на вклеенных стержнях. Стальные стержни
в процессе изготовления вклеивают в нижнюю часть стойки на глубину 154-50 см
на расстоянии не менее 2D от наружной грани сечения. Выпуски стержней при
монтаже стоек устанавливают в анкерные колодцы фундамента и заделывают
бетоном. Имеются варианты опорных узлов, в которых сочетаются клеестальные
стержни и сварные башмаки из стали.
Расчет опорного крепления производят при сочетании нагру-
зок, вызывающих наибольшее растягивающее усилие Мр в кре-
пежных элементах. Растягивающее усилие можно вычислить по
формуле
(12.6)
Рис. 12.6. Вариант узла
стойки составного сече-
ния из двух разнесенных
брусьев:
1 — прокладка; 2 — болт
где N и М — продольная сила и изгибающий момент в опорном се-
чении; g — см. формулу (5.11); е — плечо пары сил, одной из кото-
рых является сила а другой — равнодействующая напряжений
сжатия, которые приняты равномерно распределенными по длине
h\ (см. рис. 12.5).
. По наибольшему значению силы 7VP рассчитывают число бол-
тов, вклеенных стержней или других соединений, располагаемых
с одной стороны стойки.
В стойках составного сечения два йли несколько вертикальных
элементов могут быть соединены болтами без зазора или с зазором
(рис. 12.6). Зазор устраивается с целью уве-
личения жесткости сечения относительно
оси У—У, и в этом, случае ветви соединяют
болтами через прокладки. В сжато-изогну-
тых составных стержнях изгибающий мо-
мент относительно оси У—У в опорном се-
чении может восприниматься путем крепле-
ния к фундаменту каждой ветви.
В решетчатых стойках опорные узлы
крепления пояса к фундаменту рассчитыва-
ют на действие наибольшего растягивающе- *
го усилия, возникающего в нижней панели
одного из поясов. Обычно оно соответствует
сочетанию нагрузок от собственной массы
и ветра. Растягивающее усилие может быть
передано на фундамент с помощью болтов,
крепящих пояс к стальному башмаку, кото-
рый в свою очередь прикреплен анкерами к
фундаменту. Другой вариант узла показан
на рис. 12.7, а. Вкладыш 3 прижат к фунда-
менту анкерными болтами. 1 через уголок 2,
работающий на изгиб, а пояс прикреплен к
вкладышу болтами 4. Вначале вычисляют число двухсрезных бол-
тов 4, крепящих ветви пояса к вкладышу, а затем проверяют проч-
ность уголка, рассчитывая его как балку пролетом 4, нагруженную
равномерно распределенной нагрузкой q=Nlhu на участке hu.
Узлы примыкания решетки к поясам, если они центрированные
(рис. 12.7, б), рассчитывают на равнодействующую силу ДУ=
—N', для воспринятия которой ставят требуемое число болтов.
Несущую способность болта Т вычисляют с учетом ka, принимая за
угол его наибольшее значение (из а' и а") между направлением
равнодействующей и направлением волокон в примыкающих к узлу
элементах. Число срезов лСр в узле на единицу меньше числа со-
единяемых в узле элементов.
Расчет нецентрированных узлов сводится к определению числа
болтов, крепящих в отдельности каждый элемент решетки к поясу
стойки. При этом Т вычисляют также с учетом ka.
Верхний узел треугольных стоек (рис. 12.7, в), где стыкуются
вертикальный и наклонный пояса, может быть осуществлен на бол-
177
тах. Число болтов определяют с учетом коэффициента ka, а при
определении Т, кроме того, учитывают, что размер а для каждого
ряда болтов имеет свое значение. Верхний узел стоек с параллель*
ными поясами можно выполнить с помощью стальных профилей.
Рис. 12.7. Варианты узлов ре-
шетчатых стоек:
1 — анкерный болт; 2 — стальной
уголок; 3 — деревянный вкладыш;
4 — болты; 5 — стальной профиль;
 6 — стальные накладки; 7 — сталь*
ные фасонки
Стыки сжатого (если при любой комбинации нагрузок возника-
ет только сжатие) пояса устраивают вблизи узла, осуществляя их
простым упором. Накладки и два болта с каждой стороны стыка
ставят без расчета, руководствуясь конструктивными соображения-
ми. В стыках растянутого пояса болты ставят по расчету.
Пример 12.2. Произвести расчет цельной клееной стойки переменного сече-
ния, входящей в состав однопролетной рамы. Высота стойки 1=8 м:
.	10	2-800
Лгп =---------- =-------= 55 см.
р 0,29-100	29
Принимаем А=80 см, Лв=20 см, 6=17 см, Л1=20 см, Л2=40 см, е=
*=0,5(80—20) =30 см ( см. рис. 12.2).
На стойку действуют расчетные нагрузки (см. рис. 12.2, б) от собственной
массы покрытия и стойки 6=35 кН (3,5 т); от массы снега Рс=76 кН (7,6 т);
от ветра: при ветре слева Рвл = 15 кН (1,5 т); Pi=2 кН/м (0,2 т/м); при ветре
справа Рвп=11 кН (1,1 т), Р2=1Д кН/м (0,15 т/м).
При заданной схеме
X = -J- I (Pi — Р2) = -77 -8(2—1,5) = 0,75 кН.
178
Усилия в опорном сечении стойки. Изгибающий момент от ветра слева со-
ставит:
_ ^2	2•82
Мл = ~7~ — А7+Р*е= —— — 0,75-8 + 4,5 = 62,5 кН-м (6,3 т-м).
At	At
Изгибающий момент в опорном сечении от ветра справа будет равен
о
п /2	1 с 02
Л1пр= —------XI — Р”е= —-ч2—-0,75-8 —3,3-=51,7 кН-м
£	А
( — 5,2 т-м).
Изгибающие моменты в опорном сечении нагрузок от собственной массы G
и массы снега Рс:
Ма = — Ge = 35-0,3 = — 10,5 кН-м;
Л4С = —Рсе = —76-0,3= —22,8 кН-м.
Пользуясь табл. 12.2, найдем сочетания М и N.
Таблица 12.2
Усилия в опорном сечении
Наимено- вание усилия ч	Усилия						
	от собст- венной - массы О i	от снего- вой ' нагрузки Рс	от ветровой нагрузки		при сочетаниях нагрузок		
			слева pi	справа	ветер слева и снег; «с=0,9	ветер справа и снег; Пс=0,9	снег (без ветра); пс=1
Af, кН-м N, кН	—10,5 V	—22,8 —76	62,5 15	—51,7 11	—50,2 —90	—77,5 —93,5	—33,3 —111
Проверка сечений. Вычисление геометрических характеристик сечений:
а) в опорном сечении относительно точки О (см. рис. 12.5):
РНТ = 2Л1^ = 2-20-17 = 680 см2 = 0,068 м2;
j	6 (ЛЗ _ ^) и (803 — 403)
1Гр= 0,5Л ~	12-0,5А	6-80
= 15 900 см3 = 0,0159 м3;
„	Л + Лв 80 4-20
1ОХ = 21 = 2-800 = 1600 см; Лср = — ----=-----------= 50 см;
гср = 0,29Лср =0,29-50 = 14,5 см; РСр в ^ср = 50-17 = 850 см2 =- 0,085 м2;
= Zox/Гср = 1600/14,5 = ПО < 120;
б) в сечении посредине верхней половины стойки относительно оси У—У
(см. рис. 12.2)
Л„т = (ftB +	1Ь = (г0 + 80~ 20 ) 17 = 495 см2 = 0,0495 м2;
\	4 /	\	4	/
1оу = 1у = 800/2 = 400 см; ги = 0,296 =0,29-17 = 4,9 см;
\у = 400/4,9 = 82 < 120.
179
Проверка прочности и устойчивости относительно оси X—X при втором со-
четании нагрузок:	'
N = 0,0935 МН; М2 = 0,0775 МН-м;
_	1102-0,0935
3100Fcp7?c — ~ 3100-0,085-13
0,0935
0,068
0,0775-13-1,2
+ 0,0159-0,72-13-1,2
1,38 4-6,76 = 8,14
МПа < /?с.
Проверку устойчивости стойки из плоскости изгиба относительно оси У—У
производят на максимальную продольную силу, возникающую при третьем со-
четании нагрузок #=111 кН=0,111 МН, Ху=82, F=0,0495 м2:
3100	' п	0,111
^ = -82Г=0’46’	° =
_ =4,9 МПа
0,46-0,0495 -
Расчет опорного узла. Наибольшие растягивающие усилия в анкерных креп-
лениях возникают при втором сочетании нагрузок, при котором М=77,5 кН-м««
=0,0775 МН-м; #=93,5 кН=0,0935 МН.
Расстояние между осями опорных площадок высотой Л1=0,2 м
Ло = h—Л1==0,8 — 0,2 = 0,6 м.
Растягивающее усилие
N	М #п = — 	 + 	 = ₽	2 ело	0,0935	0,0775 — —S;— + тЪ:—г = 0,133 мн. 2	0,72-0,6
Принимаем стальные столики и анкерные болты (см. рис. 12.5).
Требуемое число двухсрезных болтов Пб для крепления двух столи-сов к
стойке диаметром d=20 мм=0,02 м:
7\ = 25^2 = 25-0,022 =0,01 МН;
Тс = 5cdtnH = 5-0,17-0,02 = 0,02 МН;
пб = 0,133/2-0,01=6,7 шт.
Принимаем восемь болтов, расположенных в два ряда.
Требуемое сечение анкерных болтов
0,133
!---- = 0,0008 м2 = 8 см2.
т 210-0,8
Принимаем два болта d=27 мм площадью F=8,36 cm2>Ft-
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Какого сечения бывают деревянные стойки?
2.	Назовите схемы Деревянных решетчатых стоек.
3.	Каковы особенности клееных стоек?
4.	Какие усилия могут возникать в деревянных стойках?
5.	Как рассчитываются сжатые стойки цельного сечения?
6.	Как рассчитывают сжатые стойки составного сечения?
7.	Какие особенности стоек составного сечения учитываются приведенной
гибкостью?
8.	Как рассчитывают сжато-изогнутые стойки цельного и составного се-
чения?
180
9.	Какие усилия возникают в элементах решетчатых стоек?
10.	Как можно компоновать сечение поясов и элементов решетки в решет-
чатых стойках?
11.	Как проверяют сечение сжатых поясов решетчатых стоек?
12.	Как определяют расчетную длину поясов и элементов решетки при их
проверке на устойчивость?
13.	Какое поперечное сечение могут иметь клееные стойки?
14.	Как конструируют и рассчитывают узел примыкания элементов решетки
к поясам в решетчатых стойках?
15.	Как конструируют и рассчитывают опорный узел решетчатой стойки и
клееных стоек?
Глава 13
АРКИ
§ 13.1. Виды и области применения
Деревянные арки широко используют в качестве основных
несущих конструкций зданий различного назначения. Их применя-
ют в покрытиях промышленных, сельскохозяйственных и общест-
венных зданий пролетом от 12 до 70 м. В практике зарубежного
Рис. 13.1. Схемы деревянных арок:
а — арки без затяжек; б — арки с затяж-
ками; в — сквозные арки; 1 — треугольная;
2 — пятиугольная; 3 — стрельчатая; 4 —
сегментная
181
строительства с успехом применяют деревянные арки пролетом до
100 м и более.
По статической схеме арки разделяют на трехшарнирные и
двухшарнирные без ключевого шарнира. По схеме опирания (рис.
13.1) их делят на арки без затяжек, распор которых передается
на опоры, и арки с затяжками, воспринимающими распор, который
в данном случае на опоры не передается. По форме оси арки де-
лят на треугольные из прямых полуарок, сегментные, оси которых
располагаются на общей окружности, и стрельчатые, состоящие из
полуарок, оси которых располагаются на двух окружностях, смы-
кающихся в ключе под углом. По конструкции они делятся на цель-
ные, клееные и арки из ферм.
Трехшарнирные арки являются наиболее распространенными.
Они статически определимы и усилия в них не зависят от деформа-
ций опор и затяжек. В коньковом шарнире без затруднений осуще-
ствляется монтажный стык. Двухшарнирные арки применяют в
отдельных случаях только при сегментной форме и клееной конст-
рукции. Они не имеют преимуществ трехшарнирных, но позволяют
получить некоторую экономию древесины.
Арки без затяжек, опирающиеся непосредственно на фундамен-
ты или элементы несущего каркаса зданий, являются наиболее
простыми. Они состоят всего из двух основных крупных элемен-
тов— полуарок, соединенных в трех узлах. Такие арки применяют
в покрытиях помещений значительной высоты, как правило, без
вертикальных стеновых ограждений, например в покрытиях скла-
дов сыпучих материалов, спортивных и зрелищных помещений.
Арки с затяжками применяют в покрытиях общего типа в том же
качестве, что балки и фермы, и опирают на несущие стены.
Арки из клееных элементов заводского изготовления имеют наи-
более широкую область применения, поскольку их форма, размеры
и несущая способность могут отвечать требованиям сооружения
покрытий самого различного назначения, в том числе уникальных
по своим размерам. Арки из цельных элементов построечного изго-
товления могут в ряде случаев найти эффективное применение, од-
нако их форма, пролеты и несущая способность строго ограничены
сортаментом лесоматериалов.
Дощатоклееные арки, склееные из досок плашмя в условиях
заводского изготовления, получили наиболее широкое распростра-
нение в строительстве. Они имеют повышенную стойкость против
гниения, коррозии и возгорания и состоят из малого числа крупных
элементов и соединений. Элементы таких арок имеют, как правило,
прямоугольные сечения. Клееные арки могут иметь любую из ука-
занных выше форм и применяются в покрытиях с пролетами от
12 до 60 м.
Треугольные клееные арки имеют трехшарнирную схе-
му и применяются без затяжек при высоте до V2 пролета и с затяж-
ками при высоте .от V8 ДО 7б пролета в покрытиях пролетом до 24 м.
Пояса таких арок имеют сечение шириной не более 17 см, что поз-
воляет склеивать их из цельных по .ширине досок. Затяжки этих
182
арок состоят в большинстве случаев из арматурной или профиль-
ной стали. Применение деревянных клееных затяжек позволяет
повысить монтажную жесткость арок, их стойкость против корро-
зии и степень их огнестойкости. При склеивании таких затяжек
стыкование досок по длине позволяет исключить значительные по-
роки и обеспечить надежность их работы на растяжение.
Треугольные клееные арки отличаются простотой изготовления,
не требуя гнутья досок при склеивании. Однако они требуют повы-
шенного расхода древесины, поскольку в их поясах возникают
значительные изгибающие моменты. Полуарки крепятся в узлах,
как правило, с некоторым эксцентриситетом относительно их дей-
ствительных осей. Благодаря этому в них возникает от действия
продольных сил изгибающий момент, уменьшающий момент от
вертикальных распределенных нагрузок.
Сегментные клееные арки могут иметь как трехшар-
нирную, так и двухшарнирную схемы. Применение двухшарнирных
арок целесообразно при малых пролетах, допускающих транспор-
тирование поясов или арок целиком, а также при больших проле-
тах, когда необходимо иметь несколько монтажнырс жестких узлов
по длине пояса и шарнир лишается монтажного значения. Сегмен-
тные арки без затяжек высотой до V2 пролета и с затяжками высо-
той до 7б пролета применяются в покрытиях пролетом до 60 м и
более. Это объясняется тем, что изгибающие моменты в них от
распределенных нагрузок значительно меньше, чем в треугольных
арках, а сосредоточенные нагрузки, вызывающие большие момен-
ты, к ним не прикладываются.
Сеченйе поясов сегментных арок при небольших пролетах при-
нимается шириной до 17 см без поперечных стыков. При пролетах
более 30 м размеры сечений по ширине получаются большими, чем
ширина досок, и их собирают из слоев, состоящих из досок, склеен-
ных кромками. Затяжки арок больших пролетов проектируются,
как правило, из профильной стали. В арках малых пролетов при-
меняются затяжки из арматурной стали или из клеенной древесины.
Стрельчатые клееные арки имеют трехшарнирную схе-
му и сегментное очертание полуарок. Их применяют, как правило,
без затяжек при высотах, близких к V2 пролета в покрытиях про-
летом до 50 м. Сечения их при больших пролетах собираются из
слоев, состоящих из двух-трех досок по ширине. Стрельчатые кле-
еные арки применяют при действии и распределенных и сосредото-
ченных в зоне ключевого узла нагрузок от подвесного оборудова-
ния, как, например, в складах сыпучих материалов. Пятиугольные
арки имеют те же 'параметры, что и стрельчатые.
Величины усилий в сечениях трехшарнирных арок существенно
зависят как от величин и vp а кт ер а нагрузок, так и формы их
осей. Чем больше относительная величина сосредоточенной в зоне
ключа нагрузки, тем ближе форма оси арки должна приближаться
к треугольной, при которой от этой нагрузки не возникает изги-
бающих моментов. Чем больше относительная величина распреде-
ленных нагрузок, тем больше форма оси арки должна приближать-
183-
ся к параболической, при которой изгибающие моменты от этих
нагрузок являются минимальными. При действии распределенных
и сосредоточенных в ключе нагрузок в различных сочетаниях наи-
лучшей формой арки является промежуточная — стрельчатая, при
которой оптимальная кривизна полуарок определяется с помощью
электронных вычислительных машин.
Приближенно определить наиболее рациональную форму оси стрельчатой
арки можно следующим способом* На стрельчатую арку пролетом I и высотой
f действуют следующие основные вертикальные нагрузки — от массы покрытия
и арок g, от массы снега р (эти нагрузки условно считают равномерно распре-
Рис. 13.2. Расчетные схемы трехшарнирной стрельчатой аркиз
а — геометрические размеры; б — расчетные усилия; в — эпюры моментов в
левой полуарке
деленными по проекции арки) и от массы подвесного оборудования Р, сосредо-
точенного в коньковом узле. Принимаем очертание осей полуарок по дуге ок-
ружности и определяем высоту оси левой полуарки в четверти пролета арки
у 1/4, в зоне которой действуют наибольшие изгибающие моменты. При этом ста-
вим условие, чтобы максимальные положительные моменты от собственной мас-
,сы g и левостороннего снега р были равны максимальным отрицательным мо-
ментам от собственной массы g, правостороннего снега р и массы оборудования
Р с учетом коэффициента сочетания — 0,9.
С этой целью в координатах с центром в левой опоре составляем выражения
этих двух моментов и их сумму приравниваем нулю. После простых преобразо-
184
ваний получаем значение у в четверти пролета в зависимости от I и f арка.
(рис. 13.2):
(6g + 2,9р) I + 3,6Р
(8^ + 3.8^ + 7,2Р~/-	<13-‘>
При этой высоте положительные и отрицательные изгибающие моменты в
четверти пролета арки будут иметь примерно равную величину и обратные
знаки. Из этого выражения видно, что при действии только сосредоточенной а
коньке нагрузки высота ущ получается равной половине высоте арки f, ось по-
луарок превращается*в прямую линию и арка — в треугольную.
По полученной высоте третьей, кроме шарниров, точки аналитически ил»
графически определяется радиус дуги окружности оси полуарок г, как это сде-
лано в примере 12.1. Аналогичным путем можно определить радиус кривизны
полуарок стрельчатых арок с учетом ветровых нагрузок и нагрузок от обору-
дования, подвешенного вне конькового узла.
В нашей стране имеется многолетний успешный опыт примене-
ния большепролетных клееных стрельчйтых арок в покрытиях:
складов комбинатов калийных удобрений. Эти арки имеют пролет
45 м, высоту 22,5 м и радиус полуарок 31 м. Они несут значитель-
ные нагрузки от оборудования, подвешенного в зоне конькового*
узла. Полуарки имеют прямоугольное дощатоклееное сечение с
размерами до 35X120 см из досок со Стыками по длине и по ши-
рине. Длительная эксплуатация этих арок показала их надежность
и стойкость против коррозии в агрессивной среде калийных солей-
В настоящее время расширяется заводское изготовление и приме-
нение клееных стрельчатых арок пролетом 24 и 18 м в покрытиях:
прирельсовых и глубинных складов минеральных удобрений и дру-
гих производственных и общественных сооружениях.
Пятиугольные клееные арки, как правило, не имеют
затяжек и применяются в таких же покрытиях, что и стрельчатые
арки. Полуарки этих арок состоят из двух сомкнутых прямолиней-
ных участков. В местах переломов осей они имеют гнутые участки,
создаваемые в процессе склеивания, или соединяются на угловое
зубчатое соединение. Основным преимуществом пятиугольных арок
является то, что покрытие по ним состоит из плоских поверхностей,
удобных для устройства кровли, особенно асбестоцементной.
Клеефанерные арки имеют перспективы применения в легких
покрытиях. Они, как правило, имеют треугольную форму и'состоят
из коробчатых клеефанерных полуарок. Такие арки имеют., малую
массу и позволяют получать существенную экономию древесины.
Однако при этом они требуют расхода водостойкой фанеры, явля-
ются более трудоемкими при изготовлении, чем дощатоклееные, и
имеют меньший предел огнестойкости.
Арки из цельных элементов могут быть только треугольной
формы. Они в большинстве случаев имеют затяжки и изготовляют-
ся в построечных условиях из бревен, брусьев или толстых досок.
Их размеры и несущая способность, ограниченные сортаментом
лесоматериалов, невеликими поэтому они имеют пролеты не более
12 м и ставятся в покрытия с шагом до 3 м. Дощатые арки в боль-
шинстве случаев выполняются из парных досок, соединенных про-
185
кладками, а затяжки их делаются из одной доски, что упрощает
решение узлов. Бревенчатые и-брусчатые арки могут иметь одиноч-
ное или двойное сечение. Затяжки их выполняются тоже из бревен
или брусьев или делаются из стальной арматуры и поддерживают-
ся от провисания подвесками.
Арки на податливых соединениях имеют треугольную форму.
Их образуют полуарки из брусчатых балок на податливых соедине-
ниях— деревянных вкладышах, в большинстве случаев — дубовых
пластинках. Они находили некоторое применение в прошлом, но в
настоящее время устарели.
Сквозные арки без затяжек и с затяжками находили некоторое
применение в большепролетных покрытиях. Полуарки таких арок
представляют собой сегментные дощатые фермы или брусчатые
многоугольные фермы пониженной до 7го пролета высоты с гвозде-
выми или болтовыми соединениями. Такие арки являются трудоем-
кими в построечном изготовлении, требуют закрепления сжатых
нижних поясов от потери устойчивости и в настоящее время почти
не применяются.
§ 13.2. Расчет деревянных арок
Статический расчет деревянных арок производят общими мето-
дами строительной механики, как статически определимых трех-
шарнирных систем. Двухшарнирные арки без ключевого шарнира
при относительной высоте не более V4 тоже разрешается рассчиты-
вать по трехшарнирной схеме.
Нагрузки, действующие на арку, могу быть распределенными
и сосредоточенными. Постоянную равномерную нагрузку g от мас-
сы покрытия и самой арки определяют с учетом шага арок В. Она
обычно условно считается в запас прочности, равномерно распре-
деленной по длине пролета, для чего ее фактическое значение умно-
жается на отношение длины арки к ее пролету S/L Массой арки
можно задаться предварительно с использованием коэффициентов
собственной массы Лсв=24-4, указанных в ряде учебников, и опре-
делить его в зависимости от массы покрытия gn и снега р и других
нагрузок из выражения
Л- - п	* * *
ба 1000 __ 1 ’
Снеговую нагрузку р определяют тоже с учетом шага арок по
нормам нагрузок и воздействий, условно равномерно распределен-
ных по д^ине пролета покрытия. При расчете сегментных арок
коэффициент перехода с определяют в зависимости от пролета I
и высоты f из выражения c=//(8f), но не менее 0,4, причем на уча-
стках с уклоном касательной более 50° снег не учитывается.
При расчете сегментных арок при fll^xl% нужно учитывать так-
же распределение снеговой нагрузки по треугольным эпюрам при
186
значениях с в ключе 0, а близ опор — от 1,6 до 2,2 с одной стороны
и от 0,8 до 1,1 —с другой.
При расчете треугольных арок снеговую нагрузку определяют
с учетом коэффициентов с, зависящих от угла наклона покрытия.
Она может быть одинаковой по всему пролету или при углах 20—
30° быть равной 0,75 на одном полупролете и 1,25 на другом.
Стрельчатые арки при определении снеговых нагрузок могут ус-
ловно считаться треугольными.
Ветровую нагрузку q определяют по нормам нагрузок и воздей-
ствий с учетом шага арок и считают приложенной нормально к по-
верхности покрытия . При сегментных арках аэродинамические ко-
эффициенты с принимают в зависимости от отношения высоты арки
f и стен Н к пролету I. При этом для упрощения расчета криволи-
нейные эпюры этой нагрузки можно заменять прямолинейными нор-
мальными к хордам полуарок. При треугольных арках коэффици-
енты с определяют в зависимости от угла наклона покрытия
а и отношения высоты стен к пролету. При стрельчатых арках
они условно могут считаться треугольными, и нагрузка распреде-
лится нормально к хордам полуарок. Сосредоточенные временные
нагрузки Р включают в себя массу подвесного оборудования и вре-
менных нагрузок на нем.
Геометрический расчет арки заключается в определении всех
размеров, углов и их тригонометрических функций полуарки, не-
обходимых для дальнейших расчетов. Исходными величинами при
этом являются пролет I, высота f, а в стрельчатых арках также
радиус полуарки г или ее высоты ft.
По этим данным в треугольных арках определяют длину S/2 и
угол наклона а полуарки. В сегментных арках определяют радиус
r= (/2+4f)/8, центральный угол <р из условия tg cp= ------ и дли-
" (* J J
ф
ну дуги — = ЛТ—
J J 2	180
полуарки и находят уравнение дуги в коор-
динатах с центром в левой опоре у=]Лг2—(//2—х)2-г-|- f.
В стрельчатых арках определяют угол наклона а и длину I хор-
ды, центральный угол ср и длину S/2 полуарки, угол наклона опор-
ного радиуса фо, координаты центра а и b и уравнение дуги левой
полуарки #=У г2 — (а—х)2 —
Затем половину пролета арки делят сечениями на четное число,
но не менее шести равных частей и в этих сечениях — 0, 1, 2 и т. д.
определяют их координаты х и у, углы наклона касательных а и их
тригонометрические функции. В стрельчатых арках дополнительно
определяют координаты сечений вдоль хорды z и расстояние нор-
мали к середине хорды полуарки до противоположной опоры е,
необходимые при определении усилий от ветровой нагрузки. Гео-
метрический расчет стрельчатой арки приведен в примере 12.1.
Статический расчет. Опорные реакции трехшарнирной арки со-
стоят из вертикальных и горизонтальных составляющих.- Верти-
кальные реакции Ra и /?в определяют как в однопролетной свобод-
187
но опертой балке из условия равенства нулю моментов в опорных
•шарнирах. Горизонтальные реакции (распор) Яа и Нв определяют
из условия равенства нулю моментов в коньковом шарнире с. На-
пример, при действии односторонней равномерной снеговой нагруз-
ки q опорные реакции левой опоры определяют из выражений
/?а=3/М;
16/
Расчетные усилия в сечениях сплошных арок (см. рис. 13.2)
складываются из изгибающих моментов М, зависящих от коорди-
нат сечения X, Y и Z, продольных N и поперечных Q сил, зависящих
от углов наклона касательных оси к горизонту а. Так, например,
от вертикальной равномерной нагрузки q возникнут расчетные уси-
лия, определяемые по формулам
M=Rx—Hy — qx2j2\ JV=(/? — qx) sinjx-|-^ едва
и
Q=(R—qx) c.Q£>a — H sin а.	(13.2)
При действии сосредоточенных нагрузок в коньке из этих выра-
жений выпадут члены, содержащие q. Несколько сложнее, как по-
казано в примере, определение реакций и усилий от ветровой на-
грузки.
Определение реакций и усилий удобно производить в сечениях
только одной левой полуарки в следующем порядке: сначала от
левостороннего, затем правостороннего снега, ветра слева, ветра
справа и массы оборудования. Изгибающие моменты следует оп-
ределять во всех сечениях и иллюстрировать эпюрами. Продольные
и поперечные силы можно определять только в сечениях у шарни-
ров, где они достигают максимальных величин и необходимы для
расчета узлов. Кроме того, в коньковом узле треугольных и стрель-
чатых арок необходимо определять горизонтальные и вертикальные
продольные и поперечные силы. Необходимо' также определить
продольную силу в месте действия максимального изгибающего
момента при таком же сочетании нагрузок. Усилия от двусторон-
него снега и собственной массы определяют путем суммирования
усилий от одностороннего снега с учетом отношения собственной
массы к массе снега.
Полученные результаты сводятся в таблицу усилий, по которой
затем определяют максимальные расчетные усилия при основных
наиболее невыгодных сочетаниях нагрузок. В число таких сочета-
ний должны обязательно входить сочетания: 1) собственная масса
и снег; 2) собственная масса, снег и масса оборудования; 3) все
действующие нагрузки, включая ветровую, с учетом коэффициента
сочетаний 0,9, вводимого в усилия от временных нагрузок. Возмож-
ны и другие сочетания нагрузок. Такая таблица может быть со-
ставлена по форме, приведенной в примере 13.1.
188
Максимальные изгибающие моменты возникают обычно в сече-
ниях близ четверти пролета арки при действии односторонних
временных нагрузок. Значительные моменты возникают в сечениях
стрельчатых арок от нагрузок, сосредоточенных в коньке. В тре-
угольных арках моменты от вертикальных нагрузок уменьшаются
за счет обратных моментов М от эксцентриситета е продольных
сил Af: M=Ne (рис. 13.3, а).
Рис. 13.3. Варианты опорных узлов клееных арок без затяжек:
а — узел треугольной арки; б — узел стрельчатой арки;, в — узел большепролетной арки?
/ — полуарка; 2 — стальной башмак; 3 — болты; 4 — анкер; 5 — опорный лист; 6 — фасон-
ка; 7 — сварка; 8 — изоляция; 9 — шарнир
Наибольшие продольные силы возникают в сечениях близ опор,
а наибольшие поперечные силы — в сечениях близ шарниров. Уси-
лия в затяжках от вертикальных нагрузок равны горизонтальным
опорным реакциям- — распору. Усилия в подвесках затяжек воз-
никают от подвешенных к ним грузов и от собственной массы за-
тяжек. Усилия в стержнях ферм, составляющих сквозные арки,
определяют общими методами строительной механики с учетом
арочных опорных реакций и усилий в коньковом узле, как в сквоз-
ных рамах (см. рис. 14.4, д).
Подбор сечений и проверку напряжений элементов сплошных
арок производят по максимальным значениям расчетных усилий.
При этом ветровая нагрузка учитывается только в том случае,
если она более чем на 20% увеличивает расчетные усилия, по-
скольку при этом на столько же увеличиваются основные расчет-
ные сопротивления древесины. Арки работают и рассчитываются
на сжатие с изгибом древесины и скалывание клеевых швов в своей
плоскости и на сжатие и устойчивость из своей плоскости.
Подбор сечений арок производят обычно методом попыток. По-
скольку размеры сечений в большей степени зависят от изгибаю-
щих моментов, предварительный подбор сечений можно произво-
дить только по величине изгибающего момента при условно пони-
189
женном, например до 0,8/?и, расчетном сопротивлении древесины
изгибу.
Проверку прочности сечений по нормальным и скалываю-
щим напряжениям производят с учетом коэффициента Шб из гл. 11
и расчетной ширины клеевых швов bp=?O,Qb по формулам
I
(13.3)
и
(134)
При эксцентричном опирании треугольной арки частью торца,
с высотой сечения h необходимо учитывать концентрацию скалы-
вающих напряжений введением в числитель формулы (13.6)
коэффициента концентрации Лск. При высоте площади опирания,
равной 0,5Л, Лск=2. *
Расчетная длина трехшарнирных арок в своей плоскости равна
длине полуарки /О=0,55, а при расчете сегментных арок на сим-
метричную нагрузку /О=0»75.
Арки должны быть закреплены в покрытии скатными связями.
Расстояние между связевыми закреплениями — расчетная длина
/р— должно быть, как правило, не более величины, определяемой
расчетом на сжатие и устойчивость из плоскости.
Для обеспечения поперечной устойчивости элементов арок, от-
ношение высоты их сечения h к ширине b должно быть не более 5.
В случае, если арки имеют более высокие сечения по отношению
к ширине, то они должны быть проверены на устойчивость плоской
формы изгиба или закреплены дополнительно продольными свя-
зями (см. гл. 8).
Затяжки и подвески арок при наличии подвесных нагрузок рабо-
тают и рассчитываются на растяжение.
$ 13.3 Узлы арок
Основными узловыми соединениями трехшарнирных арок яв-
ляются опорные и коньковые, или ключевые, шарниры. В арках
с затяжками могут иметься также стыки затяжек и узлы крепле-
ния подвесок. В большепролетных арках могут встречаться жест-
кие монтажные стыки.
Опорные узлы арок без затяжек выполняют, как правило, в
виде лобовых ynopQB в сочетании с металлическими башмаками,
служащими для крепления их к опорам. Опорный башмак имеет в
большинстве случаев сварную листовую конструкцию. Он состоит
из опорного листа с отверстиями для анкерных болтов и двух вер-
190
тикальных фасонок с отверстиями для болтов крепления полуарок,
расстояние между которыми принимается равным ширине сечения
полуарок. Для уменьшения сдвигающих усилий в анкерных болтах
башмаки устанавливаются на наклонную поверхность фундамента
под углом, близким к прямому, к оси арки.
Узлы сегментных и стрельчатых арок, в которых действуют из-
гибающие моменты разного знака и незначительные поперечные
силы, центрируются по осям полуарок, а опорный лист башмака
располагается перпендикулярно им. Узлы треугольных арок, в ко-
торых действуют в основном положительные моменты и значитель-
ные поперечные силы, центрируются по расчетным осям, располо-
женным с эксцентриситетом относительно осей полуарок, а опорный
лист башмака * располагается перпендикулярно равнодействующей
вертикальной и горизонтальной опорных реакций (рис. 13.3, а).
При этом уменьшаются расчетный изгибающий момент в сечениях
и сдвигающее усилие в узле. Концы полуарок для облегчения их
шарнирных поворотов имеют двусторонние или односторонние
срезки.
Расчет опорного узла заключается в следующем. Торец полуар-
ки работает и рассчитывается на смятие от действия максимальной
сминающей силы New В сегментных и стрельчатых арках она рав-
на максимальной продольной силе N и действует вдоль волокон
древесины. В треугольных арках она равна равнодействующей
опорных усилий Ncu=yrN2-\-Q2 и действует под углом к волок-
нам (Хсм, определяемым из выражения tgaCM=Q/M что учитывает-
ся при определении расчетного сопротивления смятию.
Болты крепления полуарки к фасонкам рассчитываются на дей-
ствие максимальной поперечной силы Q, как симметрично изгибае-
мые, двухсрезные в стальных накладках. На эту же силу рассчи-
тываются анкерные болты на срез и смятие. При расположении
упора под углом аСм к оси треугольника арок такой расчет идет в
запас прочности. Бетон фундамента рассчитывается на смятие от
действия силы МСм под поверхностью опорного листа башмака.
Опорный лист башмака работает на изгиб от равномерного дав-
ления лобового упора торца полуарки од на длине, равной ширине
сечения Ь, и реактивного давления фундамента	на длине,
равной ширине листа Ьп, как балка на упругом основании. Макси-
мальный изгибающий момент в середине длины листа М с доста-
точной точностью может быть определен из выражения Л1 =
®б^л—°д62	,
=----------, а требуемая толщина листа — из выражения
8=У67И//?.
Опорные узлы малопролетных арок без затяжек из цельных эле-
ментов выполняются, как правило, упрощенно путем непосредствен-
ного лобового упора торцов полуарок в наклонную поверхность
фундамента через слой гидроизоляции. Они крепятся гвоздями или
болтами к полосовым анкерам, закладываемым в бетон при уста-
новке арки.
191
Опорные узлы большепролетных арок без затяжек выполняют-
ся, как правило, с применением металлических шарниров качаю-
щегося типа, как, например, показанный на,рис. 13.3, в. Металличе-
ские детали башмаков отделяются от древесины слоем гидроизо-
ляции.
Опорные узлы клееных арок, работающих в условиях химиче-
ски агрессивной среды, могут быть выполнены при помощи стерж-
Рис. 13.4. Варианты опорных узлов кле-
еных арок с затяжками:
а — узел треугольной арки со стальной затяж-
кой; б — узел сегментной арки с деревянной
затяжкой на болтах; в — узел треугольной
арки с деревянной затяжкой на вклеенных
стержнях; 1 — полуарка; 2 — затяжка; 3 —
стальной башмак; 4 — анкер; 5 — опорный
лист; 6 — диафрагма; 7 — изоляция; 8 — бол-
ты; 9 — сварка; 10 — вклеенные стержни
ней, одним концом вклеенных
в конец полуа^и, а другим —
/заанкерённых в бетоне фунда-
мента, изолированных таким
образом от окружающей
среды.
Опорные узлы арок с за-
-тяжкамц (рис. 13.4). Опорные
узлы клееных арок с затяжка-
ми выполняются обычно при
помощи лобового упора и
сварных металлических баш-
маков несколько другой конст-
рукции. Опорный лист распо-
лагается здесь горизонтально,
поскольку арки ставятся на
горизонтальную поверхность
опор, на которые не действу-
ет распор. Вертикальные фа-
сонки могут опираться на
опорный лист или опорный
лист может размещаться
между фасонками в зависимо-
сти от конструкции опоры И
способа анкеровки. При опи-
рании на бетон удобнее опор-
ный лист удлинять за пределы
фасонок для крепления анке-
ров, а при опирании на дере-
вянную стойку удобно фасонки
опустить ниже опорного листа
для крепления их к стойке
болтами. Между фасонками располагается упорная диафрагма
прямоугольного, ребристого или профильного сечения. Наклон ди-
афрагмы и центрирование узла производятся по тем же соображе-
ниям, что и в узлах арок без затяжек. Металлическую затяжку
приваривают к фасонкам снаружи или изнутри. Деревянную за-
тяжку располагают между фасонками и крепят к ним болтами.
Расчет опорного узла арки с затяжкой сводится к следующему.
Диафрагму рассчитывают на изгиб как балку, заделанную в фа-
сонках, на равномерную нагрузку от давления лобового упора ад.
При этом изгибающий момент в ней по ширине 1 см. равен =
192
= врЬ2/12. Если листовая диафрагма нижней кромкой приварена
также к опорному листу, ее рассчитывают на изгиб как плиту,
опертую по трем сторонам (как при расчете башмаков стальных
колонн с учетом коэффициента 0). Опорный лист рассчитывают на
изгиб как двухконсольную или заделанную в фасонках балку на
реактивное давление фундамента Об- Определяют также расчетом
на усилие в затяжке длину сварных швов крепления металличе-
ской затяжки или число симметрично изгибаемых болтов при
стальных накладках крепления деревянной затяжки.
Рис. 13.5. Опорные узлы брусчатых арок:
а г- узел с шайбой; б — узел' с серьгой; 1 — арка; 2 — затяжка; 3 — шайба; 4 — под-
кладка; 5 — изоляция; 6 — серьга
Опорные узлы дощатых арок выполняются в большинстве слу-
чаев при помощи двухсрезных симметрично изгибаемых гвоздевых
или болтовых соединений досок пояса и затяжки, расположенных
в. разных плоскостях. Количество болтов определяют с учетом угла
наклона пояса.
Опорные узлы арок из брусьев или бревен при таких же затяж-
ках выполняются в виде лобовой врубки. При затяжках из арма-
турной стали опорный узел решается, как правило, упрощенно.
Нарезанный конец затяжки пропускают через отверстие в конце
полуарки и закрепляют гайкой на шайбе, опертой на вертикальный
обрез торца (рис. 13.5, а). Горизонтальным обрезом торца арку
ставят на опору. Применяют в этих узлах также арматурные хо-
муты с двумя нарезанными концами (рис. 13.5, б), которые крепят
к опорной профильной траверзе по обеим сторонам полуарки. Рас-
чет таких узлов производят на смятие торцовых обрезов под углом
к волокнам и на изгиб шайбы или траверсы.
Коньковые узлы (рис. 13.6) сплошных арок малых и средних
пролетов решаются в виде прямых или наклонных лобовых упоров
со стальными креплениями или деревянными накладками на бол-
тах. Сегментные и стрельчатые клееные арки центрируются в этих
узлах по осям полуарок, а треугольные — с эксцентриситетами,
устраиваемыми с той же целью, что и в опорных узлах.
7—2411
193
Стальные крепления состоят из опорного листа и двух фасонок,
соединенных сваркой, с отверстиями для болтов. Фасонки предва-
рительно соединяют болтами с концами полуарок, а опорные лис-
ты при монтаже арки соединяют монтажными болтами между со-
бой. Для облегчения шарнирных поворотов элементов в узле меж-
ду опорными листами ставят иногда листовую шайбу с отверстия-
ми для обоих монтажных болтов.
Рис. 13.6. Варианты коньковых узлов клееных арок:
а «м узел треугольной арки; б —узел сегментной арки; в —узел большепролетной
арки; 1 — полуарка; 2 — стальное крепление; 3 — монтажный болт; 4 — болты; S —•
диафрагма; 6 — фасонка; 7 — шарнир
Деревянные накладки коньковых узлов клееных арок (рис. 13.6,
б), как правило, делаются клееными и крепятся к каждой полуар-
ке двумя рядами болтов. Подвесное оборудование в этих узлах кре-
пится,. как правило, непосредственна к полуаркам при помощи ар-
матурных или профильных подвесок и шайб или хомутов.
Расчет коньковых узлов производят на действие максимальных
продольных N и поперечных Q сил, действующих вдоль, горизон-
тальных и вертикальных осей узла. Максимальные продольные
силы возникают от действия всех нагрузок. Поперечные силы воз-
никают здесь только от несимметричных нагрузок — односторонней
снеговой и ветровой.
Лобовые упоры рассчитывают на смятие под углом или вдоль
волокон на действие продольной силы N. Количество симметрично
изгибаемых двухсрезных болтов в стальных креплениях определя-
ют в зависимости от величины поперечной силы Q с учетом угла
смятия древесины под болтами. . Монтажные болты рассчитывают
на срез и смятие в отверстиях опорных листов от действия той же
силы Q.
Количество симметрично изгибаемых двухсрезных болтов в де-
ревянных накладках определяют с учетом угла смятия древесины,
194
исходя из следующей условной расчетной схемы. Каждая половина
накладок по одну сторону от оси узла считается консольной бал-
кой, опертой на два ряда болтов, как на опоры, с расстоянием Ь
между ними и нагруженной поперечной силой Q на конце консоли
длиной а. При этом в первом от оси узла ряду болтов возникает
вертикальное усилие, равное 7?i = Q(a+b)/b, а во втором ряду
/?2=Q(«/b). По этим усилиям и определяют число болтов. Сами
накладки работают на" изгиб от изгибающего момента, который
достигает максимального значения M = Qa в сечении по оси перво-
го ряда болтов. При расчете креплений подвесного оборудования
шайбы или хомуты рассчитывают на изгиб, а древесину под ними—
на смятие под углом к волокнам.
Коньковые узлы клееных арок, работающих в химически агрес-
сивной среде, могут быть также решены при помощи клеестальных
штырей, расположенных вдоль горизонтальной оси узла и не пре-
пятствующих шарнирным поворотам полуарок.
Коньковые узлы большепролетных арок выполняются, как пра-
вило, в виде стальных шарнирных деталей качающегося типа. Они
имеют сварную конструкцию и состоят из опорного листа, боковых
фасонок и шарнира.
Стыки элементов арок. Стыки клееных арок представляют собой
зубчатые соединения досок по длине и стыки по пласти слоев до-
сок между собой. Большепролетные арки имеют обычно пепереч-
ные стыки по кромкам досок, расположенных по ширине слоев в
шахматном порядке. Арки особо больших пролетов соединяются по
длине также жесткими монтажными стыками из транспортабель-
ных частей. Такие стЫки выполняются обычно с помощью двусто-
ронних накладок из профильной стали, расположенных близ кро-
мок сечений, и болтов. Эти стыки рассчитывают на усилия, дейст-
вующие в данном сечении арки.
Стыки затяжек из профильной стали выполняются сварными
или болтовыми. Стыки затяжек из арматурной стали выполняют
иногда при помощи сварных петель и листовых накладок с вали-
ками или при помощи стяжных муфт. Расчет этих стыков произ-
водят на максимальное растягивающее усилие в затяжке по нор-
мам проектирования металлических конструкций.
Стыки цельных деревянных затяжек выполняются, как прави-
ло, болтовыми с деревянными накладками. Клееные затяжки имеют
заводские зубчатые соединения досок и изготовляются обычно пол-
ной длины без монтажных стыков. Однако такие затяжки отдель-
но нетранспортабельны и могут применяться только при выпуске
заводом арок в полносборном виде. Стыки затяжек могут решать-
ся также на клеестальных штырях.
... Крепление подвесок из арматурной стали осуществляется пу-
тем пропуска их нарезанных концов через отверстия в. арках и за-
тяжках и закрепления их гайками на шайбах. Деревянные клееные
подвески могул крепиться также при помощи клеестальных
штырей.
•7*
195
Пример 13.1. Определить рациональное очертание оси, подобрать сечение
и рассчитать узлы дощатоклееной стрельчатой арки без затяжки. Арка имеет про-
лет /=24 м, высоту /=10 м и на нее действуют расчетные нагрузки: от собст-
венной массы арки и покрытия, условно отнесенной к проекции арки, g=3 кН/м
(300 кгс/м); от снега р=2 кН/м (200 кгс/м); от массы тельфера с грузом в
коньке Р=30 кН (3 т); от давления и отсоса ветра, условно отнесенных к хордам
полуарок и определенных как для треугольного профиля при углах наклона ска-
тов а=~40° </+=^_=0,3 кН/м (30 кгс/м).
Решение. Принимаем очертание полуарок по дуге окружности и определя-
ем высоту рациональной оси в четверти пролета:
(6g+2,9p)Z+3,6P х	(6-3+2,9-2)-24+3,6-30 1п „ п
Z/ (8g + 3,8p)Z+7,2P J (8-3+3,8-2).24+7,2-30
Получив координаты третьей точки, при начале координат в левой опоре
аналитически или графически определяем радиус рациональной оси полуарок
г=20,2 м. Принимаем г=20 м.
Геометрический расчет левой полуарки:
угол наклона хорды tg a=2f/Z=2-10/24=0,833; а=39°48';
длина хорды	____________
h = у f 2 4- (0,oZ)2 = у 102 + 122 = 15,62 м;
центральный угол
sin—
2
Zi 15,62	ф о__
—— =-----------= о 391*	— = 23
2г 2.20	’	’	2
= 46°; cos 4- = 0,921;
высота полуарки
/х = г (1 — cos +) = 20 (1 — 0,921).= 1,59;
длина полуарки
S/2 — лг
ф	'46
— .з.и.2» —-16.0 «;
угол наклона опорного радиуса <ро=90°_______а—ф/2 = 90°—39°48'—23°=27° 12';
cos фо=0,8894; sin фо—0,457;
координаты центра дуги полуарки	a=r cos Фо=20-0,8894= 17,79 м; 5=
=r sin фо=20-0,457=9,14 м;
уравнение оси
У. = V	— b = у202— (17,79— *)2— 9,14;
угол наклона хорд сечений tgan=*y/x;
координаты сечений по хорде
2 — Ух2 + ’#2 cos (а'п — а);
углы наклона касательной: cos аЛ = (y+b)/rt sinon^fa—
а0 = 90° — у0 = 90° —27°12'62°48'; cos а0 = 0,457; sin а0 = 0,890;
ас = а0 — <? = 62°48' — 46° = 16°48'; cos ас = 0,957; sin ас = 0,289;
cos аз = (7,01 + 9,14)/20 = 0,808; sin аз === (17,79_6)/20 = 0,590; аз = 36°10';
cos аг = 5*35	” = 0,720; sin аг = 17,7^‘4, __ о,690; аг = 46°04'.
20
196
Расстояние среднего радиуса оси от правой опоры
е — 1 cos а — /1/2=24-0,768 — 15,62/2 = 10,63 м.
Разбиваем левую половину пролета арки на шесть равных частей и опреде-
ляем соответствующие координаты сечений полуарки по табл. 13.1.
Таблица 13.1
Координаты и углы наклона касательной сечений полуарки
№	X	У	z	a
0	0	0	0	62°48'
1	2	3,13	3,54	 
2	4	5,3o	6,50	46°04'
3	6	7,01	9,10	36°10'
4	8	8,25	11,42	— M
5	10	9,28	13,63	- 
6	12	10,0	15,62	16°48'
Расчетные усилия в сечениях левой полуарки:
1)	Снеговая нагрузка р=2 кН/м на левой полуарке:
опорные реакции:
/? =
3р1
8
3-2-24
= 18 кН;
[Я =
Р12
16
. (2-242
16
= 7,2 кН;
8
изгибающие моменты (кН-м):Л4=/?х—HY—0,5рх2:
Afj = 18-2 —7,2-3,13 —0,5-2-22 = 9,5; Л12=17,5; Л13 = 21,6;
ЛГ4 = 20,6; Л15=13,2;
продольные силы (кН): N~=(R—px)sina+/fcosa; Ne=H;
Wo= 18 0,8907,2-0,457 = 19,3;
W2 = (18 - 2-4)0,690 7,2-0,720= 12,1; /\Г = 7,2;
поперечные силы (кН);	—px)cosa—Н sin a; Q0=J?—pl\
Qo = 18-0,457 —7,2-0,890 = 4-1,8;
Q6 = 18 — 2,12*0,957 — 7,2-0,289 = —7,8; Qc = 18 —2-12= —6,0.
2)	Снеговая нагрузка на правой полуарке:
опорные реакции:
Я=^- = -^-=6 кН; Н = 1/16;pl*'=	= 7,2 кН;,
о.о	10
изгибающие моменты (кН-м):
M1 = 6-2 — 7,2-3,13= 10,5; Af2=14,5; М3=14,4;
/144=11,4; М5 = 6,8;
продольные силы (kH)i
Nq = 6-0,890 4-7,2-0,457 = 8,6;
N2 = 6-0,690 4-7,2-0,720 = 9,6; Nc = 7,2;
197
поперечные силы (кН):
Qo = 6-0,457 — 7,2.0,890= —3,7;
<?б = 6-0,957 — 7,2.0,289= +3,7; Qc = 6,0.
3)	Тельфер с грузом Р«=30 кН:
,	о Р 30	„	Р1 30-24 ,о
опорные реакции (кН); R = — = —— =15; И =---------=--------- 18;
2	2	4/	4-10
изгибающие моменты (кН/м):
Mi = 15-2— 18-3,13= —26,3; Л42=—36,3; ЛТ3= — 36,2;
М4 = — 28,5; ЛГб = — 17,0;
продольные силы (кН):
JV0= 15-0,890+18-0,475 = 21,5; Яс = 18;
АГ2 = 15-0,690 + 18-0,720 = 23,4;
поперечные силы (кН):
Qo = 15-0,457—18-0,890= — 9,2; Qc = 0;
Qe = 15-0,957 — 18-0,289 = 9,2.
4)	Ветровая нагрузка при ветре справа ?+=?_= 0,3 кН/м:
опорные реакции (кН) а
q+he— 0,5q tl	0,3-15,62-10,62 — 0,5-0,3-15,622	„„
0,57?/— q+ll 0,5-0,55-24—0,3-15,622	„ ..
H ==	л	_	=s — 3,0»
/	10
изгибающие моменты (кН-м): M=Rx+Hy—0,5<?+г2;
.	= 0,55-2 + 3-3,13—0,5-0,3-3,542 = 8,6; M2 = ll,9; Л43==П,9;
Л/Ц = 9,6; Л4б = 5,5;
продольные силы (кН):	sin а—Н cos а; ЛГ0 =—H+q+li sin а;
Яо = 0,55-0,890 — 3-0,457 = — 0,9;
Я2 = 0,55-0,560 — 3-0,720 = — 1,8;
Nc = —3 + 0,3-1562-0,64 = 0;
поперечные силы (кН): Q=l? cos а+Я sin а—q+z cos а cos а0;
Qo = 0,55-0,457 +3-0,89’0 = 2,9; Qc = 7?—q+h. cos а;
Q6 = 0,55-0,957 + 3-0,289—0,3-15,62-0,768-0,957 = —2,1;
Qc = 0,55 - 0,3-15,62-0,768 = 3,1.
Полученные величины сводим в табл. 13.2. При этом усилия от двусторонне-
го снега получаем как сумму усилий от снега слева и справа, усилия от собст-
венной массы получаем путем умножения усилий от двустороннего снега на от-
198
Таблица 13.2.
Расчетные усилия
№ сечений (см. рис. 13.2)	НагрузкН от собст- венной массы g=3 кН/м	От снеговой нагрузки р=2 кН/м			От тельфера с грузом Р=30 кН	От ветровой на- грузки ±<7=0,3 кН при ветре		Расчетные усилия при сочетаниях		
		на левой полуарке	на правой полуарке	на, всей арке		слева	справа	а+з	о» o' Н? О. Ьо	+? ьо+
2
3
4
5
Изгибающие моменты
-1,5
+4,0
4-Ю,8
4-13,8
+9,6
—9,5	—10,5]	-1,0	—26,3	+8,6	—8,6
+17,5	—14,5	+3,0	-36,3	+11,9	—11,9
+21,6	—14,4	+7,2	—36,2	+11,9	—11,9
+20,6	-11,4	+9,2	—28,5	—9,6	—9,6
+13,2	-6,8	-6,4	—17,0	5,5	—5,5
—12,0
4-21,5
+32,4
+34,4
+22,8
Продольные силы
—34,6
-41,7
-34,7
—22,1
—11,8
-30',7
—16,7
41,8
32,6
21,6
19,3
12,1
7,2
8,6
9,6
7,2
27,9
21,7
14,4
21,5
23,4
18,0
— 0,9**
-1,8
О
0,9
1,8
О
69,7
34,4
36,0
86,6 87,4
55,6 64,0*
50,8 50,8
Ю
2
с
Поперечные силы
Ю
€
с
—2,8
—6,3
. 0
+1,8
-7,8
—6,0
-3,7
+3,7
+6,0
-1,9 -9,2
—4,2 —9,2
О О
—2,9
+2,0
Г+з,о
—6,5
-14,1
±6,0
—14,0—15,9
—21,6—23,6
—	8,2
• При том же сочетании нагрузок, что и Afmax .
♦* Знак минус (—) условно обозначает растяжение.
«ошение собственной массы к массе снегй g/p=O ,3/0,2 =1,5, а усилия от ветра
справа получаем, меняя знак усилий от ветра слева на обратный, поскольку в
данном случае давление q+ и отсос q- ветра равны. Расчетные усилия вычисля-
ем при сочетаниях собственной массы и массы снега, собственной массы, массы
«снега и тельфера и всех нагрузок в невыгодных сочетаниях с учетом коэффици-
ента сочетаний, равного 0,9.
Подбор сечений и проверка напряжений. Из табл. 13*2 следует, что макси-
мальный изгибающий момент и соответствующая продольная сила возникают в
сечении 2 при действии собственной массы, правостороннего снега, тельфера с
«грузом и ветра справа, а максимальная Поперечная — в коньковом сечении при
действии тех же нагрузок и ветра слева. Эти усилия равны:
М = 52,4 кН-м = 0,0524 МН-м; N = 64 кН = 0,064 МН;
Q = 23,4 кН = 0,0234 МН.
Подбор сечения. Расчетное сопротивление сжатию и изгибу при учете
метровой нагрузки Rc =R*= 13* 1,2= 15,6 МПа.
Приближенный требуемый, момент сопротивления сечения
М
0,8/?и
0,0524
0,8-15,6
= 0,0043 м3.
199
Принято сечение досок после фрезерования Mi=0,14-0,026 м (14-26 см).
Требуемая высота сечения Лтр
61F •
b
6-0,0043
0,14
= 0,43 м_
Принято сечение из 18 досок М=0,14X0,468 м (14X46,8 см).
Проверка нормальных напряжений
изгибом.
Площадь сечения F=bh=0,14-0,468=0,0655 м2.
т Ь№ *
Момент сопротивления w = *
0,14-0,4682
6
= 0,00512 м3.
Радиус инерции г=0,29Л=0,29-0,468 =0,136 м.
Расчетная длина 1О=0,55=16,05 м.
Гибкость %=/о/г= 16,05/0,136= 121.
Х2 N	1212-0,064	'
Коэффициент 5 = 1 - — • -^г= 1 - 31(Х).	" = 0,70.
Коэффициент высоты сечения при й^0,5 м тб=1,15. Напряжение
MRC
0,064	0,0524-15,6
0,0655 ’ 0,70-0,00512-1,15-15,6
= Г3,7 МПа < Яс.
Проверка скалывающих напряжений в
Высота сечений у шарниров равна ho—0,2 м.
„	*Л2	0,14-0,202
Статический момент о = —— =------------= 7 • 10~4
Мз 0,14-0,203
Момент инерции J —	------= 9-10—5 м<
клеевых швах.
м3.
Расчетная ширина клеевого шва Ьр=5тск=0,14-0,6=0,084 м.
Расчетное сопротивление скалыванию Ле к=2,4-1,2=2,9 МПа.
QS 0,0231-7-10-4
Напряжение v = — =	— 2,1 МПа < Яск.
Проверка напряжения при сжатии и устойчивости из
плоскости.
Максимальная продольная сила #=87,4 кН=0,0874 МН.
Расчетная длина — расстояние между закреплениями скатными связями
/0=5 м:
г= 0,29* = 0,29-0,14 =0,041 м; X = Z0/r = 5,0/0,041 = 122;
3100	3100
-----=---------= 0 21*
Х2 , 1222	' ’
а =
N
0,0874
0,21-0,062
= 6,7 МПа</?о
Отношение высоты сечения арки h к ширине b равно h/b=0,468/0,14=3,35<5u
Следовательно поперечная устойчивость арки обеспечена и она не требует про*
верки устойчивости плоской формы изгиба и закрепления ее продольными связями.
Расчет узловых соединений. Опорный узел. Максимальные усилия
#=0,0871 МН; Q=0,0159 МН. Сварной башмак состоит из опорного листа с раз-
мерами bahл =0,3 -0,2 м и фасонок с размерами *фЛф=0,2-0,2 м. Полуарка кре*
пится к фасонкам болтами и упирается в опорный лист прямым лобовым упо*
ром. Опорный лист крепится к фундаменту двумя анкерными болтами диамет*
ром 20 мм.
Проверка лобового упора на смятие силой #.
Площадь смятия £См=Мо=0,14-0,20=0,028 м; Лом = 13 -1,4= 18,2 МПа (где
1,4 учитывает ветровую нагрузку).
Напряжение о=#/£=0,0874/0,028=3,1 МПа<Лсм.
200
Определяем число симметричных двухсрезных болтов крепления полуарки
к фасонкам, необходимых для восприятия поперечной силы Q при угле смятия
а=90° и коэффициенте ka =0,55. Принимаем болты диаметром d=20 мм=0,02м.
Несущая способность болта в одном срезе: _____
по изгибу болта Ти = 25d2	= 25 • 0,022 у 0,55 = 0,0055 МН;
по смятию древесины ТОм=5cdka =5-0,14*0,02*0,55=0,007 МН.
______Q 0,0159
Пт₽ 2Tmln	2-0,0055
Требуемое число болтов
2 болта.
шт. Принимаем
Определяем толщину опорного листа. Равномерная нагрузка от лобового
упора (Уд=3,1 МН/м2 и реактивного давления фундамента
«б=<’д-г =3.1 -^-= 1.45 МН/М2.
. 06	0,о0
1,45-0,32 - 3,1-0,142
------------=--------------------------= 0,06 МН-м.
Изгибающий момент М =
Требуемая толщина листа
1 / 0Л1	- / 6. Q, Об
&тр=|/	= J/ 210 = 0,013 м= 13 мм*
Расчет анкерных болтов производят на срез и смятие их опорным листом
от действия поперечной силы по нормам проектирования металлических кон-
струкций. ,
Коньковый узел. Максимальные усилия #=0,0508 МН; Q=0,0082 МН.
Узел решен с применением сварных креплений, аналогичных - опорным баш-
макам, к фасонкам которых крепятся полуарки и упорные их листы соединяют-
ся двумя монтажными болтами. Торцы полуарок работают на наклонный лобовой
упор от продольной силы.
Рассчитываем лобовой упор на си л у N. Угол смятия а=16°47',
sin а=0,289.
Расчетное сопротивление смятию под углом к волокнам при тл—1,4
13/ин	13-1,4
/?CMe l+6,22cos3a	1 + 6,22-0,2893	,8 а
Напряжение Qcm=WF=0,0508/0,028= 1,8 МПа<7?Сма.
Определяем количество двухсрезных симметрично изгибаемых болтов, воспри-
нимающих силу Q при угле смятия древесины а=90°—16°47,=73°13/.
9qo_73°13г
Коэффициент смятия ka = 0,55 + (0,65 — 0,55) •—т———— = 0,61.
/ -
Принимаем болты диаметром d=20 мм=0,02 м. Несущая способность болта:
по изгибу болта Ти = 25rf2у~= 25-0.022 У 0,61 = 0,0078 МН;
по смятию древесины Тем ebedk а = 5 • 0,14 • 0,02 • 0,61=0,085 МН.
Требуемое число болтов
два болта.
Q	0,0082
Птр =----------= - -	= 0,52 шт
^срТпПц	2-0,0678
"Принимаем
Монтажные болты рассчитывают по нормам металлических конструкций.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	В каких областях строительства применяются деревянные арки и каких
форм?
2.	Какие статические схемы имеют деревянные арки? .
201
3.	В чем заключаются основные достоинства дощатоклееных арок?
4.	На какие нагрузки рассчитываются деревянные арки?
5.	В чем заключается геометрический расчет арки?
6.	В какой последовательности производится статический расчет арки?
7.	Какие усилия действуют в сечениях арки и как они определяются?
8.	Какие напряжения действуют в сечениях арок и с чем они сравниваются?
9.	В каких’ арках элементы соединяются в узлах с эксцентриситетом и
для чего?
10.	Как конструируются и рассчитываются опорные узлы арок без затяжек?
11.	Как конструируются и рассчитываются опорные узлы арок с затяжками?
12.	Как конструируются и рассчитываются коньковые узлы арок?
13.	Как конструируются узлы большепролетных арок?
14.	Как рассчитываются арки на устойчивость из их плоскости?
15.	В чем особенности расчета клеефанерных арок?
16.	В чем особенности расчета арок из ферм?
Глава 14
РАМЫ
§ 14.1. Виды и области применения
Рамы являются одним из наиболее распространенных типов
несущих деревянных конструкций. Они хорошо вписываются в по-
перечное сечение большинства производственных и общественных
зданий: наличие стоек позволяет устраивать вертикальное стено-
вое ограждение а требуемый уклон плоского покрытия может
быть получен соответствующим углом примыкания ригеля к стой-
ке. Главной особенностью рам при двух- и трехшарнирной схеме
и шарнирных опорах является развитие в карнизном узле (в месте
примыкания ригеля к стойке) значительных изгибающих моментов,
для воспринятия которых требуются -специальные узловые соеди-
нения.
Деревянные рамы применяют обычно однопролетными при про-
летах 12—30 м (в мировой практике до 60 м), и их можно класси-
фицировать по нескольким признакам.
По статической схеме рамы могут быть статически определи-
мыми и статически неопределимыми. К статически определимым
относят трехшарнирные рамы (рис. 14.1, а). К числу статически не-
определимых относятся двухшарнирные рамы, рамы с жестка
(рейс. 14.1, б) или шарнирно (рис. 14.1, в) закрепленными стойками.
Наиболее распространенной для цельнодеревянных рам является
трехшарнирная схема. В рамах с жестко заделанными или шар-
нирно опертыми стойками роль ригеля выполняют балки, фермы
или арки с затяжкой. Стойки таких рам могут быть либо деревян-
ными решетчатыми или сплошными (см. гл. 12).
Конструктивные особенности рам разнообразны и связаны с
методом их изготовления.
Рамы, заводского изготовления — это, как правило, рамы доща-
токлееные и клеефанерные. Дощатоклееные трехшарнирные рамы
202
из элементов прямоугольного сечения являются основным типом
рамы, получившим в последние годы наибольшее распространение.
Они различаются прежде всего вариантами карнизного узла.
Рис. 14.1. Статические схемы деревянных рам:
а — трехшарнирная; б — двухшарнирная, жестко опертая; в — двухшарнирная шарнирно
опертая
Рис. 14.2. Конструкции трехшарнирных клееных рам:
а — гнутая дощатоклееиая; б — дощатоклееиая из Г-образных полурам; в — клеефа*
нерная; г — дощатоклееная с угловыми подкосами; д — е — то же, с опорными подко*
сами; 1 — дощатоклееиые элементы; 2~— расчетные оси; 3 — зубчатый стык; 4 — фа-
нерная стенка; 5 — дощатоклееные пояса; 6 — стальная накладка; 7 — ригель; 8 — под*
косы; 9 — стойки
Карнизный узел может быть выполнен путем изгиба досок (рис.
14.2, а), путем устройства зубчатого стыка (рис. 14.2, б). Стойка
и ригель* рам с зубчатым стыком в карнизном узле могут
быть изготовлены из прямоугольных клееных блоков, рас-
пиленных по диагонали. Рамы с монолитным карнизным узлом
позволяют свести число отправочных единиц к миминуму (двум
полурамам) и исключают процесс сборки карнизного узла
в построечных условиях. Вместе с тем эти варианты имеют и не-
достатки: трудность транспортирования элементов Г-образного
очертания, размеры которых выходят порой за габарит транспорт-
ных требований, и пониженное по сравнению с прямолинейной
клееной древесиной расчетное сопротивление гнутых элементов и
зубчатого стыка. Поскольку коэффициент учитывающий сни-
жение расчетного сопротивления в карнизном узле, зависит от от-
ношения радиуса изгиба к толщине изгибаемой доски, для гнутых
203
рам целесообразно применять доски небольшой толщины (25 мм).
Это позволяет уменьшить потери прочности, вызванные гнутьем
досок, но влечет за собой увеличение числа слоев, а следователь-
но, и трудоемкости изготовления рамы.
Другой вариант карнизного узла — с подкосом (рис. 14.2, г, д,
е) в карнизном или опорном узле. Такие рамы выгодны тем, что
их собирают из прямолинейных элементов, и в них за счет конст-
рукции карнизного узла уменьшается (по сравнению с бесподкос-
ным узлом) изгибающий момент в ригеле. Эти рамы имеют боль-
шее число узлов и монтажных элементов, а некоторым монтажным
элементам (например, ригелю) приходится придавать сложное
очертание.
Клеефанерные рамы с жестким карнизным узлом (рис. 14.2, в)
легче соответствующих дощатоклееных рам, но сложнее в изготов-
лении и обладают меньшим пределом огнестойкости.
Рамы с жестко заделанными стойками позволяют вести раз-
дельно монтаж стоек и ригелей. Шарнирно опертые стойки имеют
более простой опорный узел.
Рамы заводского изготовления на строительной площадке про-
ходят только сборку. Необходимые для рам стальные детали из-
готовляют тоже на заводе, и они поступают на сборку в комплек-
те с деревянными клееными элементами.
Рамы построечного изготовления из досок и брусьев собирают непосредствен-
но на строительной площадке. В этих рамах используются преимущественно по-
датливые виды соединений: болты, штыри, гвозди, упоры. Такие рамы отлича-
ются большим числом узлов и требуют больших затрат" труда при изготовлении.
Они нуждаются в высококачественных лесоматериалах, в особенности для растя-
нутых элементов.
Ригель и стойки таких рам могут иметь сплошное сечение (рис. 14.3, а) или
выполнены в виде решетчатых систем (рис. 14.3, в). В одной раме могут также
сочетаться, решетчатые стойки с .ригелем сплошного сечения (рис. 14.3, б) или ре-
шетчатый ригель со стойками сплошного сечения.
Рис. 14.3. Конструкции рам из цельных элементов:
а — сплошная с опорными подкосами; б — с решетчатыми стойками; в — решетчатая;
г — трапециевидно-подкосная система; д — ригельно-подкосная система; 1 — стойка; 2 —
ригель; 3 — подкос; 4 — стержни решетки;
204
к рамам построечного изготовления относятся и подкосные системы, приме-
няемые в качестве несущих конструкций эстакад, лесов, складов, пакгаузов. Под-
косные системы (рис. 14.3, г, д) состоят из бревенчатых (или брусчатых) стоек,
прогонов (ригелей) и подкосов. Они могут быть трапециевидно-подкосными и
ригельно-подкосными. В качестве несущих конструкций зданий наибольшее при-
менение находят более простые трапециевидно-подкосные системы. Сжатые эле-
менты в этих системах соединяются с помощью упоров и лобовых врубок.
Прогоны между собой стыкуются косым прирубом. Прогоны рассчитывают
на изгиб, стойки—на сжатие с изгибом, а подкосы — на сжатие. Усилие в этих
элементах определяют по приближенным формулам, учитывая, что на их дейст-
вительной работе сильно сказываются неточности изготовления и деформации,
возникающие при усушке, которые трудно учесть в расчете.
§ 14.2. Расчет рам
I	*
г
Расчету рамы предшествуют установление ее расчетной схемы
и выбор осей ее элементов. Для удобства расчета можно допустить
некоторое отклонение расчетный осей элементов от их действитель-
ных геометрических осей. Например, они могут быть проведены
через центры дпорных и конькового шарниров параллельно внеш-
нему контуру стоек и ригеля. Различие в положении расчетной и
действительной осей элемента возникает обычно в том случае,
когда элемент имеет переменную по длине высоту сечения и раз-
меры сечения заранее не известны. Различие в положении расчет-
ной и действительной осей учитывается на стадии подбора и про-
верки сечения элементов.
Трехшарнирные рамы сплошного сечения (рис. 14.1, а) удобно
рассчитывать в такой последовательности. Сначала вычисляют
усилия в элементах левой половины рамы при снеговой нагрузке,
расположенной на половине пролета. Эти усилия, вычисленные
для нескольких сечений стойки и ригеля, дают возможность без
дополнительных расчетов заполнить графы 2—5 таблицы усилий
(см. пример 14.1). Затем для этих же сечений вычисляют усилия
от ветровой нагрузки. При отсутствии других нагрузок достаточно
результатов этих двух расчетов для заполнения таблицы усилий.
При действии снеговой нагрузки на половине пролета опорные реакции в
трехшарнирных рамах равны (рис. 14.4, а, в, г, д):
/?=3/8р/; Я = 1/8р/; Н = piyiGf.	(14.1)
Усилия от снеговой нагрузки вычисляют с учетом ломаного очертания оси
рамы. Изгибающий момент в вертикальной стойке М=Ну, а в левом ригеле при
снеге слева изгибающий момент
М = Rx — Ну — 0,5рх2,	(14.2)
при снеге справа*
— Ну,	(14.3)
Продольную силу N и поперечную силу Q можно, как и в арках, вычислять
не во всех сечениях, а лишь в характерных, где Л1=Л1тах, а также в узлах.
В вертикальных стойках продольная сила равна вертикальной составляющей
опорной реакции рамы (N=R), а поперечная сила Q=H. В наклонном ригеле
205
эти усилия вычисляют как сумму проекций вертикальных и горизонтальных со-
ставляющих. Например, в левой половине ригеля при снеге слева
ЛА = (/? — рх) sin сс 4- Н cos а;
Q =х (/? — рх) cos а — Н sin а.
(14.4)
(14.5)
Реакции от ветровой нагрузки вычисляют из условия равенства нулю момен-
тов относительно опор Л и В и конькового узла С (рис. 14.4, б):
ЯА «(i/O (Pi*i + р2^2 + Рз*з + ^4);
/?в (V0 ( Р1а1 ~ ^202 + ^3 4“ ^4);
НА = (V/) (0,5Z?aZ 4- Р1Сх - Рз^з);
Яв = (1//) ( - 0,5/?б/ 4- Р2<?2 + Р4С4).
(14.6)
Рис. 14.4. Схемы работы трехшарнирных рам
206
В этих формулах равнодействующие ветрового давления равны:
Л =	^2 = Р2*с; Рз = рз1р, P* = pih	(ИЛ)
и приложены посередине участков контура. При небольших уклонах ригеля
приложенную к ригелю ветровую нагрузку ..можно заменить ее вертикальной
составляющей и тогда аз=Ь4=0,25/; 04=63=0,75/.
Усилия Af, N и Q от ветровой нагрузки вычисляют аналогично расчету рамы
на снеговую нагрузку.
Проверка прочности сечений. Наиболее напряженны-
ми сечениями по нормальным напряжениям для рам без подкосов
являются карнизные узлы. Если высота сечения рамы в коньковом
узле составляет не менее 0,3 высоты сечения в карнизном узле, то
проверку ригеля при действии положительного изгибающего мо-
мента вблизи конькового узла можно не производить.
Рис. 14.5. Варианты карнизных узлов дощатоклееных рам:
а — гнутоклееной; б— из Г’Образных полурам; / — расчетная ось; 2— ось элемента
Проверка нормальных напряжений в карнизном узле (рис. 14.5,
а) гнутоклееных рам производится по формуле
°£=т+w Лс < Rjnnt	(14,8)
где W— момент сопротивления, вычисляемый с учетом коэффици-
ентов mg (см. табл. 11.1). Остальные обозначения усилий в фор-
муле (14.8) те же, что в формуле (12.5); Лс — коэффициент, учиты-
вающий криволинейный характер распределения напряжений на
гнутом участке рамы и зависящий от отношения среднего радиуса
кривизны г (на рис. 14.5, а г=го—е) к высоте сечения Л:
207
rlh...2	3	4	5
kc...1,17 1,12 1,08 1,07
mrH— коэффициент, который принимают по табл. 4 приложения IV
в зависимости от отношения радиуса кривизны крайней внутренней
доски гк к ее толщине а.
Изгибающий момент М вычисляют с учетом имеющегося в про-
веряемом сечении эксцентриситета е — расстояния между расчет-
ной осью рамы и действительной осью сечения (см. рис. 14.5)
M=Mq-Ne,
где Mq— расчетный момент, взятый из табл. 14.1.
При вычислении значения гибкости 1кх=1ох1гх, входящего в ко-
эффициент g, расчетную длину 1ОХ принимают равной длине полу-
рамы (см. рис. 14.2 и 14.4). Радиус инерции сечения для элементов
с переменной по длине высотой сечения принимают rx=0,29ftCp, где
ЛСр — средняя по длине, элемента высота сечения (или приведенная
высота сечения).
В гнутом узле устанавливают дополнительные вертикальные и
наклонные элементы из досок и брусьев (см. рис. 14.2, а), образу-
ющие угол карниза и служащие для опирания ограждающих кон-
струкций стен и покрытия на скругленном участке рамы. Эти эле-
менты соединяются между собой и с рамой на болтах, и в расчете
рамы и ее скругленного участка не учитываются.
Проверку нормальных напряжений в карнизном узле с зубча-
тым стыком (рис. 14.5, б) производят по формуле
(14.9)
Г I-V/
где /7=0,856Л'; W=0,85b^--^ т6, Rca— расчетное сопротивление
древесины сжатию под углом а, приравниваемое к RCMa [см. форму-
лу (5.14)].
Значения изгибающего момента М и гибкости Кх вычисляют
так же, как и в гнутоклееных рамах. Остальные обознач£ния при-
ведены в формуле (12.5).
Проверку устойчивости плоской формы изгиба рам производят
так же, как для арок.
Скалывающие напряжения в элементах рам сплошного сечения
проверяют по клеевым швам по формуле (5.16)
J Dp
где 6р=0,6&.
Стойки и ригель рам с монолитным карнизным узлом на 0,17
высоты сечения с обоих краев склеивают из пиломатериалов II
категории, а остальную часть сечения — из пиломатериалов III ка«
тегории.
Трехшарнирные рамы с подкосом в карнизном узле (см. рис«
14.3, г) рассчитывают с учетом следующих особенностей.
208
Жесткий карнизный узел заменяют статически эквивалентной
системой (см. рис. 14.4, в), состоящей из подкоса, шарнирно при-
мыкающего к стойке и ригелю в точках F и Е, и шарнирного соеди-
нения ригеля со стойкой в точке D. В такой схеме при нагрузках
от собственной массы и снега ригель и стойка на участках AFn ЕС
сжато-изогнуты, на участках FD и DE — растянуто-изогнуты, а
подкос FE сжат. При больших ветровых нагрузках продольные уси-
лия в этих элементах могут изменить знаки на обратные.
Изгибающие моменты в ригеле и стойках таких рам достигают максимума
в точках F и Е, где примыкает пбДкос. Продольные усилия в подкосе Nu и уси-
лия на участках FD и DE можно'вычислить, сделав сечения и приравняв нулю
моменты сил относительно точек Л, D и С. Например, усилие Nn (рис. 14.4, в)
при односторонней снеговой нагрузке находят из условия 2' А4р=0,. откуда
Nn = HlJhn.	(14.10)
Проверка прочности сечений включает следующие рас-
четы:
1.	Проверку сжатого подкоса по формуле (5.4), в которой сила
W принимается равной максимальному значению силы Д/п, а <р=
=<Pmiib где cpmin находят по наибольшей из двух гибкостей или
Ху, для вычисления которых расчетная длина подкоса принимается
равной расстоянию между точками пересечения оси подкоса с ося-
ми стойки и ригеля.
2.	Проверку стойки и ригеля на участках AF и ЕС как сжато-
изогнутого элемента по формуле (5.12), принимая при этом рас-
четную длину элемента равной длине AF n ЕС.
3.	Проверку на растяжение с изгибом, на участках FD и DE
стойки и ригеля по формуле (5.10)
ар=4+^-</?р.
₽ F	₽
4.	При проверке скалывающих напряжений в точках Е и F зна-
чение поперечной силы Q в формуле (5.16) увеличивается путем
умножения на 1/£.	,
В трехшарнирных рамах с подкосом в опорном узле наружный
элемент, вертикальный (стойка на рис. 14.2, д) или наклонный
(раскос на рис. 14.2, е) при действии собственной массы и снега
растянут, а при больших выносах карнизной части ригеля и при
ветровых нагрузках может быть сжат. Дополнительный изгиб в
этом элементе может возникнуть от ветровой нагрузки, при кото-
рой элемент на пролете AD работает как простая балка. Усилие в
подкосе Nn и в стойке Nc (см. рис. 14.4,. г) можно вычислить из
равновесия опорного узла:
Nn= - Н/sin у;	(14.11)
Nc=— R—АГпсову.	(14.12)
В остальном, включая проверку прочности сечений, расчет эле-
ментов таких рам не отличается от расчета, рамы с подкосом, упи-
рающимся в стойку.
209
Растянутые элементы рам с подкосами склеивают из пилома-
териалов I категории, а остальные — из пиломатериалов II и III
категорий, располагая их так же, как в сечении рам с жестким
карнизным узлом.
Трехшарнирные клеефанерные рамы (см. рис. 14.2, в) рассчи-
тывают по приведенным геометрическим характеристикам сечений
Fnp, /пр, 1Гпр, учитывающим различие в модулях упругости досок
и фанеры.
Рис. 14.6. Схемы работы двухшарнирных рам:
а — с жестко защемленными и б — с шарнирно опертыми стойка-ми
Трехшарнирные рамы построечного изготовления. Статический
расчет и проверка сечений рам, выполненных из элементов сплош-
ного сечения (см. рис. 14.3), ничем не отличаются от расчета ана-
логичных клееных рам, показанных на рис. 14.2, д, е.
Если какие-то части рамы имеют решетчатую конструкцию
(см. рис. 14.3, б, в), то усилия в стержнях определяют общими ме-
тодами строительной механики.
Элементы решетчатых частей рам при отсутствии межузловых
нагрузок проверяют только на действие продольных сил — сжи-
мающих или растягивающих.
Двухшарнирные однопролетные рамы имеют один раз статиче-
ски неопределимую схему и для определения усилий в элементах
на действие каждой из нагрузок должно быть вычислено одно не-
известное. Дальнейший расчет рамы ведется в зависимости от ее
конструктивной схемы.
Рамы со стойками, жестко заделанными в основание (см. рис.
14.1). Расчет их сводится к определению горизонтальных и верти-
210
кальных нагрузок, действующих на стойки рамы, и вычислению
вызванных ими усилий. Так как ригель соединен со стойками шар-
нирно, его расчет производят независимо от расчета стоек. В этом
случае стойки воспринимают действующие на ригель вертикальные
нагрузки в виде сосредоточенных сил, численно равных опорным
реакциям ригеля и приложенным к верхнему срезу стойки по на-
правлению ее оси (рис. 14.6, а).
Нагрузка G равна реакции от собственной массы всех конструк-
ций покрытия, нагрузка Gc — от собственной массы стойки и на-
грузка й"ст — от собственной массы стенового ограждения, если
масса последнего приходится на стойку. Нагрузка Рс — реакция
от расположенной на кровле снеговой нагрузки. Ветровая нагруз-
ка Рв зависит от очертания покрытия. В наиболее часто встречаю-
щихся случаях нагрузка Рв в отличие от нагрузки G и Рс направ-
лена вверх.
Горизонтальные ветровые нагрузки складываются из равномер-
но распределённых нагрузок, приложенных непосредственно к
стойке, горизонтальных сосредоточенных нагрузок Wi, W2, если
ригель на опоре имеет существенную высоту, и силы х, приложен-
ной в точке примыкания ригеля к стойке<г
Для однопролетной один раз статически неопределимой рамы
с жестко заделанными в опоре стойками величина х (рис. 14.6, а)
может быть вычислена по формуле
х=± [0,188Z(A-p2)+Q,5(UZ1-^2)].	(14.13)
Дальнейший расчет производят как отдельно стоящей стойки
длиной / при различных сочетаниях нагрузок (см. гл. 12), в число
которых входит и сила х.
Рама с шарнирно опертыми стойками (см. рис.
14.1, в).один раз статически неопределима. Ригель здесь считает-
ся абсолютно жестким и жестко соединенным со стойками. Вели-
чина сжимающей продольной силы в ригеле х от ветровой нагруз-
ки может быть определена по формуле
х=± [0,313/(A-p2)+0,5(r1-MZ2)].	(14.14)
§ 14.3. Узлы клееных рам
Опорные шарнирные узлы дощатоклееных рам показаны на
рис. 14.7. Во всех этих узлах, продольная сжимающая сила во-
спринимается смятием вдоль волокон древесины стойки и смятием
бетона фундамента. В этом случае проверку производят по форму-
ле (5.15):
°cM=W/F
Поперечная сила Q может быть передана на фундамент через
болты или глухари, крепящие стойку к стальным элементам, заде-
ланным в фундамент (рис. 14.7, а). В этом случае расчет числа
болтов аналогичен'расчету опорного узла арки (см. § 13.3). В дру-
211
гом варианте опорного, узла поперечная сила передается на фунда-
мент путем упора стойки рамы в вертикальный лист стального
башмака (рис. 14.7, б). В этом случае oCm=Q//?^/?cm9o, так как
вертикальный опорный участок стойки сминается поперек волокон.
Башмак такой конструкции воспринимает усилие только одного
знака. В случаях, когда возникает поперечная сила противополож-
ного знака (например, при больших ветровых нагрузках), она
должна быть воспринята болтом.
Рис. 14.7. Варианты опорных узлов дощатоклееных трехшарнирных рам:
а —с профильными анкерами; б — со стальными башмаками; / — стойка; 2 —
профильный анкер; 3 — болты; 4 — стальной башмак; 5 — анкерный колодец; 6 —
болтовые анкера
Коньковые узлы трехшарнирных рам решаются так же, как
узлы трехшарнирных арок, и рассчитываются на продольную
и поперечную силы, возникающие в вертикальном сечении
узла.
Карнизные узлы. В рамах с подкосами сечения всех элементов
следует делать одинаковой ширины. В рамах, показанных на рис.
14.2, г, д, сжатый элемент проверяют по формуле (5.4). В местах
примыкания сжатого подкоса ригель и стойку проверяют на смя-
тие и скалывание подобно лобовой врубке при /?См9о=1,8 МПа
(рис. 14.8):
°см---^?сма>
Nn cos у
ск
При проверке прочности сечения по скалыванию следует также
проверять скалывающие напряжения т",- вызванные поперечной
212
силой Q, действующей в ригеле в сечении d—d (рис. 14.8):
"=_£?—</?ск=2,4МПа (24 кгс/см2);
J’O,6t
(14.15)
где 5 — статический момент относительно нейтральной оси части
сечения ригеля, ограниченного плоскостью скалывания врубки.
Приближенно S=0,5Лв₽6 (Л—.
Рис. 14.8. Варианты карнизных узлов рам:
а — с опорным подкосом; б — угловым подкосом; в — двухшарнирный с жестким риге-
лем; / — деревянные накладки; 2 — болты; 3 — стальные накладки; 4 — глухари; 5 —• фа-
нерные накладки; 6 — гвозди; 7 — вклеенные стержни; 8 — опорные накладки
Соединение ригеля со стойкой в рамах с опорным подкосом
(рис. 14.8, а) выполняется при помощи деревянных накладок 1
или металлических хомутов на болтах 2.
Это соединение рассчитывается на действующую в стойке про*
дольную силу N. В большинстве случаев сила W является растя-
гивающей. Болты в накладках рассчитываются с учетом ее дейст-
вия под углом к направлению волокон древесины ригеля.
213
Соединение стойки с ригелем, рамы с подкосом в карнизном
узле может выполняться с применением гнутых стальных полосо-
вых накладок, прикрепленных к верхним кромкам соединяемых
элементов двумя (или более) рядами глухарей (рис. 14.8, б). На-
кладки 3 бывают сплошными или имеют монтажный болтовой
стык. Сечение накладок и количество глухарей 4 определяются
расчетом на действующие в накладках растягивающие усилия.
В этом соединении устанавливают дополнительно боковые дву-
сторонние накладки из водостойкой фанеры 5 на гвоздях 6, кото-
рые рассчитывают на действующую по оси узла поперечную силу.
Жесткое соединение шарнирно опертой стойки с. ригелем в виде
дощатоклееной балки может быть выполнено с помощью вклеен-
ных стержней (рис. 14.8, в). Стержни 7, вклеенные горизонтально
в торец балки, соединяют со стойкой. Балка по плоскости опира-
ния на стойку имеет стальную накладку 8, прикрепленную к ней
тоже вклеенными вертикальными стержнями. Горизонтальные
вклеенные стержни рассчитывают на действие продольных сил от
изгибающего момента в узле. Вертикальные стержни рассчитыва-
ют на опорную реакцию балки, чем исключается работа древесины
опорной плоскости балки на смятие поперек волокон.
Опорный и коньковый узлы рам с подкосами в карнизных
узлах решаются и рассчитываются так же, как и в бесподкосных
рамах.
Узлы рам построечного изготовления решаются
с учетом способа их изготовления и имеющегося сортамента ма-
териалов.
В рамах, элементы которых имеют сплошное сечение (см. рис.
14.3, а), сжимающие усилия в узлах воспринимают упором, а рас-
тягивающие— с помощью болтов и деревянных накладок.
В решетчатых рамах используют такие же соединения, а для
соединения решетки с поясами применяют металлические накладки,
которые крепятся к решетке на гвоздях или болтах, а к поясу —
одним центровым болтом. В дощатых рамах пояса могут быть
сделаны из двух ветвей, а решетка — из одной доски; тогда соеди-
нение решетки с поясами делают на гвоздях, пропуская решетку
между ветвями пояса.
При трехшарнирной схеме (см. рис. 14.3, в) внутренние пояса
в карнизном узле стыкуются трехлобовым упором, а наружные
пояса — с помощью стальных накладок, прикрепленных винтами
или глухарями.
Пример 14.1. Произвести статический расчет и подобрать сечение дощато-
клееной гнутой рамы (рис. 14.9, слева). Пролет рамы Z= 18 м, высота в коньке
f=6 м, уклон ригеля 1 : 4 при <х= 14°03z.
На раму действуют нагрузки (см. рис. 14.6, а):
от собственной массы покрытия и рамы g=l,50 кН/м;
от массы снега р=5,00 кН/м (500 кгс/м);
от ветра pi=l,00 кН/м, р2=0,50 кН/м, ps=0,l кН/м, р4=0,4 кН/м.
Вычисляем геометрические параметры гнутого карнизного узла из условия,
что Ли = 1,0 м, тогда ЛВ=ЛС—Лн=3,75—1,0=2,75 м, где ho=f—tg а-0,5/=6-—0,25Х
Х0,5-18=3,75 м.
214
Угол в карнизном узле ф=90о+а=90о+14о03,= 104°03z.
ср
Радиус закругления Го = Лв tg ~ = 2,75 -1,28 = 3,522 м;
tg а =0,25; sin а = 0,-243; cos а = 0,970;
<Р2 = 90° — 0,5ф + а = 90° — 0,5*(90° + а) + а = 90° + а = 0,5ф; <рз = а.
Вычисляем координаты х и у сечений 1—6\
*1 = 0; У1=1,0м;
*2= Л) О — sin <р2) = 3,522-0,212 = 0,75 м;
102 =	4- r0cos<p2= 1 4- 3,522-0,615 = 3,17 м;
*з = Л)(1 — sin<?з) = 3,522-0,757 ==2,67 м;
#3 =	4- r0cos «Рз = 1 + 3,522-0,97 = 4,42 м;
х4=4,5 м; $4= Лс 4-*tga = 3,75 4-4,5-0,25= 4,87 м;
*5=6,0;	#5=5,25 м;
*6=7,5;	#6=5,63	м;
*с= 9,0;	#с= 6,00 м.
Вычисляем изгибающие моменты М по формуле (14.2) в сечениях 1—6 при
снеговой нагрузке на левой половине пролета.
3р1	3-5-18
Опорные реакцииз = —т— =------------— = 33,8 кН.
о	8
5-182
—— = 16,9 кН;
16-6
Л<1 = — 16,9-1 = — 16,9 кН-м;
М2=.33,8-0,75 — 5'0*752 _ 16,9-3,17= —30,0 кН-м ил. д.
При снеговой нагрузке на правой половине пролета изгибающие моменты
находим по формуле (14.3):
о	о
Afi= — 16,9-1 = —16,9 кН-м;
М2 = 11,3-0,75— 16,9-3,17= —45,3 кН-м и т. д.
Вычисляем изгибающие моменты в левой полураме при ветре слева. Равно-
действующие силы ветрового давления и откосов на поверхностях контура рамы
и плечи этих сил (а, Ь9 с см. на рис. 14.4, б) будут равны:
/>1 = 1-3,75 = 3,75 кН, />2= 0,50-3,75 = 1,88 кН,
9	9
/>з=0,1------=0,93 кН, />4=0,4----------= 3,71 кН;
cos a	cos а
с^1 = bi = л2 == ^2 == 0,5Zc — 0,5-3,75 — 1,87 м;
а3 =	= 0,25/ cos а 4- /с sin а = 5,54 м;’
215
a4= b3=l£osa — a3 = 18.0,970—5,54 = 11,92 м.
C1 = c2=/ —0,5ZC = 6—0,5.3,75 =4,13 м; ,
Z	18
Сз 4	4 co s a	4-0,970e 4’63 M'
Опорные реакции Ял, /?в» иЯв:
Яв= 1/18(—3,8-1,87— 1,88-1,87 4-0,93-5,54 + 3,71-11,92) = 2,15 кН;
ЛА= 1/18( + 3,8-1,87 + 1,88-1,87+ о,93.Ц,92 +з,71-5,54) = 2,35 кН.
Проверка: (Р3-Л)со5а=/?А+/?в; (P3+P4)coS а= (0,93+3,71)0,97=4,5 кН,
Ка+ав=а,оо+д,1о=4,о кр,
ЯА= 1/6(+2,35-9+3,8-4,13 —о,93-4,63) = 5,42 кН;
Яв= 1/6(2,15-9—1,88-4,13 — 3,71.4,63)— _0,93.
Знак минус указывает, что реакция ffB имеет направление, противоположное
показанному на рис. 14.4, о.	5
Проверка:	(ft—Л)sin а=НА+нв-
3,8 +1,88 —(0,93 —3,71)-0,243 =6,35 кн; 5,42 + 0,93= 6,35 кН.
При ветре слева
к
Л!, = Нк— 0,Spilt/.? = 5,42-1-о,5-1-12 = 4,92 кН-м;
Af2= Яа©|2— 0,5pi.t/2 —ЯаХ2 + 0,5рз^/соз2а = 5,42-3,17—
-0,5-1-3,172 —2,35-0,75+0,5-0,1-0,75/0,97= 10,43 кН-м;
Мз = Нкуз — Pi (Уз — 01) — /?Ахз 4- 0,5рзх| cos2a = .
= 5,42-4,42 — 3,8(4,42— 1,87) — 2,35-2,67 + 0,5-0,1-2,672/0,972==
= 8,37 кН-м и т: д.
При ветре справа
Afx= —0,93-1 +0,5-0,5-12= —0,68 кНм;
м2= —0,93-3,17 + 0,5-0,5-3,172 — 2,15-0,75 + 0,5-0,4-0,752/0,972 =
= 1,87 кН-м;
Л13= — 0,93 -4,42 + 1,88 (4,42 — 1,87) — 2,15-2,67 + 0,5-0,4-2,672/0,972 =
= —3,55 кН-м и т. д.
Из табл. 14.1 видно, что наибольшие изгибающие моменты возникают при
сочетании нагрузок от собственной массы и снега, поэтому усилиями от
ветровой нагрузки при проверке прочности сечения рамы молбю пре-
небречь. Несколько большие значения М4 и Мь с учетом действия ветровой на-
грузки во внимание не принимаем, так как при этой нагрузке расчетное сопротив-
ление древесины увеличивается на 20%.	. *
216
Таблица 14 J
• № сечений (см. рис. 14.9)	От собственной массы я=1,50 КН/м	От снеговой нагрузки Р=5,00 кН/м			От ветровой на- грузки при ветре		Расчетные усилия при ''	
		на левом полупро- лете	• на правом полупро- лете	на всем пролете	слева	• справа	одной временной нагрузке	двух вре- менных нагрузках
А	0	0	0	0	0	0	0	- 
	—10,1	—16,9	—16,9	-.33,8	4,92	—0,68	—43,9	——
2	—22,6	—30,0	—45,3	—75,3	10,43	—1,87	-97,9	—•
3	—14,2	— 2,6	—44,8	—47,4	8,37	—3,55	-61,6	—
4	—3,9	+19,0	-32,0	—13,0	5,49	—4,25	-35,9	—зб,5а
5	+0,9	+23,9	—21,0	+2,9	3,42	—3,77	-24,8	+25,49-
6	+2,1	+17,5	—10,5	+7,0	1,59	—2,34	+19,6	—
С	0	0	0	0	0	0	0	—
Вычисление опорных реакций при нагрузке от снега и собственной массы
по всему пролету:
от снега Р
/?=-^- = 45кН; Н= 5,182 — 33,8 кН;]
Z	0*0
от собственной массы g
Л =45(1,5/5)= 13,5 кН; Н = 3,38(1,5/5) = 10,1 кН.
Вычисляем продольные и поперечные силы в характерных сечениях.
Опорное сечение:
N= 45+ 13,5 = 58,5 кН;
Qmax= Mg Нр =33,8 + 10,1 = 43,9 кН = 0,0439 МН.
В точке 2: ф2в52°01'; cos<p2e0,616; sin ф2=0,788,
= (58,5 --6,5.0,74) 0,788 + 43,9-0,616 = 71,4 кН.
В коньковом узле Л^с=43,9 кН=0,0439 МН.
. От снеговой нагрузки QOCH=11,3 кН (т. е. равно опорной реакции
при нагрузке от снега на левой половине пролета).
От ветровой нагрузки QCB=—/?A+^8Cosa=—2,35+0,93-0,97=—1,45 кН.
Суммарная поперечная сила Qc=0,9(11,3+1,45) = 11,47.
Предварительный подбор сечения. Принимаем ширину сече-
ния Ь=14 см (из досок шириной 15 см с учетом припуска на фрезерование).
На опоре* (из условия скалывания по клеевому шву)
ЗОтах	3-0,0439
*On = О	:	А°" = 9 А К А~.Л 9 Л = °’325 М <32*5 СМ>-
2 • 0,6 • 0,14 • 2,4
В точке 2 (рис. 14.9) с учетом того, что напряжения от продольной силы состав-
ляют около 10% суммарных напряжений, и с учетом гибкости вводим при под-
боре АТр коэффициент 0,8:
ЛГтах= 97,9 кНм= 0,0979 МНм;
.	1 / 6Л1тах . / 'То,'0979
= K 6.8-0.14-13 =0.63эм»63,5см.
V	217
Принимаем высоту сечения стойки на опоре в высоту сечения ригеля на
участке 4—с А<=ЛОп= 1,4X25=35,0 см (из досок толщиной 19—5=14 м), на
.	64,4—35
участке А—4 Л= 1,4X46=64,4 см;0 =------—-----= 14,7 см (см. рис. 14Д а).
Тогда Л/6=64,4/14=4,6<5.
Рис. 14.9. К примеру расчета рамв
а — эпюра М от х: б — схема; слева — гнутоклееная рама; справа
— из Г-образных подурам
Радиус кривизны внутренней доски
гк = г0 — е — ~=352,2—14.7—	~— = 306 см;
гк/а = 300,7/1,4= 219 < 250; л»гв= 0-94-
Вычисление геометрических характеристик для сечения:
'	14-64,42
F =0,14-0,614 = 0,090 м2;	---------1,02 =
= 9870 см3 = 0,00987 м3; т6— 1,02 при Л = 64.4 см и *= 14 см.
Расчетная длина /о. равна длине полурамы:
7одг— 1,0 +
2Я-3.52(90°- 14»)	9-2,67 _
360°	.0,97
Усредненный радиус инерции , (рис. 14.9, 6)
fi4 (0,51 — х<)/соз а 4- ht А4
Гер = 0,29Лср = 0,29	~~~~~~
*ох
218
“35-TF+«'“
12,2 —
= 0,154 м
и гибкость Хх=1220/15,4=79.
Проверяем напряжения в сечении:
N= 71,4 кН =0,0714 МН; Л4=97,9кН-м;
Усредненная площадь поперечного сечения
Fcp = hcpb = (15,4/0,29) 14= 743 см2 = 0,074 м2;
6=1-
792-0,0714
3100-0,074-13-0,94
= 1 — 0,16=0,84.
Расчетный момент М =Aimax—Ne=97,9—71,4-0,147=87,4 кН • м=0,0874 МН-м.
Напряженияз
N Mkc 0,0714	0,0874-1,07
— +-------- = —------4- —--------!— = 12.1 < Return
F	0,09	0,84-0,00987 -
= 13-0,94 = 12,2 МПа; А?с=1,07 при г/Л= 3,375/0,644 = 5,24;
г=г0— е = 3,522—0,147=3,375 м.
Максимальный шаг /р наклонных связей, обеспечивающих плоскую форму из-
гиба на участке между точками 1 и 5, определяем по формуле
7062
h
70-0,142
0,644
= 2,13 м.
Поскольку отношение наибольшей высоты, сечения рамы (0,644 м) к наимень-
шей высоте (0,35 м) составляет 0,35/0,644=0,54, что больше 0,3, проверка осталь-
ных сечений рамы по нормальным напряжениям не требуется.
Проверяем опорное сечение по скалыванию по формуле (5.16):
0,0439-0,14*0,352-12
0,14-0,353-8-0,6-0,14
= 2,24 МПа < /?ск = 2,4 МПа.
Смятие под опорой
aCM=?/A(max)/FCM=0,0585/(0,35-0,14) = 1,2 МПа<Ясм=13 МПа.
- •
Смятие вертикальной плоскости стойки при Ле в15 см (см. рис. 17.7, б)
Осм= QA(max)/F= 0,0439/0,14-0,15= 2,09 МПа < /?см 90о= 2,4 МПа.
Расчет конькового узла рамы см. в примере 13.1.
Пример 14.2. Произвести статический расчет и подобрать сечение дощато-
клееной рамы с зубчатым стыком в карнизном узле. Пролет, высота в коньке,
высота стойки и нагрузки те же, что в примере 14.1 (рис. 14.9, справа).
Для определения усилия во всех точках кроме точки 2 можно воспользовать-
ся расчетом, проведенным в примере 14.1.
В точке 2 наибольший изгибающий момент М2 будет при нагрузке от собст-
венной массы и снега по всему пролету:
М2 = Ну =43,9-3,75= 164,2 кНм.
Продольная сила в сечении, сделанном по биссектрисе угла ф, т. е. по на-
правлению зубчатого стыка, при ф/2=52в01/ (см. рис. 14.5, б)
TV2 = 58.5-0,788 + 43.9-0,616 = 72,5 кН = 0,0725 МН.
219
Угол а между направлением силы Nz и направлением волокон
а = 90° — 52°01' = 37°59' » 38°.
При а=38° Нем =5,3 МПа. Принимаем ширину сечения рамы Ь=0,17 м и при-
ближенно вычислим требуемую высоту сечения:
, __ ] Г 6М -| Г 6-0,1642
Ат₽~|/	0,65*/? ~V 0,65-0,17.5,3
В этой формуле 0,65 учитывает понижающие коэффициенты, принимаемые
при вычислении геометрических характеристик сечения. Принимаем высоту сече-
ния Л, нормальную к оси стойки, из 24 досок толщиной до 45 мм каждая (после
фрезерования) h=0,045 -24=1,08 м, тогда высота сечения по зубчатому стыку
£
2
h' = Л/sin
= 1,08/0,788= 1,37 м.
Высоту сечения на опоре (см. пример 14.1) принимаем ЛОж=0,045-8 =0,36 м,
высоту сечения в коньке й0 =0,045-7=0,315 м.
Геометрические характеристики сечения по биссектрисе угла ф [см. .формулы
(14.10)]:
F= 0,85Л'б = 0,85-1,37-0,17 = 0,198 м2;
т b(p№hyz	0,17(0,85-1,37)2
W = —— -------— тб = ---------— ------— -0,8 = 0,03074 м3.
6	о
Расчетная длина элемента 10х равна длине оси полурамы
1ОХ= 3,75 + 9/0,97= 13,0 м.
Усредненный радиус инерции сечения полурамы составит
4
_ 3,75-0,5 (1,08 + 0,36) + 900/0,97 [0,5 (1,08 + 0,315)]
Гср= 0,29--------------------------------------------------- =20,5 см.
Гибкость полурамы %х=/ох/г*= 13,00/0,205 =63,4.
Усредненная площадь поперечного сечения
Fcp = b (Гср/0,29) =0,17 (0,205/0,29) = 0,12 м2;
; 63,42-0,0725
8=1—--------!!----------= 0,86.
5	0,12-5,3-3100
г vC
Эксцентриситет приложения ейлы #2 по биссектрисе угла ф (см. рис. 14.5, б)
е = 0,5 (hf— ЛОц sin — I = 0,5 (1,37 — 0,36-0,788) = 0,543 м.
Изгибающий момент М=М2—#20= 1,642—0,725-0,543 =0,1248 МН-м.
Проверяем прочность сечения по биссектрисе угла ф:
_ N М _ 0,0725	0,1248	__
9~ F + Wfi ~ 0,198 + 0,03074-0,86 ~
= 0,37 + 4,72 = 5,09 МПа </?,„_ = 5,3 МПа.
220
Геометрические характеристики сечения в точке 2' (см. рис. 14.11, б в
14.5, б), перпендикулярного расчетной оси стойки, расположенного вблизи зуб-
чатого стыка:
площадь поперечного сечения Г=0,17-1,08=0,1836 м2;
момент сопротивления W= (0,17-1,082-0,85)/6=0,02743 м3;
расстояние Дг/ от точки 2 до точки 2'
А Л —0,5ЛОП 1,08-0,5-0,36
дг, =-----------=---------—---------= о,7оз м.
tg 2
I
изгибающий момент в этом сечении
Mq = Нк (|£/2— А#) = 43,9 (3,75 — 0,703) = 133,8 кН-м.
продольная сила N=58,5 кН;
эксцентриситет е=0,5(А—Лоп) =0,5(1,08—0,36) =0,36 м;
расчетный изгибающий момент
M = Mq — Ne = 133,8 — 58,5-0,36= 112,74 кН-м= 0,1127 МН-м;
g= 0,86 (как для сечения в точке 2).
Тогда о = 0,<"в~ +--------0,1127 — = 0,32 + 4,78 = 5,1 МПа < Лс = 13 МПа.
0,1836	0,02743-0,86
Расчет узлов см. в примере 13.1.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Какие статические схемы чаще всего применяются в деревянных рамах?
2.	Как группируются деревянные рамы, по способу изготовления?
3.	Какого сечения могут быть элементы рам построечного и заводского из-
готовления?	ч
4.	В чем заключаются достоинства клееных рам? '
5.	Какой конструкции может быть карнизный узел в дощатоклееных ра-
цах? Назовите два-три варианта.
6.	На какие нагрузки рассчитывают рамы?
7.	Какие усилия возникают в элементах трехшарнирных рам и чем они от-
личаются для рам с подкосом и без подкоса?
8.	В какой последовательности рассчитывают трехшарнирную раму?
9.	Как проверяют прочность сечения элементов рамы: ригеля, стойки, под-
коса?
10.	Как конструируют и рассчитывают опорные узлы трехшарнирных клее-
ных рам?
11.	Как конструируют и рассчитывают коньковый узел трехшарнирных клее-
ных рам?
12.	В чем заключаются особенности расчета клеефанерных рам при проверке
прочности сечений?
13.	Каковы особенности работы элементов однопролетных рам со стойками,
жестко заделанными в фундамент?
14.	Как рассчитывают карнизный узел дощатоклееной гнутой рамы?
15.	Как рассчитывают карнизный узел, устроенный с помощью зубчатого
стыка?
16.	Как рассчитывают узел примыкания подкоса к ригелю в трехшарнирных
рамах?
221
Глава 15
ФЕРМЫ
§ 15.1.	Виды и области применения
Основным достоинством ферм является рациональное распреде-
ление материала путем концентрации его-в поясах и элементах ре-
шетки, благодаря чему фермы требуют меньшего расхода древе-
сины, чем конструкции оплошного сечения. Однако из этого же вы-
текает и главный недостаток ферм: они содержат большое число
стержней и узлов, что существенно повышает трудоемкость изго-
товления ферм и снижает их конкурентоспособность при сравнении
Рис. 15.1. Схемы металлодеревянных ферм из дощатоклееных элементов:
а — пятиугольная; б — трапецеидальная; в — треугольная; г — сегментная; 1 — дощатоклее»
ные элементы; 2 — элементы из стальных профилей; 3 — стальной тяж
с клееными конструкциями сплошного.сечения (арками, балками)*
В деревянных конструкциях используют внешне статически оп-
ределимые (балочные) фермы, схемы .которых зависят от пролета,
назначения, вида ограждающих конструкций (в частности, мате-
риала кровли), лесоматериалов, способа изготовления элементов и
способа соединения их в узлах.
Конструктивные особенности ферм, так же как и других дере-
вянных конструкций, тесно связаны с методом изготовления. По
этому признаку фермы можно подразделить на фермы заводского
(из клееных элементов) и построечного изготовления (из цельных
элементов).
Наибольшее распространение в строительстве получили фермы,
схемы которых показаны на рис. 15.1.
К фермам заводского изготовления относятся металлодеревян-
ные фермы, верхний пояс и решетка которых выполнены из клееной
древесины, а нижний пояс — из стали. Эти фермы могут иметь пя-
тиугольное (рис. 15.1, а), трапецеидальное (рис. 15.1,6), треуголь-
ное (рис. 15.1, в) и сегментное очертания (рис. 15.1, г). Могут при-
меняться также фермы с параллельными поясами. Преимущества
клееной древесины позволяют применять в этих фермах не только
222
стальной, но и деревянный нижний пояс. Элементы из клееной дре*
весины большой длины и крупного .сечения дают возможность по-
лучить фермы большого пролета и с малым числом узлов. В таких
фермах ограждающие конструкции покрытия (прогоны, панели)
могут опираться на верхний пояс не только в узлах, но и между ни-
ми. Фермы из клееной древесины —это типично индустриальные
конструкции, которые могут быть изготовлены только в заводских
условиях.
Пятиугольные фермы могут иметь верхний пояс, состав-
ленный из двух дощатоклееных элементов, каждый длиной от опо-
ры до конька (рис. 15.1, а). С целью уменьшения величины изгиба-
ющих моментов передача сжимающего усилия в узлах верхнего
Рис. 15.2. Схемы ферм-из брусьев, или бревен:
а — металлодеревянная треугольная; б — металлодеревянная многоугольная; в —• тре«
угольная на лобовых врубках; г — пятиугольная на лобовых врубках; 1 — деревян*
ные элементы; 2 — стальные профили; 3 — стальные тяжи круглого сечения
пояса осуществляется с эксцентриситетом. Первую панель нижнего
пояса, в которой отсутствуют усилия, делают деревянной, а опор-
ный нисходящий раскос, воспринимающий большое растягивающее
усилие,—стальным, как и среднюю панель* нижнего пояса. Трапе-
цеидальная односкатная ферма, (рис. 15.1,6) имеет аналогичный
состав.
Треугольные клееные фермы могут иметь верхний пояс из
двух клееных панелей разной длины (рис. 15.1, в); более длинной
и мощной является первая от опоры панель. Из клееной древесины
выполнены также два сжатых раскоса. Центральная растянутая
стойка — тяж —и нижний пояс приняты стальными. Ферма отли-
чается меньшим числом узлов и более простой их конструкцией,
чем пятиугольная. Панели верхнего пояса в узлах стыкуют с экс-
центриситетами.
Сегментные клееные фермы компонуются с таким расче-
том, чтобы дуга верхнего пояса была набрана из криволинейных
элементов одинаковой длины (рис. 15.1, г). Все узлы, включая узлы
верхнего пояса, центрируют по осям элементов.
Благодаря криволинейному очертанию верхнего пояса эта фер-
ма имеет малонагруженную решетку, что упрощает конструкцию ее
223
узлов, а также небольшие изгибающие моменты в верхнем
поясе.
К фермам построечного изготовления относятся: металлодере*
вянные треугольные (рис. 15.2, а, в), многоугольные (рис. 15.2,6)
и пятиугольные фермы (рис. 15.2, г), элементы которых выполнены
из цельных неклееных брусьев и стальных профилей; фермы из бре-
вен и брусьев с узловыми соединениями на лобовых врубках (рис.
15.2, а, в, г), шпренгельные фермы из брусьев и бревен, а также
простейшие фермы из досок с узловыми соединениями на гвоздях.
Схемы этих ферм увязаны с шагом прогонов, которые, как правило,
опираются в узлах, и с сортаментом бревен и брусьев с указанием
длины элементов, частоты узлов и расположения стыков в поясах.
Фермы из цельных элементов в большинстве случаев изготовляют
в построечных условиях, однако металлодеревянные треугольные
и многоугольные фермы (рис. 15.2, а, б, в, г), учитывая* наличие
в них большого числа стальных деталей, могут быть изготовлены
и в заводских условиях.
Фермы из цельных элементов со стальным нижним поясом при
треугольном очертании (рис. 15.2, а) позволяют просто орга-
низовать плоскую скатную кровлю. В этих фермах верхний пояс
и раскосы делают из брусьев, а центральную растянутую стойку —
из круглой стали. При многоугольном очертании (рис.
15.2, б), приближающемся к очертанию эпюры моментов в простой
балке, усилия в панелях верхнего пояса мало меняются от опоры
к середине пролета и в элементах решетки возникают небольшие
усилия. Из-за многоугольного очертания такая ферма отличается
большим числом узлов. При небольшом пролете прогоны покрытия
располагаются по узлам, а иногда еще и между узлами.
Фермы на лобовых врубках имеют треугольное или пя-
тиугольное очертание (рис. 15.2, в, г). Схема решетки в этих фер-
мах принимается таким образом, чтобы раскосы были сжаты, а
стойки — растянуты. Это позволяет крепить сжатые раскосы к по-
ясам с помощью лобовой врубки, воспринимающей только сжимаю-
щее усилие, а растянутые стойки (тяжи) делать из круглой стали.
Тяжи на одном конце снабжены резьбой и гайкой, что обеспечивает
возможность уплотнения узлов при сборке, а также позволяет
в процессе эксплуатации фермы периодически подтягивать тяжи,
ликвидируя провисание фермы, вызываемое усушкой древесины
и обмятием ее в узлах.
В пятиугольных фермах раскосы вблизи середины пролета при
расположении снеговой нагрузки на одной половине фермы могут
получить растягивающее усилие и выключиться из работы, так как
лобовая врубка не работает на растяжение. Для сохранения гео-
метрической неизменяемости решётку фермы снабжают дополни-
тельными нисходящими раскосами (на рис. 15.2, г показаны пунк-
тиром), которые в этом случае компенсируют выход из работы
средних восходящих раскосов.
Фермы на лобовых врубках требуют применения качественной
древесины I категории для растянутого нижнего пояса.
224
§ 15.2.	Расчет ферм
Расчету фермы предшествуют выбор типа фермы, ее геометриче-
ской схемы и вычисление параметров схемы.
Нагрузка, действующая на ферму, складывается из постоянной
(от собственной массы фермы и ограждающих конструкций покры-
тий) и временной (чаще всего
только от снега). Для удобства
последующего расчета постоян-
ную нагрузку задают в том же
виде, что и снеговую, — в кН
(кгс) на 1 м пролета фермы (см.
§ 8.2).
Рис. 15.3. Расчетные схемы сегмент-
ной фермы при снеговой нагрузке на
половине пролета
Равномерно . распределенную
временную (снеговую) нагрузку
приводят к сосредоточенным си-
лам Р, приложенным в узлах
фермы, при этом выделяют слу-
чай, когда временная нагрузка р
располагается на половине про-
лета фермы. Сосредоточение нагрузок .в узлах при наличии рас-
пределенной межузловой нагрузки по верхнему поясу является ус-
ловным и необходимым для определения усилий в стержнях фермы.
Например, для сегментной фермы с узлом в середине пролета
(рис. 15.3)
Р1—Р2—0,5/? (/j -р/г); £ Рз — 0,5/?/2.	(15.1)
Определение усилий в стержнях фермы можно произвести гра-
фически или аналитически. При этом в схемах сегментных ферм
криволинейные оси панелей верхнего пояса на участках 1лежду со-
седними узлами заменяют хордами, стягивающими эти дуги (рис.
15.3).	#
Удобно сначала определять усилия от действия односторонней
снеговой нагрузки, например на левой половине пролета. Это дает
возможность, не прибегая к повторному статическому расчету, оп-
ределить усилия в стержнях фермы при всех остальных вариантах
нагрузок: при снеговой нагрузке на другой половине пролета, при
постоянной и снеговой нагрузке на всем пролете. Подсчет наиболее
неблагоприятных суммарных усилий удобно вести в табличной фор-
ме (см. пример 15.1).
При вычислении усилий в средних раскосах учитывают два слу-
чая:'* когда раскос сжат и когда он растянут. Для верхних поясов
ф’ерм, нагруженных межузловой нагрузкой, продольное усилие вы-
числяют для случаев,,когда к панели приложена временная нагруз-
ка от снега и когда временная нагрузка на этой панели отсутствует.
Проверка сечений элементов фермы. Для элементов ферм уста-
новлены следующие предельные значения гибкостей: для верхнего
пояса—120, для элементов решетки —150, для нижнего пояса из
стали — 400.
8—2411
225
•При этом расчетная длина поясов в плоскости фермы и расчет-
ная длина элементов решетки в плоскости и из плоскости фермы
принимается равной расстоянию между центрами узлов ферм. Рас-
четная длина верхнего пояса из плоскости фермы принимается
равной расстоянию между точками прикрепления связей, распола-
гающихся по верхнему поясу, а. при жестких ограждающих конст-
рукциях покрытия (например, двойном настиле с прогонами) —
расстоянию между точками крепления прогонов.
Сжатые элементы ферм проверяют по формуле (5.4):
где (pmin — коэффициент, вычисленный по наибольшему из двух
значений гибкости: в плоскости и из плоскости фермы. Если эле-
мент составлен из нескольких ветвей, то устойчивость из плоскости
проверяют с учетом приведенной гибкости Хпр (см. § 12.2).
Растянутые деревянные элементы.проверяют по формуле (5.1):
«
5 ==N’
стальные — по формуле *
где /п — коэффициент условия работы (если пояс состоит из двух
элементов, то т = 0,85)-. *
В случае, когда верхний пояс нагружен межузловой нагрузкой,
его проверяют, как сжато-изогнутый, по формуле (5.12):
з=_^_|---MRc < Z? •
F Ф kWRnm6 с
♦
Изгибающий момент Мя вызван наличием межузловой нагруз-
ки q=g или q=g + p на панели верхнего пояса и вычисляется, как
в балке пролетом 1\ (рис. 15.3).
Значение изгибающего момента 7Ид может быть уменьшено за
счет разгружающего момента Mw, создаваемого путем эксцентрич-
ного приложения продольной сжимающей силы N.
В фермах с прямолинейным верхним поясом эксцентриситет е
силы N относительно оси элемента верхнего пояса создается в уз-
лах (рис. 15.4, а). Для этого ось площадки смятия в смежных па-
нелях пояса опускают ниже действительной оси пояса. Тогда экс-
центриситеты у опор будут равны: в1 = 0,5(Л—Ci), e2=0,5(ft—с2),
а эксцентриситет е в середине пролета, где Mq принимает наиболь-
шее значение, e=0,5(ei+e2). Суммарный изгибающий момент в се-
редине пролета /1 с учетом разгружающего действия эксцентрично
приложенной продольной силы N вычисляют по формуле
M = Mq-MN. ,	(15.2)
226
Двухпролетный неразрезной элемент верхнего пояса (например, в фермах/
показанных на рис. 15.1, а, б и 15.2, б) в промежуточном узле может не иметь
эксцентриситета (в2=0). В таких Элементах наибольший изгибающий момент
возникает на средней опоре. Однако в этом случае значение разгружающего мо-
мента от эксцентриситета получается над средней опорой вдвое меньшим, чем
при однопролетной схеме.
Рис. 15.4. Схема работы сжато-изогнутых верхних поясов ферм
при прямолинейной (а) и криволинейной (б) оси пояса:
/ — геометрическая ось по'яса; 2 — ось действия сжимающего усилия N
В сегментных, фермах эксцентриситет силы N получается за
счет-кривизны оси панели верхнего пояса. Продольная сила, на-
правленная по хорде дуги (рис. 15.4, б),‘подобно распору в арке
создает изгибающий момент MN=+NfOi где fo—расстояние от
хорды до оси верхнего пояса в середине пролета панели /ь Будем
иметь
M=Mq-Nf„.	' (15.3)
*
Значение fo в формуле можно вычислить:
Л=/о8г0,	(15.4)
где Zo — длина хорды; г0 — радиус дуги, по которой очерчен верхний
пояс сегментной фермы.
При проверке прочности “верхнего пояса по формуле (5.12) на-
до учитывать такие случаи загружения: ферма загружена р на
всем пролете (q=g+p), .ферма загружена р на половине пролета
и панель находятся на незагруженной половине формы (q=g)t
ферма загружена р на половине пролета, но панель находится на
загруженной половине (?=£Ч-р).
Для неразрезного верхнего пояса изгибающие моменты в первых панелях
в пролете M'np=0Jlqlx2—Qfi4Nfo и на опоре ЛГОП=—0,\qli2+0JNfo. В остальных
панелях М"пр^0t042ql22—0,33Nfo и ЛГОП=— 0,83<7/2+0,67Л7о.
8*
227
При подсчете напряжений расчетную длину панели верхнего пояса прини-
мают равной 0,8/1 и 0,6/2 (когда прочность проверяют в пролете панели соответ-
ственно от М'пр и ЛГ'пр) и 0,2/1 (когда прочность проверяют на опорах).
Прогибы ферм при соблюдении указанных на рис. 15.1 -и 15.2
отношений высоты к пролету f/l ре проверяют, так как эти отно-
шения обеспечивают требуемую жесткость ферм. Для предотвра-
щения нежелательных последствий, вызванных перемещениями уз-
лов и прогибов нижнего пояса, возникающими все же в процессе
эксплуатации, фермы проектируют со строительным подъемом, зна-
чение которого принимается равным V200 пролета. При вычислении
усилий в стержнях фермы строительный подъем не принимают во
внимание.
§ 15.3.	Узлы клееных ферм
Опорные узлы ферм из дощатоклееных элементов осуществляют
путем упора крайней панели верхнего пояса в стальной опорный
башмак, к которому приварены стальные элементы нижнего пояса,
так же как в клееных арках с затяжками (см. § 13.3).
Узлы верхнего пояса клееных ферм. Узлы верхнего пояса тре-
угольных клееных ферм решаются с учетом того, что в элементе ре-
шетки действуют значительные усилия постоянного знака.
Средний коньковый узел (рис. 15.5, а) решается в виде наклон-
ного лобового-упора сЖатых элементов верхнего пояса, перекрытого
деревянными или металлическими накладками на болтах. Эксцент-
ричное крепление элементов создает необходимый разгружающий
момент от продольных сил. Растянутая стойка в виде стального
тяжа с нарезкой на конце пропускается через отверстие, про-
ходящее через центр узла, и закрепляется гайкой на шайбе. Рас-
четом этого узла проверяется напряжение смятия под углом си к во-
локнам древесины в лобовом упоре элементов верхнего пояса и под
углом аг под шайбой стойки. Рассчитывается также сама шайба на
изгиб. Поперечная сила в этом узле, как правило, невелика и вос-
принимается деревянными накладками и болтами.
Промежуточный узел (рис. 15.5,6) решается в виде лобового
упора торца раскоса в скошенный торец опорной панели верхнего
пояса увеличенной высоты сечения и перекрывается двусторонними
деревянными накладками 1 на болтах 3. Расчетом проверяется
в этом узле напряжение смятия в поясе под углом а к волокнам
древесины.
• Узлы верхнего пояса сегментных ферм (рис. 15.5, в) благодаря
небольшим знакопеременным усилиям в раскосах могут решаться
с помощью стальных накладок, соединенных с раскосами болтами
и прикрепленных к болту 5, проходящему через центр узла. Цен-
тровой болт пропускают сквозь две деревянные накладки, которые
охватывают узел с обеих сторон и в свою очередь прикреплены бол-
тами к обеим панелям. Центровой болт рассчитывают на восприя-
тие равнодействующей силы Np.
Несущую способность центрового болта определяют, принимая
в качестве крайних, более тонких,-элементов (толщиной а) наклад-
228
ки, в качестве среднего элемента (толщиной с) — пояс фермы. Меж«
ду этими элементами расположены стальные накладки 4, которые
нагружают болт силой Лр. За «срезы» в этом соединении следует
Рис. 15.5. Варианты узлов верхнего пояса клееных ферм:
f деревянная накладка; 2-“-шайба; 3— болт; 4 — стальная накладка; 5 — центро-
вой болт; б—диафрагма; 7 — фасонка; 8 — сварка
принять плоскости сдвига между деревянными накладками и поя*
сом с одной стороны и стальными накладками с другой. Таких пло-
скостей четыре. Однако учитывая некоторую подвижность накладок,
вызванную податливостью болтового- соединения, несущую спо-
собность срезов между деревянными и стальными накладками при-
нимают обычно с понижающим коэффициентом, равным 0,5. Тогда
расчетное число срезов в узле равно 3. Несущую способность од-
ного среза принимают с учетом ka, значение которого вычисляют
для угла а между направлением силы и направлением волокон
в деревянных накладках.
Узлы верхнего пояса пятиугольных ферм. Надопорный узел
(рис. 15.5, г) является соединением деревянных и стальных эле-
ментов, в которых действуют значительные усилия постоянных зна*
«•—2411	229
ков. Он может решаться с помощью сварной детали, состоящей из
двух фасонок с вваренной между ними -L-образной диафрагмой.
Верхний пояс упирается в диафрагму нижней частью торца, при-
чем возникает разгружающий момент от продольной силы в
верхнем поясе, и закрепляется болтом. Стальные растянутые
уголки раскоса приваривают к фасонкам снаружи. Сжатая стойка
упирается в диафрагму снизу и прикрепляется к фасонкам болтом.
Рис. 15.6. Варианты узлов нижнего пояса
клееных ферм:
1 — фасонка; 2 — диафрагма; 3 — болт; 4 — сварка;
5 — шайба
В узле проверяют расчетом
смятие торца верхнего поя-
са. Рассчитывают сварные
швы и листы диафрагмы на
изгиб, как пластины, опер-
тые по трем сторонам.
Средний узел (рис.
15.5, д) решается тоже с по-
мощью стальных фасонок и
диафрагмы между ними.
Раскосы крепятся к узлу
болтами при помощи сталь-
ных накладок приваренных
к фасонкам. Узел крепится
дополнительно двусторонни-
ми 'Деревянными накладка-
ми на болтах. Расчетом узла
определяют число болтов в
стальных накладках, длины
сварных швов, напряжение
смятия торцов верхнего поя-
са.
Вертикальный лист диа-
фрагмы рассчитывают на из-
гиб, как пластинку, опер-
тую по трем сторонам, на
разность усилий в верхнем
поясе, возникающую при
односторонней снеговой на-
х грузке.
В промежуточном узле (рис. 15.5, е) к верхнему поясу примыка-
ет стойка, сжатая силой Nc- Крепление стойки к узлу выполняют
лобовым упором, перекрытым деревянными накладками на болтах.
Верхний пояс в узле рассчитывают на местное смятие силой при
угле смятия а, близком к 90°, причем расчетное сопротивление смя-
тию определяют по формуле (5.13). Такой расчет может потребо-
вать увеличения сечения стойки в узле или применения прокладки
из твердой древесины между поясом и торцом стойки. Болты здесь
на основные нагрузки не работают и не рассчитываются.
Узлы нижнего пояса ферм. Нижний пояс клееных ферм выпол-
няют из стальных профилей (рис. 15.6),. Конструкция узлов опреде-
ляется величинами и знаками усилий в стержнях решетки.
230
Узел нижнего пояса треугольной фермы (рис. 15.6, а) решается
с учетом действия в соединяемых элементах значительных усилий
одного знака. Узел может выполняться с помощью двух фасонок /,
приваренных к поясу, и двух Т-образных диафрагм 2 между ними.
Сжатые раскосы упираются в диафрагмы и закрепляются конст-
руктивными болтами 3, Растянутый тяж стойки закрепляется гай-
кой на шайбе 5, приваренной к нижнему поясу. Расчетом проверя-
ют в этом узле только сварные швы, поскольку лобовые упоры рас-
косов имеют, как правило, избыточные запасы прочности.
Узлы нижнего пояса сегментных ферм (рис. 15.6, б) решаются
с учетом того, что в элементах решетки действуют небольшие, но
знакопеременные усилия. Такие узлы могут быть решены при по-
мощи двух фасонок с отверстиями для болтов. Раскосы решетки
вводятся между фасонками и закрепляются болтами, которые рас-
считываются на действие максимальных усилий в раскосах (обыч-
но при односторонней снеговой нагрузке).
Узел нижнего пояса пятиугольных ферм (рис. 15.6, в) решается
с учетом того, что в нем соединяются деревянные и металлические
элементы, в которых действуют значительные однозначные усилия,
небольшие знакопеременные усилия и элементы без усилий. Узел
решается в виде двойных фасонок и приваренной между ними диа-
фрагмы. Стальные раскосы и элемент пояса приваривают к фасон-
кам снаружи. Стойка, раскос и деревянные элементы нижнего
пояса между фасонками упираются в диафрагму и закрепляются
болтами. В этом узле рассчитывают сварные швы. Лобовые упоры
раскоса рассчитывают на смятие под углом к волокнам на состав-
ляющие силы сжатия в раскосе. Болт крепления раскоса рассчи-
тывают на небольшое растягивающее усилие, которое может воз-
никнуть в раскосе. Стойка и деревянный элемент нижнего пояса
крепятся конструктивными болтами. Листы диафрагмы рассчиты-
вают на изгиб, как пластинки, опертые по контуру.
Узлы ферм из цельных элементов. Узлы ферм на лобовых вруб-
ках решаются с учетом того, что в их элементах действуют значи-
тельные однозначные усилия. Опорные узлы этих ферм решаются
в виде лобовой врубки, описанной в § 6.
Средний коньковый узел, где соединяются сжатые элементы
верхнего пояса и растянутые элементы решетки, решается анало-
гично подобному узлу треугольных клееных ферм.
Промежуточные узлы верхнего и нижнего пояса (рис. 15.7, а
и б), где соединены сжатые деревянные раскосы и растянутые стой-
ки в виде тяжей из гладкой арматурной стали, решаются тоже в ви-
де лобовых врубок, соединенных скобами 2. Растянутые тяжи про-
пускают через отверстие в поясе и закрепляют гайкой на шайбе /.
В верхнем поясе для этого делают двусторонние врезки, благодаря
которым узлы становятся центрированными. Лобовые врубки ра-
ботают и рассчитываются на смятие и скалывание. Проверяют так-
же напряжение смятия под углом к волокнам под шайбой стойки,
и сама шайба рассчитывается на изгиб от действия напряжения
смятия.
g**
231
Центральный- узел нижнего пояса решается с учетом того^ что
в нем соединяются два сжатых раскоса, растянутая стойка и дела-
ется стык растянутых элементов нижнего пояса. Элементы нижнего
пояса соединяются двусторонними деревянными накладками 1 на
болтах 3 и шпильках 5. Концы раскосов вводятся в зазор между
Рис. 15.7. Варианты узлов ферм из цельных элементов:
а — промежуточный узел верхнего пояса; б — то же. нижнего пояса; в — средний узел ниж-
него пояса ферм на лобовых врубках; а —увел верхнего пояса многоугольных металлодере-
вянных ферм; -д — то же, нижнего пояса; е — узел нижнего пояса пятиугольных металлоде-
ревянных ферм; 1 — шайба; 2 — скоба; 3 —болт; 4 — деревянная накладка; 5 — шпилька]
6 — металлическая цакладка; 7 центровой болт
накладками, упираются друг в друга и в шайбу вертикальной стой-
ки и прикрепляются к накладкам болтами 3. Тяж стойки вводится
в отверстие между торцами раскосов и закрепляется, на шайбе 1
гайкой.
Болты стыковых накладок рассчитываются на усилие, действу-
ющее в нижнем поясе. Лобовые упоры раскосов проверяют на смя-
тие от вертикальной и горизонтальной составляющей усилий
в раскосах. Болты крепления раскосов и накладки рассчитывают
на восприятие горизонтальной составляющей разности усилий
в раскосах, возникающей при действии односторонней снеговой на-
грузки. Шайбу стойки проверяют на изгиб, а древесину под ней—-
на смятие.
232
Узлы металлодеревянных ферм из цельных элементов решают*
ся в большинстве случаев аналогично узлам клееных ферм.
В многоугольных фермах элементы решетки крепят к верхнему
поясу при помощи лобовых упоров, перекрытых накладками 4 на
болтах, центровых болтов 7 и полосовых накладок 6 аналогично
узлам сегментных клееных ферм. Эксцентричное крепление элемен-
тов пояса создает разгружающий изгибающий момент при наличии
межузловых нагрузок.
К нижнему металлическому поясу элементы решетки крепят при
помощи аналогичных металлических накладок 6, которые надевают
на шпильку 8 с двусторонними нарезками й гайками притягивают
к элементам пояса.
В пятиугольных и треугольных металлодеревянных фермах сжа-
тые раскосы крепят к верхнему.поясу при помощи лобовых врубок
(рис. 15.7, а), а к нижнему металлическому поясу — при помощи
лобовых упоров в диафрагмы узлов. Растянутые стойки крепят
к узлам нарезанными концами с шайбами и гайками.
Стыки верхних поясов этих ферм располагаются близ узлов и
решаются в виде продольных лобовых упоров, перекрытых деревян-
ными накладками на болтах.
Пример 15.1. Произвести статический расчет, подобрать и проверить сечение
сегментной клееной фермы пролетом 24 м, схема которой дана на рис. 15.8, а.
На ферму действуют нагрузки, отнесенные к горизонтальной проекции от собст-
венной массы покрытия и фермы, g=4 кН/м (400 кгс/м), от снега р=10 кН/м
(1000 кгс/м). По верхнему поясу располагаются прогоны с шагом 2 м.
1.	Вычисляем геометрические размеры и углы фермы. Высота фермы
•=24/6=4 м. Радиус окружности, по которой очерчена ось верхнего пояса, будет
/2 + 4/2	242 + 4-42
равен г =------------------—------= 20 м.
Определяем половину центрального угла дуги верхнего пояса:
I	24
sin а0 = —— =	= 0,6; а0 = 36°50'.
2г	2-20
Длина всей дуги верхнего пояса
2лг2а0 2-3,14-20-2-36,83
5= зб0 -	_	— 2а,75 м.
360
Длина дуги одной панели верхнего пояса
5 = 25,75/4 = 6,44 м.
Длина хорды, стягивающей дугу панели,
G=2r0sin — = 2-20-0,16= 6,4 м.
4
Стрела выгиба одной панели верхнего пояса (см. рис- 15.4, б)
ls	6,42
/о = 4-=-—г=01256 ~0i26 м-
or	о-ZU
2Э&
Угол ₽i = 1/2-3/4(2ao), как опирающийся на 3/< всей дуги верхнего пояса, а
угол ₽2=1/2J/4(2ao), откуда
= 0,5-0,75-2 (36°50') = 27°38'; р2 = 9° 12'.
Длина проекций первой и второй панелей верхнего пояса:
= ls cos Pi = 6,4-0,885 = 5,67 м;
Z2 = ls cos P2 = 6,4-0,988 = 6,33 m.
Расстояние fi=ZS sin pi=6,4-0,463=2,96 m.
Длина раскосов
ZX—2 = У (8 — 5,67)2 4- 2,962 = 3,77 M;
Z2_3=/42 + 42 = 5,66 m.
2.	Определяем усилия в стержнях от нагрузки р=10 кН/м, расположенной
на левой половине пролета..
Вычисляем сосредоточенные нагрузки Pi, Р2 и Рз.(см. рис. 15.3, а):
P1=0,5pZ1 = 10-0,5-5,67=28,3 кН (2,83 тс);
P2=0,5p(Zi+Z2) = 10-0,5(5,67+ 6,33) = 60 кН (6,0 тс);
Р3= 0,5pZ2= 10-0,5-6,33=31,7 кН (3,17 тс).
Рис. 15.8. К примеруфасчета сегментной клееной фермы:
а — схема фермы; б — диаграмма усилий; в, г — расчетные схемы узлов
234
Опорные реакции:
3-10-24
Г	—
8
= 90
кН;
10-24
= 30 кН.
Для определения продольных усилий N в стержнях фермы построим диаграм*
му Максвелла — Кремоны (рис. 15.8, б) и полученные усилия внесем в табл. 15.1.
Таблица 15.1
Усилия в стержнях фермы
Стержни (см. рис. 15.8)	Усилия N (кН), М (кНм)	От .собствен- ной массы g=4 кН/м, Л=0,4	От снеговой нагрузки р=10 кНм (1 тс/м)			Расчетные усилия при снеговой нагрузке	
			слева на Z/2	справа на Z/2	на всем пролете	на полови- не пролета	на всем пролете
1	2	3	4	5	6	7	8
			Верхний пояс				
В—1	N	—80,6	—130,5	—71,0	—201,5	—151,6	—282,1
	Mq	+16,1	+40,2	—	+40,2		
	MN	—21,0	—33,9	—18,5	-52,4		
	м	-4,9	+6,3	—18,5	—12,2	—23,4	—17,1
Г—2	N	—67,0	—104,5	—63,0	-167,5	—171,5	—234,5
	~ Мд	+20,0	+50,0	——	+50,0		
	MN	—17,4	—27,1	-16,4	—43,5		
ч	м	+2,6	+22,9	—16,4	+6,5	+25,5	+9,1
			Нижний пояс				
Л—1	N	+68,8	+ 116,0	+56,0	+172,0		+240,8
А—3	N	+70,0	+88,0	+88,0	+176,0		+246,5
Раскосы.
2—3
+ 1,2
—20,0	+23,0	+3,0
+22,0	—25,0 —3,0
—18,8
+24,2
-26,4
+20,8
N
N
Примечание. Усилия в гр. 3 вычислены Путем умножения усилий, полу-
ченных в гр. 6, на коэффициент &=g/p=4/10=0,4.
Кроме продольных усилий в панелях верхнего пояса возникают изгибающие
моменты М [см. формулу (15.3)] и поперечная сила Q-. Вычисляем слагаемые из-
гибающего момента М в панели В:
Mq=Mp = — (д — = 10 я’67 = 40,2 кН-м (4,02 тс-м);
ч	о	о
М, = Л!»• =-£• Л1Р=—7- 40,2= 16,1 кН-м (1,61 тс-м);
4	р	Ю
MN = Nfo< где /о =0,26 м (см. выше).
235
Например, при снеговой нагрузке на половине пролета слева Л<№
с=—130,5-0,26=—33,9 кН-м (3,39 тс-м). Подсчет остальных значений М опу-
скаем.
В панели Г—2
1	. Мд=Мр= 10-(6,33)2/8 =50 кН-м (5 тс-м);
Mq= Mg = — Мр= -50 = 20 кН-м (2 тс-м).
V	
3.	Подбираем сечения элементов. Ширину сечения верхнего пояса
и элементов решетки принимаем одинаковой. Подберем ее из условия
предельной гибкости Хпр=150 для самого длинного раскоса 2—3, у которого
loff^:loX =5,66 м. Тогда /min=Zoif/Anp=5,66/150=0,038ал, откуда 6min=0,038/0,29=
-=0,131 м.
Принимаем 6=0,14 м (из доски шириной 15 см за вычетом 1 см на строжку) <
Сечение верхнего пояса можно подобрать по Afmax, пользуясь приближенной
формулой 1Ртр=/Итах/0,8/?и.
Для подбора сечения воспользуемся сочетанием N=—171,5 кН и Af™
=25,5 кН-м=0,0255 МН-м. Тогда 1ГТр=0,0255/0,8-13=0,003 м3=3000 см8. Отсю-
да, зная, что 6=0,14 м, определим ориентировочную высоту сечения:
1 /“ 6W\p -	6.0,003
Л = .|/ —— = ]/ -^- = 0.36 м.
Сечение пояса наберем из досок толщиной до строжки 40 мм, а после строж-
ки 40—6=34 мм. Проверим, потребуется ли при этой толщине уменьшить рас-
четное сопротивление на понижающий коэффициент тгн, как для гнутого эле-
мента, г^а=2000/3,4 =590»250 и, следовательно, /иГн=1.
' Число слоев в клееном поясе пс л =36/3,4= 10,6. Примем 12 слоев и тогда
6=3,4-12=40,8 см; hfb=40,8/14= 2,9<5; r?z6=^ 1,15.
Геометрические характеристики сечения пояса:
0,14-0,408 = 0,0572м2;
Wp= (0,14-0,4082)/6 = 0,0039 м3;
J =(0,14-0,4083)/12 = 0,000791 м4;
S= (0,14-0,4082)/8 = 0,00291 м3.
Гибкость панели верхнего -пояса Хя=/ох/гх =6,44/(0,29-0,408) =55<120.
Проверим сечение сжато-изогнутого элемента при сочетании
^= — 171,5 кН =—0,1715 МН и М= 25,5 кН-м = 0,0255 МН-м:
552-0,1715
3100-13-0,0572
= 0,77;
0,1715
0,0572
0,0255-13
0,77-0,0039.1,15-13
= 3 + 7,4 = 10,4 МПа
(104 кгс/см2) < Rc— 13 МПа.
Проверим* сечение
=0,017 МН-м:
при сочетании 282,1 кН=0,2821 МН и Л1=17,1 кН-м=
552-0,2821
£ = 1 —--------------— = 0,63;
3100-13-0,0572
0,2821
0,0572
0,0171-13
0,63-0,0039.-1,15-13
= 4,9+ 6,1= 11 МПа
(110 кгс/см2) < /?с = 13 МПа.
236
Проверка по скалывающим напряжениям:
(ю + 4,6 зз-ода. _43.8 кН _ 01И38
0,0438-0,0029
т =-----—-—1------- = 4,92 МПа < Яск =2,4 МПа.
0,00079-0,14-0,6
Проверка устойчивости из плоскости фермы при сжатии силой #=282,1 кН=
=0,282 МН (28,2 тс) и шаге прогонов /у=2 м:
гу= 0,29-0,14= 0,04 м;
= 2/0,04 = 47; у = 0,8;
°C = к	= 6 МПа < Яс = 13 МПа.
0,8-0,0572
Сечения обоих раскосов принимаем одинаковыми, производя проверку только
раскоса 2—3, как наиболее длинного и нагруженного. Из табл. 15.1 #=26,2 кН=
=0,0262 МН. Ширина сечения раскоса 6=0,14 м, а высота сечения из условия
откуда
сечения
=0,0262 МН. Ширина сечения раскоса 6=0,14 м, а высота сечения из
lox	5,66
предельной гибкости Хпр=150 6тр =	— = 		= 0,13 м,
U, MKzAjjp	и,^ьУ* 1ОО-
число досок в сечении п= 13/3,4=3,8. Принимаем четыре слоя и высоту
раскоса 6=0,34*4=0,136 м.
5,66
Тогда kmax= n 9Q = 144 < 150 • Ч> = °>15:
U,zy-U, 1оО
F = 14-13,6 = 190 см2 =0,019 М2;
0,0262
’с “ "n 15~0 n.q = 9’2 МПа < Яс = 13 Мпа-
и,io«u,uiy
Проверка растянутого раскоса: #=24,2 кН=0,0242 МН (2,42 тс). Раскос при-
креплен в узле болтами d=12 мм, расположенными в два ряда. Площадь попе-
речного сечения за вычетом ослаблений составит:
FHT = (0» 136-2-0,012)0,14 = 0,0157 м2;
а = #/FHT= 0,0242/0,0157 = 1,54 МПа < /?р = 8 МПа..
Подбираем сечения растянутого стального нижнего пояса по #=-246,5 кН=
=0,2465 МН:
0,2465
Принимаем 2Z.75X5; 2F=2-7,39 =14,78 см2; гж=2,31 см; Х=800/2,31=343<400,
4. Расчет узлов.
Опорный узел (см. рис. 13.4, а). Проверку торца пояса на смятие про-
изводим при действии наибольшей продольной силы #=282,1 кН. Задаемся раз-
мерами площадки смятия: 6=0,14 м; АОп=2/36=2/3-0,408=0,272 м.
FCM= 14-27,2 = 381 см2 = 0,0381 м2;
асм= 0,2821/0,0381 =7,4 МПа < /?см= 13 МПа.
Верхний пояс крепим в узле одним конструктивным болтом диаметром
16 мм. Ввиду малой величины поперечной силы его расчета не требуется.
237
Кроме того, в опорном узле производят расчет толщины стального опорного
листа и сварных швов.
Центральный узел верхнего пояса. Наибольшее усилие центре-*
«ой болт испытывает при односторонней нагрузке, когда в одном из раскосов*
#'=4-20,8 кН, а в другом #"=—26,4 кН (см. табл. 15.1). Равнодействующая
этих сил N (см. рис. 15.8, г и 15.5, в) имеет значение#’=рЛ20,82 4- 26,42=
=33,5 кН; tg р3=20,8/26,4 =0,794, ₽3=38°25', а=45°—₽3=45°—38°25'=6°35', т. е.
«равнодействующая N направлена почти параллельно волокнам накладки При
таком небольшом значении a ka = 1. Примем болты d=24 мм:
Ти = 18^2+0,2а2= 18-0,0242 + 02,-0,1022 = 0,0125 МН;
Tc=5cd = 5-0,14*0,024 = 0,0168 МН;
Ta=8ad =8-0,102-0,024 = 0,0196 МН.
Усилие, которое может воспринять болт при лСр=3,
# = 12,5-3=37,5 кН >33,5 кН.
Высота сечения накладки из условия установки болта d=24 мм должна быть
•не менее AH=2-3d=2-3-2,4= 14,4 см.
Определим число болтов, крепящих деревянные раскосы к стальным наклад-
кам (см. рис. 15.5, в) и к фасонкам (см. рис. 15.6, б). Примем болты d=20 мм.
Несущая способность болта на один условный срез:
Ти = 25-0,022= 0,010 МН;
Тс= 5-0,14-0,02= 0,014 МН.
Число болтов при действии _N=Nmах=26,2 кН=0,0262 МН
итр = 0,0262/2-0,010 = 1,31.
Принимаем два болта и размещаем их в один ряд.
Прочие узлы рассчитывают аналогично.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Как группируются деревянные фермы по способу изготовления?
2.	Какими преимуществами обладают фермы из клееных элементов?
3.	Какое очертание могут иметь фермы из цельных и клееных элементов?
4.	Какие нагрузки действуют на ферму и где они считаются приложенными
при ее расчете?
5.	В какой последовательности надо вести расчет фермы?
6.	Какие усилия возникают в элементах фермы?
7.	Как проверяют прочность верхнего пояса при наличии и при отсутствии
межузловой нагрузки?
8.	Какие приемы используют для уменьшения величины изгибающею мо-
мента в элементах верхнего пояса в сегментной и двухскатной фермах?
9.	Как проверяют сечение сжатых и растянутых элементов решетки?
10.	Как конструируют и рассчитывают лобовую врубку в опорном узле
фермы?
11.	Как конструируют и рассчитывают опорный узел металл о деревянных
ферм?
12.	Как осуществляют и рассчитывают узлы примыкания решетки -к поясам
в фермах из клееных элементов?
13.	С какой целью устраивают строительный подъем в фермах?
238
Глава 16
ОБОЛОЧКИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС
§ 16.1. Виды оболочек
К покрытиям-оболочкам относят покрытия с изогнутой поверх-
ностью, в которых все составляющие элементы работают совместно
как единое целое. Оболочки благодаря такой поверхности менее
материалоем-ки, чем плоские конструкции. Оболочка является сов-
мещенным видом покрытия, так как способна выполнять одновре-
менно несущую и ограждающую функции. Она может иметь много-
образные формы различного функционального назначения.
Из дерева и пластмасс могут быть возведены оболочки следую-
щих основных видов: 1) своды, очерченные по цилиндрической по-
верхности и опирающиеся по сторонам, параллельным образую-
щим; 2) своды, очерченные по цилиндрической поверхности и опи-
рающиеся на жесткие торцовые диафрагмы и имеющие продольные
бортовые элементы; 3) купола, очерченные по шаровой поверхно-
сти, а также многогранные или составленные из сомкнутых сводов;
4) оболочки отрицательной, гауссовой кривизны (с поверхностью
однополостного гиперболоида вращения, гиперболического парабо-
лоида); 5) пневматические оболочки из мягких тканей.
Все эти оболочки могут быть выполнены либо целиком из од-
ного материала (дерева, пенопласта, стеклопластика, синтетиче-
ских пленок и тканей), либо в сочетании с другими материалами,
чаще всего с алюминием и сталью.
Из перечисленных выше основных видов оболочек самой рас-
пространенной формой покрытия являются купола и своды.
Оболочки подвергаются действию следующих внешних нагру-
зок: от собственной массы, снеговой, ветровой и полезной.
§ 16.2. Своды
Оболочки в виде сводов, имеющие цилиндрическую поверхность
и опирающиеся по сторонам, параллельным образующим, по харак-
теру напряженного состояния не относятся к пространственным
конструкциям, поскольку усилия в них возникают лишь в плоскости
поперечного сечения свода (усилия в продольном направлении от-
сутствуют). Это приводит, с одной стороны, к увеличению расхода
материала (по сравнению с аналогичной цилиндрической оболоч-
кой, опирающейся на торцовые диафрагмы), но с другой стороны,
в значительной мере упрощает конструкцию узлов сопряжения
в продольном направлений (в своде эти узлы не несущие) и облег-
чает условия монтажа (каждый сборный сводчатый элемент на
внешнюю нагрузку может работать самостоятельно). Поэтому, не-
смотря на некоторый перерасход.материала, своды в различном
конструктивном исполнении нашли применение в зданиях различ-
ного назначения (торговые и выставочные павильоны, бассейны,
школьные здания и жилые дома, теплицы, автовокзалы и др.).
239
Деревянные своды в большинстве случаев решаются как сетча-
тые.
Сетчатый свод состоит из ребер-косяков длиной на две
ячейки, уложенных по направлениям пересекающихся винтовых ли-
Рис. 16.1. Сетчатый свод:
а — схема; б — соединение на врубке; в — со-
единение на болте; 1 — сквозной косяк; 2 — на-
бегающий косяк; 3 — шип; 4 — гнездо; 5 —
болт; 6 — круглое отверстие; 7 — овальное от-
верстие
ний (рис. 16.1). Ранее при-
менялись кружально-сетча-
тые своды пролетом до 20 м
с косяками-кружалами, вы-
2 резанными из цельной древе-
сины. Косяки между собой
соединялись на врубках (без-
металльные системы), бол-
тах или других металличе-
ских соединениях. При этом
в каждом узле соединялись
элементы только одного на-
правления. Такие своды не
требуют устройства прого-
нов под настил,-однако из-
готовление и монтаж такой
конструкции очень трудоем-
ки вследствие необходимо-
сти вырезания из цельной
древесины косяков с криво-
линейным краем и обилия
стыков — в узлах пересече-
ния всех косяков.. Примене-
ние склеивания в значитель-
ной мере совершенствует из-
готовление косяков, так как
клееный или клеефанерный
косяк длиной на две ячейки
при этом набирают из досок,
изгибаемых в процессе за-
прессовки. Склеивание ис-
ключает операцию выреза-
ния криволинейного края и
позволяет изготовлять кося-
ки большой высоты. Сетча-
тыми сводами из клееных
косяков с металлическими
соединениями в узлах мож-
но перекрывать цролеты до
50—60 м.
Для' расчета сетчатого
свода выделяют расчетную полосу свода шириной, соответствую-
щей шагу решетки. Затем определяют продольные силы N и изги-
бающие моменты М, как в арке постоянной жесткости с соответ-
ствующей схемой опирания. Если угол между образующей свода
240
и сквозным косяком а, то, разложив изгибающий момент Л'1а по
двум направлениям (вдоль косяка — Л4К и перпендикулярно обра-
зующей— Л4Н), получим для косяка Л4к=Л1а/бП1 а. Составляющая,
момента Л1Н может быть воспринята как изгибающий момент эле-
ментами настила покрытия, уложенными параллельно образую-
щей. Если набегающий косяк может участвовать в работе на изгиб,
то для одного косяка Л4к=———. Аналогично можно найти сжи-
2 sin а
at Na
мающее усилие, приходящееся на один косяк: NK=  ?-—.
2 sin а
Проверку прочности косяка производят, как сжато-изогнутого
элемента (см. гл. 5). При этом площадь поперечного сечения прини-
мают равной площади сечения двух косяков, а момент сопротивле-
ния определяют для одного (сквозного) косяка или для двух кося-
ков (сквозного и набегающего), если стык набегающего косяка
в узле ячейки выполнен бесшарнирным.
Варианты соединения косяков в узлах показаны на рис. 16.1.
При соединении на врубках (шарнирный узел) шипы набегающих
косяков фиксируются в гнезде сквозного косяка (рис. 16.1,6).
В узлах с болтами набегающие косяки путем натяжения болта
плотно прижимаются к сквозному косяку, в котором имеется отвер-
стие для пропуска болта (рис. 16.1, в). Этот вид соединения тоже
является шарнирным. Для устройства бесшарнирного соединения
необходимо обеспечить передачу усилий от одного набегающего
Косяка к другому путем стыка по верхней и нижней граням этих
косяков, например с применением вклеенных стержней, что позво-
ляет им воспринять не только продольную сжимающую силу, как
в шарнирных узлах, но и изгибающий момент (рис. 16.1, г). Такие
узлы могут применяться в сводах из дощатоклееных или клеефа-
нерных косяков.
Своды из пластмасс различного очертания (кругового, стрель-
чатого, ломаного, П-образного) изготовляют в основном из поли-
эфирных стеклопластиков (в том числе светопрозрачных). Приме-
няют плоские листы толщиной 2,5—1,0 мм, согнутые в свод в
процессе монтажа, но чаще всего — это заранее изготовленные кри-
волинейные элементы, гладкие с краевыми отгибами или разнооб-
разного профиля. При небольших пролетах (до 6 м) применяют вол-
нистые элементы, а при больших пролетах (до 18 м) — элементы
с так называемым лоткообразным сечением (более крупной волной
разного очертания — треугольного, трапецеидального, криволиней-
ного). Их изготовляют шириной на одну или несколько волн. Ис-
пользуют также более жесткие ромбовидные складчатые элементы
(ромб, согнутый по большой диагонали), а также пирамидальные
элементы (с квадратным и шестиугольным основанием).
Нашли применение также трехслойные элементы с обшивками
из полиэфирного стеклопластика и средним слоем из трудносгорае-
мого пенопласта. Иногда в качестве обшивок используют алюминий
(снаружи), фанеру (изнутри). Трехслойные элементы могут быть
гладкими, волнистыми и даже ромбовидными складчатыми.
241
Волнистые трехслойные своды рассчитывают, как арки с неде-
формируемым контуром поперечного сечения (в этом случае жест-
кость контура обеспечена трехслойной структурой сечения). Про-
верку прочности производят, как для сжато-изогнутого трехслойно-
го элемента.
§ 16.3. Своды-оболочки и призматические складки
Своды-оболочки, или цилиндрические оболочки открытого про-
филя, опирающиеся на жесткие торцовые диафрагмы и имеющие
продольные бортовые элементы, являются весьма рациональным
видом покрытия. Форма и характер опирания свода-оболочки обес-
печивают ему пространственную работу, что позволяет использо-
вать их при небольшой их массе для перекрытия значительных
пролетов. Форма цилиндрических оболочек не отличается архитек-
турной выразительностью, однако простота формы в значительной
степени облегчает изготовление таких оболочек, позволяя без осо-
бого раскроя широко использовать листовые материалы.
По статической схеме и характеру работы к сводам-оболочкам
близки призматические складки, поверхность которых образована
наклонными плоскими гранями. Складки с точки зрения расхода
материала являются менее рациональной конструкцией, однако они
проще в изготовлении. Своды-оболочки ч и складки выполняют
в одноволновом и многоволновом вариантах. Такие покрытия, изго-
товленные из дерева и пластмасс в различном конструктивном ис-
полнении, нашли применение в общественном и промышленном
строительстве.
В деревянных конструкциях применяют своды-оболочки и склад-
ки (рис. 16.2) двух видов: тонкостенные и ребристые.
В первом варианте сечение покрытия может быть сплошным (скле-
енные между собой дощатые .настилы) или каркасным (к каркасу
из брусков высотой до 15 см на гвоздях и клею с одной или двух
сторон крепятся обшивка из фанеры, древесноволокнистых плит
или досок). Во втором варианте, в настоящее время устарелом, как
правило, жесткие ребра располагают в поперечном направлении
с шагом 2—6 м, а по ним укладывают продольный настил (для
восприятия продольных усилий) и два косых настила под углом
друг к другу (для восприятия сдвигающих усилий); иногда по реб-
рам вместо настилов укладывают листы фанеры, обеспечивающие
восприятие продольных и сдвигающих усилий.
Пластмассовые своды-оболочки и складки используют в-таких
конструктивных вариантах, в которых недостаточная жесткость ма-
териала (невысокий модуль упругости) компенсирована увеличе-
нием жесткости отдельных элементов, например за счет примене-
ния объемных или трехслойных элементов.
Трехслойные цилиндрические оболочки пролетом до 25 м
могут быть собраны из криволинейных трехслойных элементов за-
водского изготовления (рис. 16.3, а). Конструкция трехслойного»
элемента аналогична трехслойной панели.
242
Расчет свода-оболочки или призматической складки со свобод-
но висящими продольными краями при соотношении длины проле-
та к длине волны
(длинная оболочка) в про-
дольном направлении на
симметричную нагрузку
можно выполнять, как для
балки корытообразного се-
чения с недеформируемым
контуром. Среднюю оболоч-
ку или складку в многовол-
новом покрытии независимо
от соотношения пролета и
длины волны можно также
рассматривать как балку с
недеформируемым контуром.
В такой балке для вычисле-
ния напряжений можно ис-
пользовать формулы сопро-
тивления материалов. При
этом можно пренебречь не-
равномерностью распределе-
ния нормальных напряжений
в продольном направлении
О1 (т. е. пренебречь изгиба-
ющими моментами в про-
дольном направлении Mi).
В расчете необходимо учесть
продольные усилия в про-
дольном и поперечном на-
правлениях АГ] и М2 (рис.
16.3, б), сдвигающие усилия
S, поперечные изгибающие
моменты М2=М и соответст-
вующие им поперечные уси- -
лия Q2=Q.
Наибольшие продольные
нормальные напряжения oi
от равномерно распределен-
ной нагрузки на единицу
площади q можно опреде-
лить, как для балки:
0 _^^тах _	9W?
1 IF 8IF 4W ’
Рис. 16.2. Многоволновая складка иэ
дерева:
1 — фанерный или дощатый настил; 2 — дере*
винное ребро; 3 — стальная затяжка
Рис. 16.3. Трехслойная цилиндрическая
оболочка из алюминия и пенопласта:
а — общий вид; б — схема внутренних усилий;
1 — диафрагма; 2 — панель; 3 — бортовой эле*
мент; 4 — срединная поверхность
где W—момент сопротивления поперечного сечения оболочки от-
носительно нейтральной оси.
При вычислении положения нейтральной оси и величины W
с известной степенью приближения можно пренебречь наличием
243
редких продольных ребер, расстоянием между обшивками в трех-
слойном сечении и принять поперечное сечение оболочки очерчен-
ным по срединной поверхности.
В оболочке возникают также усилия в поперечном направлении.
Эти усилия можно найти из условий равновесия поперечной поло-
сы единичной ширины, находящейся под действием .внешней нагруз-
ки и сдвигающих усилий. При расчете оболочки в поперечном на-
правлении вычисляют момент инерции и момент сопротивления
для продольного сечения единичной ширины с учетом всех особен-
ностей структуры сечения.
Для оболочек и складок средней длины (l^Zi//2^3) приведен-
ную методику можно использовать лишь для ориентировочного
расчета с целью назначения основных геометрических размеров
в. соответствии с заданными нагрузками и пролетами покрытия. Для
более точного расчета может быть использован метод переме-
щений.
§ <6.4. Купола
Клееная древесина и конструкционные пластмассы нашли при-
менение-в куполах сплошного сечения ребристых, ребристо-кольце-
вых и сетчатых.
Купола сплошного сечения могут применяться в различном кон-
структивном исполнении: 1) гладкие
Рис. 16.4. Схематический план ребристого
купола:
1 — ребро; 2 — опорное кольцо; 3 — прогоны; 4 —
связи; 5 — связи поперечные; 6 — верхнее код^цо;
7 — настил
из однородного материала
(оргстекла и полиэфирного
стеклопластика) диаметром
до 9 м в виде зенитных фо-
нарей; пенопласта (диамет-
ром до 24 м, в том числе в
виде, так называемых сомк-
нутых сводов для общест-
венных и жилых зданий);
2) из пространственных эле-
ментов различной формы,
обеспечивающей требуемую
жесткость купола (диамет-
ром до 30 м); 3) из трехслой-
ных элементов (плоских или
криволинейных), аналогич-
ных трехслойным панелям
(см. гл. 10).
Ребристый купол состо-
ит из ребер в меридиональ-
ном направлении, опираю-
щихся на нижнее опорное
кольцо по всему контуру и
соединенных у вершины купола в верхнем кольце (рис. 16.4).
Ребристые купола нашли применение в зарубежном строитель-
стве. Купола с ребрами из дощатоклееных деревянных арок могут
244
иметь пролеты до 100 м. Применяются они в основном в зданиях
общественного и производственного назначения (цирки, концерт-
ные залы, складские помещения).
Ширина сечения арки не меняется по длине и составляет 12—
25 см, а высота сечения может быть либо постоянной, либо пере-
менной величиной и составлять 70—120 см.
i Нижнее опорное кольцо изготовляют круглым или многоуголь-
ным из железобетона или стали, верхнее — круглым из дерева или
стали. Горизонтальный распор арок должен быть-воспринят ниж-
ним опорным кольцом. Оно же в случае его сплошного опирания
передает вертикальные усилия на фундамент.
Соединение полуарок в верхнем кольце и опирание на нижнее
кольцо рекомендуется выполнять, как правило, шарнирным. Опо-
ра купола должна обеспечить возможность свободных перемеще-
ний по направлению радиусов основания купола и не допустить тан-
генциальных перемещений, для чего используют цилиндрические
катки.	*•
В ребристых куполах по аркам идут прогоны. По прогонам ук-
ладывают в два слоя настил из досок — продольный и косой.
В расчете арок жесткость прогонов и настила не учитывается. Для
обеспечения естественного освещения настил может быть выполнен
из светопрозрачных волнистых листов стеклопластика.
Каждая арка воспринимает только те нагрузки,, которые прило-
жены в ее плоскости. Для восприятия нагрузок, направление кото-
рых не лежит в плоскости арки (например, ветровая нагрузка, ко-
торая не может действовать одновременно в плоскости всех арок),
устраивают жесткие связи по верхнему поясу арок не меньше чем
в двух парах диаметрально расположенных секторов купола от его
вершины до опорного кольца/Конструкции покрытия (например,
дощатые настилы) могут также участвовать в восприятии этих
нагрузок.
Устойчивость плоской формы изгиба ребра купола обеспечива-
ется теми же средствами, что и в одиночных арках (см. гл. 13).
Ребристо-кольцевой купол состоит из системы меридиональных
ребер и колец, объединенных в пространственную систему, рабо-
тающих совместно и воспринимающих усилия в меридиональном
и Кольцевом направлениях.
Дощатоклееные ребра и кольца имеют сплошное прямоугольное
сечение. Высота сечения ребра при этом меньше по сравнению, с
ребристым куполом такого же диаметра. При пролетах 90—100 м
высота сечения ребер и колец 30—50 см. Сопряжение колец с реб-
рами может быть жестким или шарнирным. Связи по верхнему
поясу и поперечные связи устраивают так же, как в ребристых ку-
полах:
Сетчатые купола имеют решетку, которая образована винтовы-
ми линиями двух направлений и составлена из деревянных косяков
с криволинейным верхним краем; они называются также кружаль-
но-сетчатыми куполами. По форме они могут быть сферического
очертания или из сомкнутых сводов. В современных конструкциях
245
косяки сетчатых куполов изготовляют клееными из досок, что поз-
волило применять их при перекрытии пролетов до 50 м и более.
Находят также применение сетчатые купола, изготовленные ли-
бо целиком из пластмасс, либо в сочетании с алюминиевыми или
стальными ребрами и имеющие форму многогранника с плоскими
гранями, вписанного в поверхность купола.
.§ 16.5. Расчет куполов
Гладкий купол рассчитывается по безмоментной теории куполов
с учетом краевого эффекта на нагрузки от собственной массы,
массы снега и действия ветра. Для пологих куполов с отношением
высоты к пролету не более f/l^V/4 ветровую нагрузку учитывают
в виде осесимметричного отсоса. Для деревянных куполов эта на7
грузка по сравнению с собственной массой в большинстве случаев
невелика. Она оказывает разгружающее действие и ее можно не
учитывать в расчете. Для легких пластмассовых куполов эта на-
грузка соизмерима с их собственной массой, и учет ветрового отсоса
при их расчете обязателен. При осесимметричных нагрузках в сече-
ниях гладкого купола возникают только продольное кольцевые Т2
и меридиональные силы, а при действии несимметричных нагру:
зок, например одностороннего снега, также и сдвигающие.
Ребристый купол, имеющий в большинстве случаев деревянную
клееную конструкцию, можно ври расчете представить в виде си-
стемы, состоящей из трехшарнирных арок, соединенных в ключе
и опертых на опорное кольцо. В качестве расчетной.схемы этой си-
стемы можно принять одну арку, на которую кроме внешних на-
грузок действуют также- реактивные силы остальных арок, прило-
женные в ключе. Каждая арка воспринимает нагрузку, располо-
женную на примыкающей к ней грузовой площади купола.
Рассмотрим наиболее распространенный купол, состоящий из
одинаковых ребер — сегментных дощатоклееных арок, расположен-
ных равномерно по диаметрам окружности в плане и шарнирно
соединенных в ключе купола и с опорным кольцом. Силы взаимо-
действия между одной расчетной аркой и всеми остальными разло-
жим на горизонтальную %i и вертикальную х2 составляющие. Рас-
смотрим практические случаи нагружения купола.
На ребристый купол действует осесимметричная нагрузка, рав-
номерно распределённая по* его проекции или поверхности. Такими
нагрузками являются собственная масса и масса снега по всему
пролету (рис. 16.5). При этом все ребра купола нагружены одина-
ково и силы взаимодействия расчетной арки со всеми прочими рав-
ны нулю: Xi=x2 = 0. В этом случае каждая арка рассчитывается
как самостоятельно работающая трехщарнирная арка на нагрузку,
расположенную на треугольной грузовой площади. .
На купол действует несимметричная нагрузка, равномерно рас-
пределенная на половине его проекции или поверхности. Такой на-
. грузкой является односторонне расположенный снег. При этом все
арки купола нагружены тоже одинаково, по несимметрично. Вертп-
246
кальная сила взаимодействия расчетной арки купола с прочими
будет тоже равна нулю %2=0. Горизонтальная сила х{ будет при
этом не равна нулю. Обозначим эту силу х и найдем ее из канони-
ческого уравнения первой степени:
л п — 2 л.
4" alq---------
П
е— '	п~~2
ац п
где ац, — коэффициенты канонического уравнения; п — общее
число арок; 2 — число-арок при х=0 (расчетная арка и перпенди-
кулярная ей).
Рис. 16.5. Расчетные схемы элементов ребристого купола:
а — арочного ребра при односторонней снеговой нагрузке; б — то же. при полной
нагрузке от снега и собственной массы; в — многоугольного опорного кольца
При определении коэффициентов ап и aYq необходимо учиты-
вать возможность удлинения опорного кольца, вследствие которого
опоры расчетной арки получают перемещения. Для учета этих пе-
ремещений можно условно принять, что .расчетная арка работает
совместно с примыкающими к ее опорам участками опорного коль-
ца общей длиной /к, равной при круглом кольце пг/п, а при много-
угольном кольце — длине стороны многоугольника.
247
Коэффициенты Иц и a\q получим из следующих выражений: .
ds-Y 2JV|tl-4
ЕкЕ к
где Mit Ni, NKi — изгибающие моменты и продольные силы в арке
и опорном кольце при действии силы х=1; Mq, Nq, 7V^B, Л\7—
то же, при действии внешней нагрузки; EJ, EF, EVFH — жесткость
при изгибе и растяжений арки и опорного кольца.
Усилие растяжения в опорном кольце NK возникает от действия
распора арок Н и определяется из выражения
к
а
2 sin —
где а = ли.
Вычисление интегралов коэффициентов ац и CL\q практически
производят по площадям эпюр усилий.
После определения силы взаимодействия между расчетной ар-
кой и всеми остальными арками купола можно определить усилия
в расчетной арке и опорном кольце из выражений
M=Mq + Mxx\	+ NK=NKq+NKXx.
Ребристо-кольцевой купол представляет собой систему плоских
трехшарнирных арок, имеющих условные затяжки по числу колец
купола. Жесткость этих затяжек определяют из условия соот-
ветствующей жесткости колец, удлинения которых зависят от вели-
чины горизонтальной составляющей усилия в ребре в месте при-
крепления кольца.
Жесткость затяжки длиной /3 для многоугольного кольца можно
вычислить по формуле
Е3FSEKFK sin2-£-;	‘	(16.1)
для круглого кольца
^3=2^ sin
(16.2)
Арка с несколькими затяжками статически неопределима по
числу затяжек. На одну расчетную арку кроме внешней нагрузки
действуют также вертикальная и горизонтальная составляющие
сил взаимодействия между расчетной аркой и остальными.
При осесимметричных нагрузках (собственная масса, снег по
всему куполу, осесимметричный отсос) обе эти составляющие сил
взаимодействия, как известно из предыдущего, равны нулю, по-
248
этому можно принять, что расчетная арка загружена только не-
симметричной внешней нагрузкой. В качестве основной системы
может быть принята система (рис. 16.6), получаемая путем вреза-
ния шарниров в месте сопряжения арки с затяжками. Такая систе-
ма может быть использована только при симметричной нагрузке на
арку, так как при всех других нагрузках она будет геометрически
изменяемой.
Рис. 16.6. Основная система арочного ребра ребристо-кольцевого
купола:
В)
а — при симметричной нагрузке;
б — при кососимметричной нагрузке на купол
При действии несимметричных нагрузок применяется метод раз-
ложения нагрузки на отдельные составляющие.
Одностороннюю снеговую нагрузку р=1,6р0с заменяют суммой симметричной
и кососимметричной составляющих, равных по величине р/2. Для симметричной
составляющей основную_ систему можно принять по рис. 16.6, б. При выборе
основной системы на .действие кососимметричной нагрузки можно внести в схему
некоторые упрощения, учтя характер возможных перемещений в куполе от такой
нагрузки. Ребра и кольца обладают достаточной жесткостью только в своей
плоскости, а перемещениям из плоскости сопротивляются незначительно, вследст-
вие чего можно принять, что кольцо, состоящее из отдельных звеньев, присоеди-
няется к ребрам шарнирно и под действием нагрузки переменного направления
(кососимметричный вариант) может изменить свою форму без изменения длины,
а значит, и без возникновения в нем усилий.
Тогда за основную схему при кососимметричной нагрузке можно принять
статически определимую трехшарнирную арку без затяжек (рис. 16.6, б), загру-
женную кроме внешней нагрузки неизвестной горизонтальной реакцией хг, х2=0,
так как все арки загружены одинаково. Для определения х% можно воспользо-
ваться формулой (16.1).
§ 16.6ц Оболочки отрицательной гауссовой кривизны
Гиперболический параболоид имеет рациональные статические
свойства в сочетании с архитектурной выразительностью.
В деревянных конструкциях покрытия из гиперболических пара-
болоидов нашли применение за рубежом в зданиях-общественного
назначения в виде одиночных секций, а также в -виде комбинации
из двух, трех или четырех секций при различном их сочленении.
Одна секция представляет собой часть гиперболического парабо-
лоида, края которой совпадают с прямолинейными образующими,
9—2411	249
два угла секции опущены, два подняты. Опирание осуществляется
либо по всем углам покрытия, либо только по нижним углам. По-
крытия из одной секции, как правило, применяют при пролетах
18—20 м, но могут быть использованы при пролетах до 60 м. Пря-
молинейные края секций позволяют легко осуществлять соедине-
ние между секциями -в вариантах из двух, трех или четырех секций.
В деревянных конструкциях секции изготовляют из досок
в два-три слоя, склеенных между собой с использованием гвоздевой
6100
Рис. 16.7. Деревянный гиперболический параболоид навеса выставочного
павильона в Портмунде:
/ — оттяжка; 2 —стойки; 3 — бортовой элемент; 4— кровля; 5 —настилы; 6 — ребра
запрессовки. Один слой досок располагают в соответствии с кри-
визной в одном направлении (выпуклостью вниз) для .восприятия
растягивающих усилий, другой слой—в соответствии с кривизной
в другом направлении (выпуклостью вверх) для восприятия сжи-
мающих усилий. При наличии третьего слоя досок его укладывают
выпуклостью вниз для усиления сечения в направлении растяже-
ния. Прямолинейные края секции, как правило, усиливают клеены-
ми бортовыми элементами, перекошенными в соответствии с кри-
визной оболочки.
При больших пролетах для уменьшения размеров сечения обо-
лочки применяют различные конструктивные прие,мы. С этой точки
зрения интересна оболочка-навес над открытым выставочным па-
вильоном «с площадью 1000 м2, воздвигнутая в ФРГ (рис. 16.7).
Если размеры секции невелики и не препятствуют транспорти-
ровке, их целиком изготовляют в заводских условиях. Такие секции,
как правило, применяют в покрытиях из четырех гиперболических
параболоидов или в многопролетном покрытии, когда каждая сек-
ция оперта по углам на колонны.
§ 16.7. Пневматические конструкции
Пневматические конструкции, называемые иногда надувными,
представляют собой оболочки из воздухонепроницаемых тканей или
пленок, которые работают в сочетании с воздухом, находящимся
250
внутри под избыточным давлением. Эти конструкции могут в виде
однослойных оболочек образовывать покрытия пролетом до 60 м,
без промежуточных опор. В виде отдельных элементов они могут
служить элементами каркаса покрытий пролетом до 15 м. Возмож-
ны также комбинации этих видов конструкций.
Пневматические конструкции, основным материалом которых
являются ткани или пленки, характеризуются предельно малой
объемной мйссой до 2 кг/м2, транспортабельностью, поскольку
могут быть сложены в небольшие тюки (плотные пакеты), и возмож-
ностью их быстрого возведения, поскольку для их подъема в про-
ектные положения они должны быть только прикреплены к опорам
и наполнены воздухом. Эти конструкции имеют широкую об-
ласть рационального применения в качестве легких сборно-разбор-
ных покрытий временного (сроком до 10 лет) использования раз-
личного назначения (складов, мастерских, зрелищных, спортивных
и жилых помещений и др.). На строительных площадках они мо-
гут быть применены в качестве временных укрытий и опалубки,
в сельском хозяйстве — в качестве покрытий теплиц. Могут приме-
няться отдельные небольшие пневматические стойки, балки, мачты
и плотины.
Основным материалом при изготовлении пневматических кон-
струкций являются воздухонепроницаемые ткани, состоящие из
синтетических текстилей и эластичных покрытий на основе стойких
против старения резин, полихлорвинила или* других смол, основные
характеристики которых приведены в гл. 3. Основными соединения-
ми элементов пневматических конструкций являются шитые нит-
ками, клеевые, сварные и клеешитые. Пневматические конструкции
бывают 1воздухоопор.ным*и, пневмокаркасными и комбинирован-
ными.
Воздухоопорные конструкции являются основным, наиболее рас-
пространенным видом пневматических конструкций. Они отличают-
ся простотой и возможностью перекрывания значительных до 60 м
пролетов. Воздухоопорная конструкция состоит из оболочки, сжа-
того воздуха, опорного контура, входного шлюза и воздуходувной
установки (рис. 16.8). Оболочка образуется одним слоем ткани
и может иметь сферическую форму в виде купола или усеченного
снизу шара или цилиндрическую в виде свода с цилиндрическими,
сферическими тканевыми или плоскими жесткими торцами. Обо-
лочка соединяется из полос ткани, выкроенных в соответствии с
формой ее поверхности. Края оболочки крепятся к опорному кон-
туру и шлюзу.
Сжатый воздух, наполняющий оболочку, должен находиться
под постоянным избыточным давлением небольшой величины. Ин-
тенсивность давления устанавливается из условия, чтобы она была
не ниже массы снега и давления ветра, при котором сохраняется
ее положительная кривизна. Меньшее давление, принимается в том
случае, если в оболочке допускаются кратковременные местные
вмяти1’^' ножки». Практически давление принимается равным
200—500 Па (20—50 кгс/м2).
9*	251
Опорный контур покрытий более длительного назначения вы-
полняется в виде ленточного бетонного фундамента, а в покрытиях
краткосрочного использования — в виде анкеров, винтовых свай
или карманов, запыленных песк&М. В состав опорной конструкции
входит пол помещения, испытывающий давление воздуха. Входной
шлюз в большинстве случаев имеет жесткую каркасную .конструк-
цию с тканевым покрытием.
ill
А-А
Рис. 16.8. Воздухоопорные конструкции:
а — виды; б — расчетные схемы; / — сферическая: II — цилиндрическая со сферическими
торцами; III — цилиндрическая с такими же торцами; 1 — входной шлюз; 2 — оболочка;
3 — воздуходувная установка
Воздуходувная установка состоит из двух вентиляторов низкого
давления с моторами. Она размещается внутри или вне оболочки.
Такая установка автоматически поддерживает необходимое избы-
точное внутреннее давление воздуха в помещении.
^Расчет, воздухоопорных конструкций производят, как гибких
предварительно, напряженных оболочек на жестком опорном кон-
туре, с учетом того, что ткань или пленка может воспринимать
только растягивающие напряжения. Расчетные сопротивления 'тка-
ни вдоль рулона (по основе) /?Осн существенно выше, чем поперек
(вдоль утка) 1?ут.
Оболочку рассчитывают на нагрузки от снега р, на отрицатель-
ное давление — отсос ветра q и внутреннее давление воздуха РИзб.
Незначительной собственной массой оболочки Можно пренебре-
гать. Можно также не учитывать некоторое изменение формы обо-
лочки в результате растяжения ткани.
252
Сферическую купольную оболочку радиусом г рассчитывают по
прочности горизонтальных сечений при растяжении по формуле
в=(^ИЗб4-^)г/2</?0СЙ	(16.3)
*
и по прочности .вертикальных сечений до формуле
’=(^изб+^+р)г/2<Лут.	(-16.4)
Снеговая нагрузка уменьшает напряжения в горизонтальных
сечениях и поэтому не учитывается. В вертикальных же сечениях
она увеличивает напряжения ниже края снегового покрова и учиты-
вать ее обязательно.
Цилиндрическую сводчатую оболочку рассчитывают по прочно-1
сти прямых горизонтальных сечений и по прочности вертикальных
кольцевых сечений по формуле
в=(^>изб+4')г<₽Осн.	(16.5)
При расчете шитых соединений оболочки учитывают ее 15%-ное
ослабление. Опорный контур рассчитывают на растяжение и вы-
дергивание из грунта усилиями, определяемыми по формулам, при-
веденным выше.
Пневмокаркасные конструкции (рис. 16'9) состоят из отдельных
пневмоэлементов, представляющих собой герметически замкнутые
баллоны круглого сечения диаметром 0,2—0,5 м прямолинейной
или изогнутой формы. Оболочку баллона изготовляют из двух- или
трехслойной высокопрочной воздухонепроницаемой ткани с допол:
нительной, как правило резиновой, камерой, обеспечивающей обо-
лочке повышенную воздухонепроницаемость. Торцы баллона в боль-
шинстве .случаев имеют плоскодонные заглушки с ниппелями. Сжа-
тый воздух внутри баллона находится под значительным
давлением, достигающим 0,5 МПа. Такое давление создается ком-
прессором. или автомобильным насосом.
Пневмоэлементы применяют в виде отдельных пневмостоек или
пневмоарок в составе каркаса в сочетании с покрытием из воздухо-
непроницаемой ткани или в виде сплошного ряда соединенных
арок. Эти конструкции имеют малую несущую способность и приме-
няются при небольших пролетах до 6 м для балок и до 15 м для
арок.	ч
Расчет пневмоэлементов производят на действие усилий от рас-
чётных нагрузок, которые могут быть определены общими метода-
ми строительной механики и внутреннего избыточного давления.
Расчет производят по прочности ткани оболочек, общей и местной
устойчивости. Основными размерами элементов являются радиус
сечения г и длина или пролет Z.
Пневмостойку рассчитывают по прочности прямолинейных
и кольцевых сечений на растяжение от внутреннего давления РИзб
.по формулам
« = РизбГ</?осн;	(16.6)
»=-^<Яут-	.	(16.7)
£
253
По устойчивости ее проверяют на действие продольной сжима-
ющей силы N с учетом эмпирического коэффициента устойчивости,
зависящего от отношения длины к радиусу, по формуле
•^С^избЛГ2^.
Рис. 16.9. Пневмокаркасные конструкции:
а — виды конструкций; б — расчетные схемы; 1 — пневмобалка; 2 — пневмо*
стойка; S — пневмоарка; / — схема работы пнрвмостойки; II — схема работы
пневмобалки по складкостойкостн; III — схема работы пневмобалки по устой-
чивости
Пневмобалку рассчитывают по прочности прямолинейных
сечений на растяжение от внутреннего давления как пневмостойку
по формуле (16.6).
По прочности кольцевых сечений пневмобалку ' рассчитывают
в ее предельном состоянии. При этом в верхней половине сечения
оболочки растяжение исчезает и образуются складки, в нижней по-
ловине растягивающие напряжения линейно вдоль вертикали воз-
растают от оси до максимума на нижней точке и балка теряет не-
сущую способность. Напряжения при этом проверяют по формуле
g=	(16.8)
В предельном состоянии пневмобалка может потерять несу-
щую способность без разрыва оболочки в результате пестери мест-
254
ной устойчивости, когда ее ось получает перелом в расчетном сече-
нии. Балка при этом не разрушается и восстанавливает начальную
форму при разгружёнии. Местная устойчивость обеспечена, если
изгибающий момент от нагрузок М не превышает предельного
внутреннего момента, образуемого равнодействующими давления
воздуха и напряжений растяжения оболочки, что проверяется по
формуле.
(16.9)
если складки в оболочке не допускаются, предельный внутренний
момент определяется из условия, что растягивающие напряжения
отсутствуют только в верхней точке сечения, и расчет производится
по формуле	(
(16.10)
Пневмоарку рассчитывают по прочности линейных сечений
по формуле (16.6). По прочности кольцевых сечений и по местной
устойчивости пневмоарку можно рассчитывать >в запас прочности
по тем же формулам, что и пневмобалку, без учета продольных сил
N, которые уменьшают растягивающие напряжения .в оболочке
и увеличивают предельные внутренние моменты.
Комбинированные пневматические конструкции. Пневмокаркас-
ные конструкции в сочетании с воздухоопорными оболочками соз-
дают избыточное давление воздуха в помещениях только при дей-
ствии повышенных снеговых и ветровых нагрузок, что упрощает их
эксплуатацию.
Воздухоопорные оболочки, усиленные системами стальных тро-
сов, которые воспринимают основные растягивающие усилия, поз-
воляют использовать малопрочные ткани и до 100 м и более увели-
чивать пролеты покрытий. Сомкнутые кромками воздухоопорные
оболочки позволяют создавать линзообразные покрытия. Возника-
ют и другие формы пневматических конструкций.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	По каким признакам можно классифицировать оболочки?
2.	Какие усилия возникают в своде?
3.	Дайте описание конструктивных вариантов деревянных сводов и пласт-
массовых сводов.
4.	В чем состоит отличие между сводом и сводом-оболочкой? Какие усилия
возникают в своде-оболочке?
5.	Перечислить основные конструктивные варианты куполов и в каких со-
оружениях они применяются?
6.	Перечислить основные конструктивные варианты сводов-оболочек из де-
рева и пластмасс.
7.	Какие усилия возникают в гладком куполе?
8.	В чем заключаются основы расчета ребристого и ребристо-кольцевого
куполов? Какие усилия возникают в этих куполах?
9.	Как вычисляются усилия в сетчатом куполе?
255
10.	Назовите виды оболочек отрицательной гауссовой кривизны. Какие кон-
структивные варианты нашли применение в деревянных конструкциях и пласгмас-
совых?
11.	Из каких частей состоят воздухоопорные пневматические конструкции?
12.	Как работают и рассчитываются воздухоопорные конструкции?
13.	Какие существуют пневмоэлементы пневматических конструкций?
14.	Как работают и рассчитываются пневмобалки и пневмоарки?
•
Г лава 17
ДЕРЕВЯННЫЕ СООРУЖЕНИЯ
§ 17.1.	Типы и области применения^
Применение различных деревянных сооружений является впол-
не рациональным. В числе таких сооружений серьезные перспекти-
вы имеют мачты на оттяжках, башни, силосы, мосты, эстакады, ле-
са и кружала. Мачты на оттяжках служат в качестве опор линий
связи и электропередач, радиомачт и монтажных мачт. Деревян-
ные башни используют в качестве водонапорных башен, градирен»
радиотелевизионных башен, геодезических и наблюдательных
вышек и шахтных копров. Силосы служат хранилищами гранулиро-
ванных минеральных удобрений и силосных масс. Деревянные мос-
ты возводятся на автомобильных дорогах при пересечении неболь-
ших рек и оврагов. Леса и кружала применяют при возведениии же-
лезобетонных и каменных конструкций. Деревянные сооружения
также успешно используют в гидротехническом строительстве.
§ 17.2.	Мачты на оттяжках и башни
Мачты на оттяжках состоят из деревянного ствола, стальных от-
тяжек, фундамента и анкерных опор, соединенных в единую про-
странственную конструкцию высотой до 90 м и более. Они бывают
одноствольными и кустовыми.
Одноствольные «мачты имеют высоту до 40 м, отлича-
ются простотой конструкций и имеют наибольшие перспективы
применения. Они крепятся четырьмя рядами расположенных кре-
стообразно в плане оттяжек к четырем анкерам, находящимся на
расстоянии половины высоты мачты от ее фундамента (рис. 17.1).
Ствол такой мачты состоит из ряда одиночных бревен диамет-
ром до 30 см и длиной до 12 м, специально заготовленных. Бревна
соединяются по длине концами равного диаметра С помощью ко-
сого прируба или прямого лобового упора. Косой прируб имеет
длину не менее тройного диаметра и стягивается болтами и кольце-
выми хомутами из полосовой стали. Прямой лобовой упор соеди-
няется накладками из швеллеров или уголков на болтах.
Оттяжки мачты представляют собой стальные тросы, которые
крейятся в серединах стыков при помощи кольцевых хомутов и пе-
тель. К анкерным опорам оттяжки крепятся через винтовые натяж*
256
ные компенсаторы, служащие для обеспечения вертикального поло-
жения ствола и регулирования величины натяжения оттяжки.
Фундаменты мачты, как правило, бетонные с закладными дета-
лями из стальных швеллеров .или уголков или с анкерными болта-
ми, предназначенными для крепления ствола.
Рис. 17.1. Мачта на оттяжках:
а — схема; б — стык; в — расчетная схема; 1 — ствол; 2 —
оттяжки; 3 — анкер; 4 — фундамент; 5 — хомут; 6 — болт
Анкеры оттяжек выполняют из железобетона или бетона. Анке-
ром или якорем может служить железобетонная плита, зарытая на
достаточною глубину в грунт под углом 45°, из которой выпущен
на поверхность земли наклонный арматурный стержень с петлей.
Анкером может служить бетонный массив необходимой массы с
металлической закладной деталью для крепления оттяжек. Анке-
рами оттяжек невысоких мачт могут являться деревянные сваи, за-
битые в грунт под углом 45°. Сборку мачты производят в горизон-
тальном положении, а подъем — при помощи стрелы.
Расчет мачт производят на вертикальные и горизонтальные на-
грузки. Например, радиомачты рассчитывают-на собственную мас-
су мачты и оборудования, на усилия начального натяжения оттяж-
ки и проводов, на массу гололеда и усилия, возникающие при об-
рыве проводов и при изменении температуры, на давление ветра
при его направлении вдоль плоскости оттяжек и плоскости биссек-
трисы между ними при коэффициенте обтекания С=0,8.
От этих нагрузок при их невыгоднейших сочетаниях в стволе
мачты возникают расчетные продольные сжимающие силы N и из-
гибающие моменты М, а в оттяжках — растягивающие силы V.
При определений продольных сил соединения участков ствола
в местах крепления оттяжек могут считаться шарнирными, а при
257
Рис. 17.2. Решетчатые башни:
а — схемы; I — раскосная; II — перекрестная;
III — полураскосная; IV — ромбическая; б —при-
мер узла; в —расчетная схема; 1 — болты; 2 —
решетка; 3— диафрагма
определении изгибающих моментов — упругоподатливыми. При
этом максимальные изгибающие моменты М в каждом пролете
ствола длиной I от равномерного давления ветра q приближенно
можно определять из выражения Л4 = <7/2/10.
Ствол мачты рассчитывают на сжатие с изгибом от этих усилий
по формуле (5.12). Оттяжки рассчитывают на растяжение, фунда-
мент ствола и мачты — на сжатие, а анкеры и крепления оття-
жек — на растяжение.
Кустовые мачты имеют более сложную, трудоемкую в изготовлении конст-
рукцию и применяются редко. Они могут быть по сечению трехбревенчатыми
высотой до 90 м и четырехбревенчатыми высотой до 150 м. Трехбревенчатые
мачты крепятся тремя, а. четырехбревенчатые— четырьмя вертикальными ряда-
ми оттяжек, причем три ряда оттяжек располагают под углами 120° между со-
бой. Оттяжки каждого ряда мачт высотой более 75 м крепятся к. двум анке-
рам, расположенным на расстоянии, равном 0,3 и 0,7 от высоты мачты. Бревна
кустовых мачт соединяют по длине вразбежку косым прирубом, а по сечению —
при помощи деревянных колодок и болтов, в результате чего образуется со-
ставной стержень на податливых соединениях. При расчете кустового ствола мач-
ты на сжатие с изгибом учитывается податливость их соединений. Сами соеди-
нения рассчитывают на сдвигающие силы.
В строительстве находят также применение мачты на от-
тяжках с дощатоклеенЬтми стврлами и стволами из фанерных труб.
Башни представляют
собой сооружения, высота
которых значительно пре-
восходит поперечные раз-
меры. По конструктивно-
му решению башни быва-
ют решетчатые, сетчатые
и сплошные.
Решетчатые баш-
ни (рис. 17.2) имеют от-
носительно Простую и
наименее трудоемкую
конструкцию и находят
широкое применение в
строительстве. По форме
решетчатые башни в боль-
шинстве случаев пред-
ставляют собой четырех-
гранные усеченные пира-
миды. В некоторых слу-
чаях строятся башни тре-
угольной и многоугольной
пирамидальной формы.
Каждая грань решетча-
той башни представляет
собой ферму уменьшаю-
щейся кверху высоты, рас-
положенную с небольшим
отклонением от вертика-
258
ли, причем сомкнутые грани^фермы имеют общие пояса.
Схемы решетки граней-ферм решетчатых башен разнообразны.
Они бывают раскосные, перекрестные, полураскосные, и ромбиче-
ские. Раскосная решетка является наиболее простой и распростра-
ненной в башнях ограниченной высоты. Ее недостатками являются
значительная длина и знакопеременная работа раскосов при вет-
ровой нагрузке. Перекрестная решетка несколько сложнее. Ее пре-
имуществом является возможность учета при расчете только сжа-
тых или только растянутых раскосов в зависимости от конструкции
и материала раскосов и узлов. В более высоких башнях целесооб-
разно применять полураскосные и ромбические решетки, которые
отличаются значительно меньшей длиной раскосов и соответствен-
но большей их устойчивостью при работе на сжатие и простотой
благодаря болтовым соединениям узлов решетки. Пространствен-
ная жесткость поперечных сечений башен обеспечивается жесткими
решетчатыми диафрагмами, связывающими грани-фермы в ряды
сечений по высоте.
Элементы решетчатых башен изготовляют из бревен, брусьев,
пластин и толстых досок. Стойки башен небольшой высоты выпол-
няют из одиночных бревен или брусьев. Стойки более высоких ба-
шен могут состоять из двух-, трех- или четырехбревенчатого или
брусчатого куста. Стержни решетки выполняют из одиночных бре-
вен, брусьев или парных пластин и досок. -
. Соединения решетчатых башен решаются в соответствии со схе-
мами их решетки. Соединения стоек по длине изготовляют в боль-
шинстве случаев в (виде продольных лобовых упоров, скрепленных
деревянными накладками на болтах. Соединения стержней решет-
ки, .работающие на растягивающие или знакопеременные усилия,
решаются при помощи болтов.
Соединения стержней, работающих только на сжатие, в ряде
случаев решаются в виде лобовых врубок. Опорами башен служат,
как правило, бетонные или железобетонные фундаменты. Благо-
приятные перспективы применения в строительстве имеют решет-
чатые балки из дощатоклееных элементов.
Расчет башен производят на нагрузки от собственной массы
конструкции, массы оборудования и материалов (например, воды
в водонапорном баке), от давления ветра, который может быть
направлен параллельно граням и по диагонали между ними. При
определении продольных усилий в стержнях башня условно рас-
членяется на отдельные грани, представляющие собой консольные
фермы, поставленные с небольшим наклоном от вертикали. Усилия
в стержнях этих ферм определяют общими методами строительной
механики. При этом перекрестную решетку рассчитывают как рас-
косную, поскольку гибкие сжатые элементы или растянутые рас-
косы при соединениях на врубках в ней не учитываются. Усилия
в стойках определяют путем ‘суммирования усилий в поясах сомк-
нутых ферм. Подбор сечений и проверка напряжений в них, а так-
же расчет уровня соединений производят так же, как в решетча-
тых фермах.
259
Сетчатые башни Шухова круглые в плане, состоят из двух сомкну-
тых слоев пересекающихся брусчатых стержней, расположенных вдоль прямых
образующих однополосного гиперболоида вращения. Эти брусья соединяются по
высоте башни рядом колец жесткости из пакетов гнутых* досок. Соединяют
стержни по длине при помощи лобовых упоров с дощатыми накладками на бол-
тах. В местах пересечений стержни подрезаются для плотного касания и стяги-
ваются болтами. К сплошному фундаменту стержни крепятся анкерами. Башня
работает и рассчитывается как сетчатая оболочка.
Сплошные башни имеют форму цилиндра или близкого к нему усечен-
ного конуса. Наибольшее применение находят в качестве градирен тонкостенные
сплошные башни ограниченной высоты. Они состоят из ряда расположенных
кольцеобразно дощатых или брусчатых стоек, соединенных кольцами из пакетов
гнутых досок. Снаружи стойки соединяются двойной сплошной или разрежен-
ной дощатой обшивкой. Сплошная внутренняя обшивка состоит из вертикаль-
ных досок, прикрепленных к кольцам. Элементы тонкостенных башен соединя-
ют. болтами и гвоздями в построечных условиях. Тонкостенные башни работают
и рассчитываются, как цилиндрические или конические оболочки.
*
§ 17.3.	Силосы	’i
Деревянные силосы могут иметь каркасно-обшивную клеефанер-
ную или сплошную конструкцию.
Каркасно-обшивные силосы построечного изготовления имеют
цилиндрическую форму, ограниченные размеры и используются для
хранения животноводческих кормов. Их основными частями явля-
Рис. 17.3. Объемный блок клеефанерного
силоса:
а — конструкция; б расчетная схема; 1 — клее-
фанерная панель; 2 — вклеенные стержни
ются фундаменты, стены
и крыши. Стены силоса
состоят из каркаса и дву-
сторонних обшивок. Кар-
кас образует ряд верти-
кальных толстых досок»
поставленных с шагом не
более 50 см на кольцеоб-
разный бетонный фунда-
мент и прикрепленных к
нему металлическими ан-
керами. Обшивки состоят
из двух слоев горизон-
тальных тонких досок»
прибитых к доскам карка-
са гвоздями. Между слоя-
ми внутренней обшивки
располагается слой гид-
роизоляции, а между слоя-
ми наружной обшивки, в
некоторых случаях,— слой
теплоизоляции. Шатро-
вая крыша силоса имеет
дощато-гвоздевую конст-
рукцию. Силос работает»
рассчитывается на внут-
реннее давление силосной
260
массы с учетом незначительных усилий от снеговых, ветровых и
постоянных нагрузок.
Клеефанерные силосы заводского изготовления (рис. 17.3) ис-
пользуют для хранения сыпучих материалов, '.главным образом гра-
нулированных минеральных удобрений. Клеефанернцй силос имеет
призматическую форму, с размерами до 3X3 м в плане и высоту
до 10 м. Такие силосы могут быть отдельно стоящими и многоря-
довыми. Силос собирают по высоте из объемных блоков высотой
1,2 м. Объемный блок состоит из четырех коробчатых клеефанер-
ных панелей толщиной до 20 см. Каркас панели состоит из продоль-
ных и поперечных дощатоклееных брусков. Его обклеивают с обеих
сторон обшивками из водостойкой фанеры, которые с наружной
стороны изолируются от влаги лакокрасочными покрытиями.
Клеефанерные панели соединяются в углах объемного блока
парными вклеенными стержнями. Стержни из арматуры периоди-
ческого профиля пропускаются через отверстия в концах продоль-
ных ребер, просверленные под углом 45° к их оси, и вклеиваются
эпоксидно-цементным клеем.
Клеефанерные силосы имеют повышенную стойкость к агрессив-
ной по отношению к стали среде минеральных удобрений, так как
стальные соединения здесь полностью изолированы от окружающей
среды в массе древесины и слое клея.
Расчет клеефанерного силоса производят на действие нагрузок
от внутреннего давления сыпучего тела, собственной массы, снега
и ветра. Основной нагрузкой, определяющей размеры объемных
блоков, является внутреннее давление q.
Расчетной схемой объемного блока является замкнутая квадрат-
ная рама со стержнями длиной I и жесткими узловыми соедине-
ниями, образуемыми парами вклеенных стержней, при расстоянии
е -между ними. От действия внутреннего давления в углах блока
возникаю^ максимальные изгибающие моменты М и продольные
силы АГ,.которые в некоторый запас прочности могут быть опреде-
лены по формулам
M=-qP/12, N=ql/2.
Исходя из этих величин можно определить необходимые усилия
в сечениях панелей и соединениях жесткого узла:
продольные и попёречные силы в панелях N=Q=N/2—Af/]/2e;
продольные силы .во внутренних стержнях N=NlV2-^-М/е;
продольные силы в наружных стержнях Nc=N/y 2—Mje.
На эти усилия производят расчет элементов и соединений объ-
емного блока. Клеефанерные панели рассчитывают по прочноЪти
фанеры, древесины и клеевых соединений с учетом приведенных
геометрических характеристик, сёчений, устойчивости сжатой об-
шивки и ослабления стыками (см. § 9.3). Соединения на вклеен-
ных стержнях рассчитывают на прочность стержней при растяже-
нии и сжатии и прочности клеевых соединений при скалывании
(см. § 6.4).
261
При многорядовом расположении силосов в сочетании их с от-
дельными клеефанерными панелями необходимо при расчете учи-
тывать возможность наружного давления сыпучего тела на стены
силоса (пустого) со -стороны соседних, заполненных сыпучим ма-
териалом.
Сплошные силосы построечного изготовления имеют цилиндрическую
или призматическую форму. Цилиндрические силосы состоят из сплошного ряда
толстых шпунтованных досок или брусьев-клепок, стянутых снаружи натяжными
'кольцевыми хомутами из арматурной стали. Такие конструкции применяются
также в качестве резервуаров для жидкостей и трубопроводов крупного сечения.
В этих конструкциях от внутреннего давления жидкости возникают значительные
растягивающие напряжения в хомутах и незначительные напряжения изгиба в
деревянных клетках. Призматические силосы состоят из сплошных рядов гори-
зонтальных толстых досок, соединенных в углах гвоздями, и применяются для
хранения сыпучих материалов. Сплошные силосы, резервуары и трубопроводы
требуют значительного расхода древесины, они трудоемки в изготовлении и
применяются редко.
§ 17.4.	Мосты (краткие сведения)
Область применения деревянных мостов (рис. 17.4) ограничи-
вается в основном
автомооильными
дос-
системы;
Рис. 17.4. Конструкции деревянных мостов:
а — настилы; б — основные конструкции;
кн; 2 — накат; 3 — асфальтобетон; 4 — деревопли-
та; 5 — цельные балки; 6 — подкосные
7 — дощатоклееные балки; 8 — клееные арки; 9 —
фермы Гау — Журавского» 10 — комбинированные
арочные системы; И — комбинированные висячие
системы
и

дорогами, где балочные мосты
могут перекрывать пролеты
до 60 м. Незначительное
применение малопррлетные
деревянные мосты находят
в железнодорожном строи-
тельстве. Они имеют невы-
сокую стоимость, могут быть
возведены в короткие сроки,
и их сооружение, особенно
в районах, где древесина яв-
ляется местным материалом,
вполне оправдано.
Главным недостатком де-
ревянных мостов является
опасность загнивания древе-
сины в результате периоди-
ческого увлажнения ее ат-
мосферными осадками. Кон-
струкции временных мостов,
не защищенных от загнива-
ния, могут нормально экс-
плуатироваться не более
10 лет. Постоянные мосты,
конструкции которых защи-
щены от загнивания, напри-
мер, маслянистыми антисеп-
тиками, могут успешно экс-
плуатироваться в течение
50 лет и более. Существенно
262
повышает срок нормальной эксплуатации защита.конструкций мос-
тов легкими крышами и стенами.
Основные части моста — это пролетное строение и опоры. Про-
летное строение состоит из проезжей части, основных несущих
конструкций и связей. Проезжая часть располагается выше основ-
ных несущих конструкций в мостах с ездой поверху, ниже их —
в мостах с ездой понизу «и занимает промежуточное положение
в мостах с ездой посередине. Наиболее эффективны деревянные
мосты с ездой поверху, поскольку количество основных несущих
конструкций и их расстановка принимаются независимо от габари-
тов проезжей части. Кроме того, проезжая часть здесь служит до-
полнительно защитным покрытием от атмосферного увлажнения
древесины.
Проезжая часть моста состоит из настила и балок, (рис. 17.4, а).
В качестве настилов применяются в большинстве случаев сплош-
ные ряды бревен (накат) или пластин, покрытые дощатой обивкой.
Применяется также ребристая деревоплита, состоящая из сплош-
ного ряда досок разной ширины на ребро, ребристая поверхность
которых покрывается асфальтобетоном. Опорами настила служат
продольные прогоны или поперечные балки цельного или состав-
ного сечения. По краям проезжей части настил несколько поднима-
ется, образуя тротуары.
Основные несущие конструкции пролетных строений могут быть
цельнобалочными, составными балочными, подкосными, сквозными,
арочными и комбинированными.
Цельнобалочные конструкции (рис. 17.4, б) приме-
няются в мостах пролетом до 6 м. Они состоят из ряда бревенчатых
или брусчатых прогонов, уложенных на опоры обычно вразбежку
с шагом, равным двойной ширине их сечения. Эта конструкция
построечного изготовления проста, малотрудоемка и экономична.
Составные балочные конструкции применяются
в мостах пролетом до 20 м. Наибольшие перспективы имеют кле-
еные балочные конструкции заводского изготовления. Они состоят
из дощатоклееных балок прямоугольного, сечения относительной
высоты, равной Vio—Vis пролета, которые ’ ставятся на опоры
в количестве-4 или 6 шт. Во временных мостах нашли некоторое
применение дощато-гвоздевые балки с перекрестной стенкой, одна-
ко необходимо учитывать, что они трудоемки при изготовлении
и защите их от загнивания.
Подкосные конструкции (рис. 17.4, б, 6) иногда при-
меняют во временных мостах пролетам до 12 м. Их изготовляют
из 'бревен или брусьев, и состоят они из ригелей, стоек и подкосов,
соединенных лобовыми упорами и врубками. Схемы таких конст-
рукций бывают треугольно-подкосными, трапециевидно-подкосны-
ми и ригельно-подкосными. Наличие подкосов в 2—3 раза умень-
шает пролет ригеля. Эти конструкции трудоемки и трудно защи-
щаемы от загнивания ввиду большого числа врубок.
Арочные конструкции (рис. 17.4, б, 8). Наибольшее при-
менение в арочных мостах пролетом до 30 м находят клееные арйи
263
заводского изготовления. Такие ^рки, как правило, имеют трех-
Шарнирную схему и состоят из двух дощатоклееных -полуарок пря-
моугольного сечения, описанных по дуге окружности.
В мостах с ездой поверху нагрузка от проезжей части переда-
ется на арки через систему стоек разной высоты. В некоторых слу-
чаях применялись арки сквозной конструкции в виде серповидных
ферм.
Сквозные конструкции в виде ферм (рис. 17.4, 6.9)
применяются в мостах пролетом до 60 м. Применение в таких мос-
тах нашли фермы Гау — Журавского. Они имеют параллельные
пояса, перекрестные раскосы и стойки. Пояса ц раскосы выполня-
ют из брусьев и бревен, а стойки — из арматурной стали. Раскосы
соединяют в узлах наклонными лобовыми упорами и при расчете
растянутые раскосы не учитывают. Стыки-поясов делают болтовы-
ми с деревянными или стальными накладками. Применение ме-
таллического нижнего пояса в таких фермах значительно повыша-
ет их надежность.	-
Комбинированные конструкции (рис. 17.4, б, 10)
деревянных мостов могут быть арочными и висячими. Арочные ком-
бинированные конструкции применяют при пролетах до 60 м. Они
состоят из арок, соединенных с балкой или фермой жесткости,
и имеют существенные преимущества перед фермами и арками,
работающими самостоятельно. Арки этой конструкции не передают
распора на опоры, поскольку он воспринимается балками или фер-
мами жесткости, как затяжками. Это значительно упрощает кон-
струкцию опор. Фермы или балки подвешены в ряде точек к аркам,
поэтому усилия в них являются относительно небольшими. Приме-
нение в таких конструкциях нашли клееные балки и арки.
Висячие комбинированные конструкции (рис. 17.4, б, 11) приме-
няют в моста.х пролетом до 100 м, сооружаемых главным образом
в горных районах. Они состоят из системы стальных тросов и под-
вешенной к ним балки или фермы жесткости. Эта конструкция
отличается относительно малой массой, поскольку максимальные
усилия возникают в высокопрочных тросах, работающих на растя-
жение, а балки или фермы опираются на ряд опор-подвесок. Кро-
ме того, она допускает навесную сборку, не требующую подмостей.
Расчет конструкций деревянных мостов производят на дейст-
вие нагрузок от собственной массы, снега, ветра и подвижной по-
лезной нагрузки от массы транспорта и людей общими методами
строительной механики в соответствии с указаниями СНиПа.
Опоры деревянных мостов могут быть тоже деревянными свай-
ной, рамной и ряжевой конструкции или бетонными и’Каменными.
Свайные опоры являются наиболее простыми. Они состоят из
рядов деревянных свай, забитых в дно реки или оврага. Их широко
применяют особенно в малопролетных мостах при грунтах, допу-
скающих забивку свай.
Рамные опоры — это сквозные деревянные рамы из бревен или
брусьев, устанавливаемые на бетонные фундаменты. Они более
264
сложны и применяют их в мостах, возводимых на грунтах, не до-
пускающих забивки свай.
Ряжевые опоры — это бревенчатые срубы с днищем и перего-
родками, которые заполняются камнем и опускаются на дно реки.
Их используют в мостах, сооружаемых над -глубокими реками
с быстрым течением, где применение свайных ® рамных опор, не-
возможно.
Бетонные и каменные опоры применяют ® мостах большого про-
лета над широким® реками, оврагами и ущельям®.
Деревянные эстакады сооружают главным образом с примене-
нием составных клееных балок, ферм с параллельными поясами
и подкосных конструкций с опиранием их на рамные опоры.
§ 17.5.	Леса и кружала
Деревянные леса и кружала — это временные опоры рабочих
площадок и строительных конструкций в процессе их сооружения.
Кружала используют при возведении монолитных железобетонных,
бетонных и .каменных конструкций купольной, овод'чатой и( арочной
формы. Они являются временными конструкциями с ограниченным
сроком эксплуатации.
Рис. 17.5. Деревянные кружала
Деревянные леса имеют простую лестничную конструкцию, со-
стоящую из стоек с поперечинами, на которые укладывают доща-
тые щиты рабочих площадок.
Деревянные кружала (рис. 17.5) состоят из настила, косяков
и основных несущих конструкций и опор. Настилы делают доща-
тыми, часто двухслойными. Их поверхность должна своей формой
точно соответствовать сооружаемой конструкции. Настилы крепят
к косякам гвоздями. Они представляют собой короткие доски на
ребро с верхней кромкой, обрезанной по форме нижней поверхности
настила.'
265
Основные несущие (конструкции кружал сооружают из бревен,
брусьев или толстых досок. Они ‘могут быть стоечными, подкосны-
ми, веерными »и из ферм. Стоечные кружала наиболее просты. Они
состоят из системы стоек, поставленных вертикально на расстоянии
не -более 3 м и соединенных раскосными связями при помощи гвоз-
дей и болтов (рис. 17.5, а). Подкосные кружала (рис. 17.5, б)
представляют собой подкосные или ригельно-подкосные конструк-
ции. Они состоят из стоек, поставленных .на расстояниях до 6 м
друг от друга ригелей и подкосов, соединенных на лобовых упорах
и врубках. Веерные кружала (рис. 17.5, в) состоят из групп стоек,
опертых на общие опоры и расположенных под разными углами
наклона к горизонтальной плоскости. Расстояние между такими
опорами могут быть значительными. Кружала из ферм (рис.
17.5, г) состоят из ряда сегментных ферм, поставленных наклонно
к горизонтальной плоскости на постоянные или временные опоры
и перекрывающих значительные свободные пролеты. Опоры лесов
и кружал обычно делаются лежневыми в виде ряда коротких -бре-
вен, уложенных на грунт.'
Расчет лесов и кружал производится с учетом, кратких сроков
их эксплуатации в соответствии с «Указаниями по проектированию
деревянных конструкций временных зданий и сооружений»
(СН 432—71). Расчетные сопротивления. древесины принимаются
здесь повышенными, поскольку влияние длительности действия На-
грузки отсутствует. Антисептирование древесины не требуется. Ле-
са и кружала рассчитываются на нагрузки от собственной массы
возводимого сооружения, материалов и оборудования и дополни-
тельно на массу человека с грузом и равномерно распределенную
нагрузку 2,5 кН/м2.
При расчете по прогибам предельный относительный прогиб
изгибаемых элементов не должен превышать 1:400. Для того что-
бы возводимая конструкция приобрела .проектную форму, кружа-
лам придается строительный подъем, который определяется с уче-
том упругих и -неупругих деформаций их элементов и соединений.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Какую конструкцию имеют мачты на оттяжках и где они применяются?
2.	Как работают и рассчитываются мачты на оттяжках?
3.	Какие имется типы деревянных башен и каково их назначение?
4.	Какую конструкцию имеет решетчатая башня,' как она работает и рас-
считывается?
5.	Какую конструкцию имеет сетчатая башня Шухова?
6.	Какую конструкцию имеет сплошная башня?
7.	Какие имеются типы деревянных силосов и каково их назначение?
8.	Какую конструкцию имеют клеефанерные силосы, как они работают и
рассчитываются?
9.	Из каких основных частей состоят деревянные мосты? ’
10.	Какую конструкцию имеет проезжая часть моста?
11.	Какие типы основных несущих конструкций применяются в мостах?
12.	Какие типы ферм применяются в’ мостах, какую конструкцию имеют
фермы Гау — Журавского?
13.	Какие типы деревянных опор применяются в мостах?
266
t
14.	Какие типы деревянных лесов и кружал применяются в строительстве и
каково их назначение?
15.	В чем особенности расчета лесов и кружал?
*
Глава 18
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ КОНСТРУКЦИЙ
§ 18.1.	Основные операции и требования при изготовлении
конструкций
L
Современные тенденции развития деревянных конструкций ори-
ентированы преимущественно на конструкции индустриальные
и прежде всего на клееные конструкции заводского изготовления.
Очевидно, в этих условиях неизмеримо ‘возрастает роль технологии,
от «степени совершенства которой зависят такие важнейшие пока-
затели конструкций, как несущая способность, долговечность, стои-
мость, расход древесины, эстетические качества и т. п.
Наряду с клееными конструкциями не утеряли своего значения
и конструкции построечного изготовления. Благодаря внедрению
прогрессивных форм организации производства и механизации
трудоемких процессов, связанных с механической обработкой дре-
весины и устройством соединений (применение электро- и пневмо-
инструментов: пил, дрелей, гайковертов и т. п.), современная тех-
нология построечного изготовления получила заметный прогресс.
Заводское изготовление конструкций. В области технологии кле-
еные деревянные конструкции и конструкции с применением пласт-
масс имеют много общего (использование синтетических клеев, оди-
наковых или схожих механизмов и операций и др.)- Поэтому тех-
нология обеих трупп конструкций содержит ряд общих исходных
требований;
1.	Производство должно быть оснащено механизмами и обору-
дованием, 1&обходимыми для нормального протекания процесса
изготовления, а также приборами для контроля этого процесса.
2.	Производственные помещения, где изготовляют конструкции,
должны иметь внутреннюю температуру воздуха 16—20° С и отно-
сительную влажность воздуха 60—70%.
3.	Производственный процесс должен осуществляться специаль-
но обученными квалифицированными инженерно-техническим пер-
соналом и рабочими.
4.	При изготовлении конструкций должны использоваться ма-
териалы, свойства и качество которых полностью удовлетворяют
требованиям соответствующих стандартов (ГОСТов), технических
условий (ТУ), а также удовлетворяют дополнительным требовани-
ям, указанным в технической документации на клееные кон-
струкции.
5.	Весь процесс изготовления конструкций должен сопровож-
даться постоянным контролем, осуществляемым на каждой опера-
ции. Контролю подлежат такие характеристики, как свойства мат
териалов и компонентов (в особенности клеев), качество обработки
267
и точность сборки, величина давления при запрессовке^ темпера-
туре и влажность воздуха в цехе и т. п. Конечная продукция —
конструкция целиком или ее часть (элемент) —также подлежит
контролю путем внешнего осмотра и механических испытаний от-
дельных конструкций.
6.	При изготовлении конструкций должны «быть соблюдены пра-
вила техники безопасности и охраны труда, относящиеся к рабо-
там с синтетическими клеями, к обслуживанию станков и прессо-
вого оборудования.
Изготовление трехслойных панелей (глухих и светопрозрачных),
а также трехслойных элементов оболочек может состоять из сле-
дующих основных операций: механической обработки, включая
раскрой и стыковку материала общивок и среднего слоя (пеноплас-
та и ребер); приготовления клея и нанесения его на склеиваемые
поверхности; сборки элементов цанелей (обшивок и среднего слоя),
запрессовки панели и выдержки до отверждения клея; распрессов-
ка панели после окончания срока выдержки и окончательной от-
делки.
. Построечное изготовление конструкций. Для изготовления кон-
струкций в построечных условиях применяют бревна, брусья и дос-
ки обычно с влажностью не более 20—25%. Лишь для временных
сооружений и конструкций, эксплуатируемых в воде или в услови-
ях постоянного увлажнения лесоматериалов, влажность не норми-
руется.
Процесс изготовления включает следующие операции: сушку
материалов до требуемой влажности; сортировку лесоматериалов
по сечениям, а также по нормам пороков с целью их последующего
применения в элементах I, II или III категорий; изготовление
деревянных элементов по проектным размерам путем обрезки тор-
цов по шаблону, сверления отверстий под болты (в кондукторах)
и т. п.; изготовление металлических элементов конструкций (тяжей,
нижних растянутых поясов ферм и т. п.), если таковые входят
в ее состав; сборку конструкции на хорошо выровненной горизон-
тальной площадке (бойке), на которой предварительно размечено
положение всех элементов в последовательности, которая указы-
вается в проекте.
При сборке конструкции (или отдельной ее части) затягивают
гайки на болтах, тяжах и других резьбовых соединениях, а после
сборки конструкцию хранят и транспортируют в проектном поло-
жении.
Крупноразмерные конструкции могут быть собраны по отдель-
ным частям, которые окончательно соединяют на монтаже при их
установке «в проектное положение.
§ 18.2.	Технология изготовления клееных деревянных
конструкций
Для изготовления клееных деревянных конструкций используют
пиломатериалы (доски), как правило, хвойных пород толщиной
не более 5 см (для гнутых элементов — не более 4 см) с влаж-
268
ностью 10—12% и фанеру преимущественно марки ФСФ, сорта
В/ВВ толщиной 8—15 мм (см. гл. 2 и 4).
Процесс ’изготовления клееных деревянных конструкций вклю-
чает следующие технологические операции: распиловку бревен
на пиломатериалы; сушку досок до влажности 10±2%; механиче-
скую обработку досок, включая раскрой, удаление недопустимых
пороков, фрезерование, стыкование досок по длине и ширине (по
кромке), сортировку заготовок по нормам пороков (категориям ка-
чества), раскрой и стыкование листов фанеры; приготовление
и нанесение клея на склеиваемые поверхности; запрессовку изго-
товляемого элемента или конструкции и выдержку до отверждения
клея; распрессовку элемента (конструкции), его обработку и окон-
чательную отделку.
Рис. 18.1. Схема распиловки бревен:
а — на пилораме; б — на ленточнопильном станке; в — на круглопиль-
ном станке
Распиловку бревен производят в лесопильных цехах на пило-
рамах, ленФочнопильных или круглопильных станках (рис. 18.1).
Бревна, предназначенные для распиловки (пиловочник), должны
храниться в условиях, предохраняющих лесоматериалы от загни-
вания.
Наиболее простой способ предохранения от грибных пораже-
ний— это сохранение в древесине влажности около 200%. Поэтому
бревна перед распиловкой хранят либо в специальных водяных
бассейнах (водный способ), либо на суше, но при условии их регу-
лярного увлажнения из дождевальных установок (влажный спо-
соб).
Основной способ заключается в высушивании бревен за более
короткий срок (в летнее время) до влажности около 20%, при
которой грибные поражения тоже не развиваются. Бревна при этом
способе хранят так, чтобы они не увлажнялись грунтовой влагой
(на подкладках), и с них предварительно удаляют кору (окоре-
вают).
При температуре ниже 5° С способ хранения бревен мало влияет
на их долговечность, так как при низких температурах гниение
и деятельность насекомых прекращаются.
26Э
Сушку лесоматериалов для клееных конструкций производят
в досках. Существует несколько способов сушки. Рекомендуется
применять либо камерную сушку, либо атмосферную с последую-
щей досушкой в камерах.
Атмосферная сушка осуществляется на открытом возду-
хе в штабелях, в которых доски укладывают с зазорами (на про-
кладках), обеспечивающими проветривание штабеля. Для предо-
хранения от атмосферной и грунтовой влаги штабеля укладывают
на подкладки и сверху устраивают навес, а для равномерного вы-
сушивания всех слоев досок штабеля периодически перекладывают.
Продолжительность сушки в штабелях зависит от климатиче-
ских условий местности, времени года, толщины досок и требуемой
конечной влажности пиломатериалов. Для досок толщиной 30—
50 мм в летнее время в районе Москвы подолжительность сушки
составляет 10—16 дней при высушивании до конечной влажности
30% и 20—40 дней — до конечной влажности 20%. В связи с такой
большой разницей в продолжительности сушки в зависимости
•от конечной влажности досок рекомендуется высушивать пилома-
териалы до влажности 30% с последующим досушиванием в каме-
рах до требуемой влажности 10%.
Камерная сушка производится в сушильных камерах, вну-
три которых поддерживается повышенная температура и интенсив-
ная циркуляция нагретого воздуха или перегретого пара с помощью
вентиляторов.
Удаление влаги из древесины начинается с наружных слоев до-
сок, поэтому влажность остается неравномерной по толщине досок
до самого конца процесса сушки. При чрезмерно интенсивном уда-
лении влаги из наружных слоев и большом перепаде во влажности
по слоям в досках могут возникнуть трещины, поэтому процесс ста-
раются вести таким образом, чтобы сначала прогреть имеющуюся
в древесине влагу, не форсируя ее удаление о поверхности досок.
Это достигается введением в камеру на первой стадии влажного
нагретого воздуха при температуре 50—80° С. Затем по мере про-
грева и снижения влажности древесины температуру воздуха по-
вышают, а влажность воздуха понижают. Доски для клеенцх кон-
струкций высушивают до влажности 8% по наружной поверхности,
имея в виду, что при фрезеровании будут сняты наиболее сухие
наружные слои досок. Перед механической обработкой выгружен-
ные из камеры доски должны трое суток сохраняться в помещении
с температурой воздуха 16—22° С и влажностью воздуха 60—70%
(кондиционируются) с целью выравнивания влажности по сече-
нию.
Механическая обработка и стыкование досок перед склеиванием
включает ряд последовательных операций (рис. 18.2).
Высушенные и выдержанные доски прежде всего подвергают
калибровке на рейсмусовых или четырехсторонних строгаль-
ных станках, т. е. фрезерованию по пласта, что позволяет досто-
вернее, чем в нестроганных досках, оценить имеющиеся ib них по-
роки и ликвидировать разнотолщинность досок.
270
После калибровки (производят поперечный раскрой досок
по длине, при котором удаляются участки досок, содержащие
недопустимые пороки (см. § 2.2). В 'Зависимости от объема пороков-
раскроенные отрезки досок относят к элементам I, II или III кате*
горий. Кроме пороков, упомянутых в § 2.2, заготовки не должны
иметь дефектов формы, которые определяются величинами, пока*
занными на рис. 18.3.
Рис. 18.2. Схема и последовательность операций при получении заготовок;
а — калибровка; б —вырезка участков с недопустимыми пороками и раскрой по длинен
в — зарезка зубчатого стыка; г — фрезеродакие с четырех сторон; д — раскрой на за*
готовки
Рис. 18.3. Возможные дефекты формр заготовок и их предельные значения?
а — искривление по кромке на участке длиной 2=3 м fi//<0,01 (при б<25 мм) и-
fi//<0,0067 (при б >25 мм); б — искривление, по пласти (не должно превышать при-
пуска на обработку); в —поперечное искривление (покоробленность) fs/b < 0,008
Стыкование заготовок зубчатым соединением дает воз-
можность получить заготовки требуемой длины. Зубчатый шин
фрезеруется набором фрез на специализированных шипорезных
станках, после чего на наклонные поверхности наносится клей, две
стыкуемые заготовки «смыкаются под давлением 1—3 МПа (10—
30 кгс/см2) и выдерживаются до отверждения клея. Зубчатый стык
может выполняться с выходом на кромку «или на пласть. В послед*
нем случае набор фрез имеет большую высоту.
Все последовательные операции по «стыкованию заготовок могут
осуществляться на автоматических или полуавтоматических лини*,
ях. В этом случае иногда применяют методы ускоренного отверж-
дения клея в стыках.
, Получение заготовки подвергают строганию с четырех
сторон и затем разрезают на ленты требуемой длины.
Для получения сечений шириной большей, чём ширина одной
доски, может быть принята следующая технология. Из лент наре-
зают заготовки длиной 3 м, «стыкуют (склеивают) их по кромке,,
получая Широкие плиты, которые потом распускают на заготовки
271
Рис. 18.4. Схема нанесе-
ния клея на клеевых
вальцах:
<1 — емкость с клеем; 2 —
труба с прорезями; 3, 5 —
верхний и нижний вальцы;
4 — заготовка;	6 — поддон
для клея
требуемой ширины. При необходимости их вновь стыкуют по длине.
Механическая обработка пиломатериалов связана с неоднократ-
ным фрезерованием, а следовательно, и с уменьшением первона-
чальных размеров поперечного сечения пиломатериалов. Разница
между первоначальным размером сечения доски и ее сечением пос-
ле окончания механической обработки (припуск) зависит от породы
древесины, характера обработки, длины и размеров сечения заго-
товок. Согласно ГОСТ 7307—75 припуски для заготовок шириной
до 195 мм составляют 4—5,5 мм на фрезерование пласти с двух
сторон и 5—10 мм на фрезерование кромок
с двух сторон.
Приготовление клея производят в. клее-
смесителях, в которых тщательно переме-
шиваются все входящие в клей компоненты
(см. гл. 7). Компоненты надо смешивать
в той последовательности, как они указаны
в рецептурной таблице. Клеевая композит
ция, полученная после смешивания, облада-
ет ограниченной жизнеспособностью, кото-
рая выражается временем (минуты, часы),
прошедшим с момента окончания переме-
шивания до момента достижения клеем та-
кой вязкости ,(густоты), при которой его
уже нельзя использовать. Постепенное за-
густение клея связано с процессом отверж-
дения, который начинается после смешива-
ния компонентов. Поэтому клеи приготав-
ливают такими порциями, которые могут
быть использованы в течение срока жизне-
способности клея.
Нанесение клея. Клей наносят на чистые
•свежвстроганые поверхности тонким равномерным слоем. Для на-
несения клея на обе пласти доски используют клеевые вальцы
(рис. 18.4). В мелкосерийном производстве, когда производитель-
ность клеевых вальцов превышает потребность технологического
процесса, для нанесения клея можно использовать кисти, малярные
ролики и т. п.
При склеивании зубчатых соединений клеи наносят на обе
склеиваемые поверхности щетками или специальными дисками,
имеющими тот же профиль, что и сам шип.
При нанесении клея небольшой вязкости на большие поверх-
ности механизированным способом достигается -минимальный рас-
ход клея (0,25—0,35 кг/м2), а следовательно, и наименьшая тол-
щина клеевого шва. При склеивании узких деталей клеем высокой
вязкости расход повышается до 0,4—0,6 кг/м2.
Запрессовка. По мере нанесения клея на склеиваемые поверх-
ности заготовки накладывают одну на другую, соблюдая при этом
требуемое расположение по высоте сечения досок соответствующей
категории. После того как набран пакет необходимой высоты, к не-
272
му прикладывают давление, с тем чтобы обеспечить плотный при-
жим склеиваемых поверхностей по всей их площади. Для прямо-
линейных клеедощатых элементов давление должно быть 0,3—
0,5 МПа (3—5 кгс/см2), для криволинейных—0,8—1 МПа (8—
10 кгс/см2).
Сборку пакета досок производят на стендах, обеспечивающих
правильное положение оклеиваемых деталей. В силу ограниченной
жизнеспособности клеев сборку пакета должны производить в сжа-
тые сроки и клей не должен загустеть, пока элемент не запрес-
суют.
Запрессовку пакета досок осуществляют в винтовых пли гид-
равлических прессах. Продолжительность действия давления (вре-
мя выдержки) зависит от температуры воздуха в цехе и типа кон-
струкции и составляет 8—30 ч.
Время выдержки склеиваемого изделия под давлением может
быть сокращено за счет нагрева, благодаря которому ускоряется
процесс отверждения клея. Для клеедощатых массивных изделий
можно применять нагрев горячим воздухом (конвекционный на-
грев), при котором время выдержки сокращается в 4—6 раз. На-
грев в поле токов высокой частоты позволяет сократить время
склеивания до нескольких минут.
Выдержка. После р допрессовки клееные блоки надо выдержать
в условиях цеха еще 24 ч и лишь после этого приступать к их окон-
чательной отделке.
Отделка клееных блоков включает фрезерование на рей-
смусовых станках боковых поверхностей для удаления неровностей
(провесов), вызванных смещением .кромок соседних досок в пакете,
а также для снятия подтеков, неизбежно появляющихся при нане-
сении клея и запрессовке. Очень крупные блоки, для фрезерова-
ния которых нельзя использовать рейсмусовые станки, обрабаты-
ваются паркеуострогальндй машиной. Затем производят обрезку
клееных блоков по шаблону под проектный размер и сверле-
н и е с помощью кондукторов отверстий под болты.
Отделка готового элемента завершается окраской за два
раза водостойкой эмалью. Готовое изделие будет надежно защи-
щено от неблагоприятного воздействия влаги, которое может воз-
никнуть при транспортировании и хранении. Элемент защищается
упаковкой в синтетическую (например, полиэтиленовую) пленку.
§ 18.3.	ОсобеннЬсти технологии изготовления
клееных панелей
* Механическая обработка листовых материалов ведется с учетом
их природных особенностей. Для раскроя фанеры, листовых дре-
весных материалов органического стекла, винипласта и пеноплас-
тов можно использовать обычные деревообрабатывающие станки
.и инструменты, для раскроя стеклопластиков и асбестоцемента —
диски с алмазными вставками, абразивные круги, для раскроя
273
листовых металлов (алюминия, защищенной стали) —гильотинные
ножницы, а при фасонной резке тонких металлических листов до-
пускается применение ручного механизированного инструмента:
электровиброножниц, пневматических ножниц.
Стыкование листов асбестоцемента производят ©притык с одно-
сторонней накладкой (фанеры — на ус или зубчатым стыком, а стек-
лопластика— внахлестку или с накладкой). Для устройства стыко-
вых соединений используют соответствующие этим материалам
клеи (см. гл. 7). Элементы из пенопласта склеивают впритык.
б)
Рйс. 18.5. Схемы действия воздушных прессов:
А — пневмопресс; б — вакуум-мешок; / — плиты пресса; 2 — панель; 3 — мешок из воздухоне-
проницаемой ткани; 4 — компрессор для создания давления; 5 — вакуум-насос, откачивающий
воздух из мешка
Подготовка поверхности. Перед нанесением клея соединяемые
поверхности должны быть сухими, очищенными от пыли и консер-
вирующих покрытий (масла, бумаги, целлофана).
Металлические листы очищают горячим водным раствором по-
верхностно-активных веществ, другие листовые материалы можно
очищать путем обдува сжатым воздухом, пылесосом, щетками
я т. п. Наиболее трудоемка подготовка под склеивание алюминие-
вых листов. Эта подготовка кроме обезжиривания включает еще
и оксидирование —создание плотной танкой пленки Ъкисла метал-
ла, предохраняющей поверхность от коррозии. Обе операции —
обезжиривание и оксидирование—связаны с последующей промыв-
кой и сушкой листав.
Очищенные поверхности стеклопластиков подвергают шерохо-
ванию для снятия глянцевого поверхностного слоя, а поверхность
асбестоцемента опыляют 7—10%-ным раствором соляной.кислоты.
Нанесение вязких клеев производят так же, как при склеива-
нии досок; менее вязкие клеи можно наносить пневматическим
или гидравлическим распылением, особенно удобным для нанесе-
ния клея на большие поверхности обшивок.
Запрессовку панелей можно производить в винтовых и гидрав-
лических прессах, однако при склеивании панелей еще удобнее
пользоваться пневматическими прессами или вакуум-прессами,
поскольку для склеивания панелей требуется большая поверхность,
но меньшее давление, чем при склеивании несущих деревянных
конструкций (рис. 18.5). В первом случае давление создается за
счет нагнетания воздуха в шланги или мешок из воздухонепрони-
цаемой тка-ци, которые располагают между склеиваемой панелыо
и верхним столом пресса. При 'вакуумном способе шанель и стенд,
на котором она собрана, помещают в мешок из воздухонепроницае-
мой ткани и с помощью вакуум-насоса откачивают из мешка воз-
дух. Оба способа позволяют сочетать давление с нагревом, если
в качестве источника тепла использовать электросиловые нагрева-
тели (контактный нагрев), которые укладывают непосредственно
на обшивки панелей.
Средний слой из полистирольного беспрессового пенопласта ти-
па ПСБ может быть изготовлен в виде отдельного целого блока
размером на панель или путем -вспенивания «и формирования внутри
полости заранее изготовленной оболочки
панели или между обшивками панели типа
'«сэндвич». Во всех этих случаях использу-
• ют химически одинаковый процесс вспени-
вания пенопласта.
Гранулы плотного полистирола, содер-
жащие в виде примеси вспенивающий
агент, подвергают- предварительному вспе-
ниванию путем тепловой обработки. При
этом полистирол размягчается, а вспенива-
ющий агент, испаряясь, расширяет гранулу.
В результате предварительного вспенивания
получают материал в виде отдельных гра-
нул, каждая из которых расширилась и
^уменьшила свою плотность. Предваритель-
ное вспенивание позволяет получить насып-
нюй материал требуемой плотности, а пере-
|мешивание при вспенивании обеспечивает
(Одинаковую плотность всех гранул.
j Предварительно вспененные гранулы за-
сыпают в полость панели, а панель цоме-
щают в установку, представляющую собой
Замкнутый короб (рис. 18.6). В верхней
крышке короба вмонтированы пустотосбра-
Езователи, через которые в массу гранул
вводят пар. Нагрев гранул осуществляется
*гакже через теплообменные плиты, прикреп-
Рис. 18.6. Схема уста-
новки для вспенивания
гранул в полости панелиз
/ — пустотообразователи, по
которым подается пар; 2 —
верхняя крышка короба; 3 —
обшивка панели; 4 — средний
слой (до нагрева — гранулы,
затем — пенопласт с пусто-
тами); 5 — борта короба с
теплообменными плитами;
6 — днище
ленные к бортам (стенкам) короба. В результате.интенсивного на-
грева гранулы размягчаются, увеличиваются в объеме, заполняют
ice пустоты и, сплавляясь, образуют единый пенопластовый блок.
Для соединения блока с обшивками на них предварительно наносят
слой кЛея. После охлаждения из установки извлекают панель с го-
товым средним слоем, в котором содержатся пустоты, оставленные
'Пу стотоо б р азов ател ям и.
Светопрозрачные панели из стеклопластика изготовляют кле-
еными или цельноформованными. Для изготовления клееных па-
нелей используют заранее изготовленные листы (см. § 3.2), кото-
рые склеивают по технологии, изложенной в начале § 18.3.
275>
Изготовление светопрозрачных куполов из органического стекла
►производят путем переработки плоских листов. Процесс начинается
с зажима листа по контуру и нагрева его до 140—150° С с помощью
электронагревателей, расположенных над листом. Разогретое до
пластического состояния органическое стекло легко приобретает
нужную форму. Формообразование может осуществляться с по-
мощью матрицы или сжатого воздуха. Второй способ обеспечивает
лучшее качество поверхности. После окончания формообразования
купол охлаждают, извлекают из зажимов, обрезают и обрабаты-
вают края.
Двойные (двухслойные) купола изготовляют, склеивая по кон-
туру два купола, из которых .внутренний имеет меньшую высоту.
§ 18.4.	Контроль качества клееных конструкций
Качество исходных материалов (древесины и пластмасс) кон-
тролируется по прочности, влажности, а заготовок — по форме
и размерам. Требования к форме, размерам, влажности и нормам
допускаемых пороков указаны (для древесины) в § 18.2.
Контроль прочности материалов производят путем испытания
малых стандартных образцов, форма и размеры которых устанав-
ливаются ГОСТом и другими инструктивными документами.
Свойства клеевых композиций оценивают по вязкости, жизне-
способности, времени отверждения и клеящей способности. Все эти
испытания служат для оценки качества смол, отвердителей и дру-
гих компонентов клея, а также всей клеевой композиции. Произ-
водят испытания на небольших партиях клея, приготовленных в ла-
бораторных условиях.
Вязкость клея определяют в -вискозиметрах (небольших ворон-
ках) по времени, в течение которого определенная порция клея
(50 или 100 г) вытечет из нижнего отверстия вискозиметра в мер-
ный стакан. Чем больше времени уйдет на это, тем более вязким
считается клей.
Жизнеспособность и время отверждения опре-
деляют путем замера времени, истекшего с момента приготовле-
ния клея до начала его загустевания. Жизнеспособность оценива-
ется при комнатной температуре (20±2°С), а время отверждения —
в кипящей водяной бане.
Клеящую способность клея определяют прочностью
клеевого соединения, проверяемого на малых образцах
(рис. 18.7, а).
Прочность клеевых соединений оценивают по прочности образ-
цов, вырезанных из готовых конструкций (или их элементов).
В отличие от проверки клеящей способности в этом случае оцени-
вается прочность клеевых соединений, полученных в цеховых усло-
виях, когда сказывается действие всех производственных факторов,
которые могут повлиять на прочность склеивания.
Проверке подвергают прочность клеевых соединений при скалы-
вании. Прочность зубчатых соединений проверяют на образцах,
276
подвергаемых растяжению и изгибу (рис. 18.7). Образцы .клеевых
соединений. вырезают из обрезков, остающихся после торцовки
клееного блока, или из элементов, прошедших контрольные испы-
тания.
Контроль готовых конструкций (|или их элементов) включает
внешний осмотр и обмер с целью оценки качества и соответствия
проекту и (механические испытания до разрушения.
Рис. 18.7. Образцы для контроля прочности клеевых соединений:
а — при скалывании; б — в зубчатом стыке при изгибе; в — в зубчатом стыке при растяже*
нии; 1 — клеевой шов; 2 — зубчатый стык
Механическим испытаниям целесообразно подвергать не всю
конструкцию, а, где это возможно, лишь элемент «(например, полу-
арку, полураму). Балки-и панели испытывают целиком. Для испы-
тания выбирают статически определимую схему, при которой в эле-
менте возникают внутренние усилия (Af, Nt Q), близкие к тем, что
возникают в Эксплуатационных условиях. В качестве источника
силы применяют 'гидравлические домкраты или рычажные установ-
ки; для испытания панелей 'можно использовать пневматические
прессы. Нагружение ведут ступенями с заданными между ними ин-
гервалами времени вплоть до разрушения контрольного элемента.
Полученную суммарную разрушающую нагрузку при кратковре-
менном испытании Mt сравнивают с расчетной несущей способ-
ностью конструкции Пп по проекту. Отношение должно быть
ле менее коэффициента безопасности К, зависящего от характера
разрушения и продолжительности нагружения конструкции. ,
§ 18.5.	Транспортирование и монтаж конструкций
При транспортировании элементов несущих и ограждающих
юнструкций из дерева и пластмасс должны быть приняты меры
лредохранения их от увлажнения, случайных ударов и других не-
благоприятных воздействий. Особенно следует опасаться прило-
кения усилий, которые могут вызвать разрыв древесины поперек
юл'окон или отдир клеевого шв.а. Захват элементов при подъеме
277
можно производить только в .’местах, помеченных на изделии в со-
ответствии с рабочими чертежами.
При проектировании элементов производят дополнительный их
расчет для случая подъема. Этот расчет особенно важен для круп-
норазмерных элементов и конструкций (ферм, балок, полуарок),
в которых могут возникать достаточно большие усилия от действия
собственной массы.
Перед установкой несущих конструкций в проектное положение
производят их сборку, которую осуществляют на заводе-изготови-
теле или на строительной площадке, где конструкция может быть
собрана полностью или частично.. При частичной сборке операция
окончательной сборки совмещается с монтажом и установкой в про-
ектное положение (например, соединение двух полуарок или полу-
рам на монтаже). Выбор места полной или частичной сборки кон-
струкции определяется главным образом возможностью транспор-
тирования конструкции или ее наибольшего элемента.
Сборку конструкции, доставленной к месту строительства в виде
отдельных деталей, производят на горизонтальной ровной площад-
ке в последовательности, указанной в рабочих* чертежах. Перед
сборкой должны быть выявлены и устранены дефекты, которые
могли возникнуть в элементах при их транспортировании. Собранные
конструкции хранят в вертикальном положении, предохраняя их
от грунтовой и атмосферной влаги (путем применения подкладок»
устройства навесов и т. п.).
Подъем конструкций после сборки и при -монтаже должен про-
изводиться с помощью траверс и стяжек, обеспечивающих целост-
ность конструкции. Перед подъемом все соединения (болты, винты»
стяжки, упоры и т. п.) должны быть плотно подогнаты и затя-
нуты. До начала монтажа должны быть выверены опорные площад-
ки, на которые будет установлена конструкция.
Несущие деревянные конструкции по мере их установки в про-
ектное положение должны быть сразу же закреплены постоянны-
ми связями и ограждающими конструкциями (прогонами, насти-
лами, панелями), показанными в проекте. Первая конструкция
после установки закрепляется временными растяжками или дру-
гими приспособлениями.
Такие несущие конструкции покрытия, как арки с затяжкой»
фермы и балки, монтируют полностью собранными. Трехшарнир-
ные рамы и арки удобнее монтировать, устанавливая в проектное
положение отдельно две половины конструкции (полуарки, полу-
рамы) и соединяя их после установки в ключевом (коньковом) узле.
Для временного опирания верхней части полуарки при больших про-
летах используют монтажную * башню, с которой после выверки
положения конструкции производят окончательную сборку ключе-
вого узла. После выверки и закрепления собранной арки башню
перемещают вдоль оси здания на следующую стоянку и произво-
дят монтаж очередной арки.
Рамы и арки небольшого пролета можно монтировать полностью
собранными.
278
§ 18.6.	Основные положения методики оценки эффективности
применения конструкций из дерева и пластмасс
Выбор вариантов для сопоставления и условия сравнимости
конструкций. Выбор конструктивных решений (отдельных конст-
рукций или комплекса их) производят на основе сопоставления
технико-экономических показателей по вариантам. В качестве ба-
зы сопоставления («эталона») при определении экономической эф-
фективности предлагаемых новых решений конструкций зданий и
сооружений следует принимать на стадии строительства конкрет-
ных объектов вариант конструкций, предусмотренный в проектах,
а на стадии научно-исследовательских, проектных и конструктор-
ских работ по созданию новых конструкций и при решении вопроса
о развитии базы по их производству и внедрению в массовое
строительство — наиболее экономичные конструкции аналогичного
назначения.
При обосновании выбора варианта конструкций из дерева и
пластмасс при разработке проектов в качестве базы для сравне-
ния принимаетсяодин из рассмотренных вариантов.
Сравнение конструкций должно производиться в деле при рав-
ной степени их законченности и равном соответствии техническим
нормам.
При сравнении конструктивных систем зданий и сооружений
объемно-планировочные решения (сетка колонн и другие парамет-
ры) должны приниматься экономически оптимальными для каж-
дой конструктивной системы. Конструктивные элементы зданий и
сооружений, не зависящие от особенностей данной конструктивной
системы, должны приниматься одинаковыми во всех вари-
антах.
Сопротивление теплопередаче по вариантам ограждающих кон-
струкций утепленных зданий рекомендуется принимать экономиче-
ски оптимальным. При различных в уровне сопротивлений тепло-
передаче, вызываемых особенностями конструктивных решений ог-
раждающих конструкций, необходимо для варианта с меньшим
сопротивлением теплопередаче учитывать дополнительные едино-
временные и эксплуатационные затраты на отопление зданий.
В ряде случаев при сравнении следует учитывать разницу в за*
тратах на элементы, смежные с рассматриваемыми конструкциями.
Изменения в смежных элементах могут быть вызваны, например,
следующими факторами: различной собственной массой конструк-
ций; неодинаковой конструктивной схемой в сравниваемых вариан-
тах и различным решением связей; неодинаковым очертанием верх*
него и нижнего поясов ферм или балок покрытий, различной строи-
тельной высотой элементов покрытий и перекрытий; неодинаковым
расстоянием между температурными швами, различной степенью
огнестойкости, теплопроводности и электропроводности конструк-
ций; различным креплением рассматриваемых конструкций к смеж-
ным конструкциям и креплением подвесного подъемно-транспорт-
ного оборудования к рассматриваемым конструкциям.
279
Система технико-экономических показателей» Критерий эффек-
тивности. Оценку эффективности применения конструкций произ-
водят методом сопоставления технико-экономических показателей
по вариантам. Для обеспечения сопоставимости технико-экономи-
ческие показатели относятся на общую для сравниваемых вариан-
тов единицу измерения. Например, при оценке вариантов конструк-
ций каркасов и покрытий показатели рекомендуется определять в
расчете на 1 м площади здания.
Когда .применение той или иной конструкции приводит к из'ме-
нениям в объемно-планировочном решении здания (например, при
использовании в покрытии оболочек с большей сеткой • колонн
вместо плоскостных конструкций), в качестве расчетной принима-
ется единица мощности размещаемых в здании производств или
единица вместимости зданий.
Таблица 18.1
Система технико-экономических показателей для оценки
конструктивных решений и отдельных конструкций •
зданий и сооружений
Наименование показателей	Единицы измерения	Наименование показателей	Единицы измерения
Стоимость в деле	руб.	пластмассы	КГ
Себестоимость в деле	»	асбестоцемент	м3
Капитальные вложения	руб/год	Расход основных мате-	
в базу Эксплуатационные рас-	-ч	риалов с учетом отхо- дов **	
ходы	. руб.	пиломатериалы	
Приведенные затраты		фанера	»
Продолжительность	Дни	синтетические смолы	КГ.
возведения конструкций		асбест	»
Масса конструкций	кг	Затраты труда, всего	чел-ч
Расход основных ма-		В том числе:	
териалов * по проекту:	М3	на изготовление	»
древесина		на транспортировку	»
сталь	кг	на возведение	»
* Перечень материалов устанавливается в зависимости от особенностей сравниваемых
конструкций.
** В необходимых случаях учитываются затраты материалов на формы, подмости, опа*
лубку, монтажные кондукторы и др. (с учетом оборачиваемости).
Сравнение конструкций рекомендуется производить по основ-
ным и дополнительным технико-экономическим показателям, при-
веденным в табл. 18.1. В качестве показателя (критерия) сравни-
тельной экономической эффективности применения конструкций
следует принимать показатель минимума приведенных затрат, оп-
ределяемых в общем случае с учетом себестоимости в деле, ка-
питальных вложений в базу, эксплуатационных расходов и факто-
ра времени. Использование таких локальных критериев, как, на-
пример, минимум массы, минимум расхода материалов, минимум
280
затрат труда на строительной площадке, минимум стоимости, в
деле не может обеспечить в общем случае выбора наиболее эконо-
мически эффективных конструкций.
Если говорить о минимуме массы для конструкций только из
дерева и пластмасс, то следует иметь в виду, что стоимость исход-
ных материалов, используемых для изготовления этих конструкций
(в расчете на одну тонну их массы), может изменяться в широких
пределах— от 62 руб. (для пиломатериалов III сорта толщиной
40 мм и выше) до 3700 руб. (для стеклопластика АГ-4с на основе
крученой нити). Из этих цифр ясна непригодность критерия мини-
мума массы для выбора экономически эффективных конструкций.
Минимум себестоимости в деле может во многих случаях ха-
рактеризовать экономически эффективный вариант. Однако и этот
критерий в общем случае не пригоден для выбора наиболее эконо-
мически эффективного варианта, поскольку могут быть существен-
ные различия в долговечности конструкций, затратах на капиталь-
ные и текущие ремонты.
Определение приведенных затрат. Количество факторов, учиты-
ваемых при определении приведенных затрат, зависит от целей
расчета и наличия необходимых исходных данных.
Наиболее просто определять приведенные затраты (77) по фор-
муле
/7=Сси + Э7’н=Сси + Э/£'н,	(18.1)
где Сем — стоимость конструкций в деле (сметная или сметно-рас-
четная*), руб.; Э — эксплуатационные расходы, руб/год; Тн — нор-
мативный срок окупаемости капитальных вложений, год; Ен— нор-
мативный коэффициент эффективности капитальных вложений
(Ен=0,12, кроме районов Крайнего Севера, для которых Еи=
=0,08).
Если имеются существенные различия в трудоемкости и про-
должительности возведения конструкций по вариантам, а также
при использовании вместо оптовых цен данных о себестоимости
изготовления конструкций и материалов, рекомендуется приведен-
ные затраты определять по формуле
/7=С+ад+ад+Э7н,	(18.2)
где С — себестоимость конструкций в деле, рассчитанная на основе
данных о себестоимости изготовления конструкций и материа-
лов, руб; Ki — капитальные вложения в базу по производству кон-
струкций и материалов, руб/год; Кг — капитальные вложения в ос-
новные фонды и вложения в оборотные средства строительно-
монтажных организаций, руб/год.
Для вариантов с меньшей продолжительностью возведения и
строительства объектов в необходимых случаях учитывается воз-
* Под сметно-расчетной стоимостью конструкций в деле понимается стои-
мость, определенная при ряде исходных данных, отличных от тех, которые зало-
жены в сметных ценах или нормах.
10—2411
281
можный экономический эффект от сокращения сроков ввода про*
изводственных объектов в действие и выпуска дополнительного
количества продукции.
Сметная (сметно-расчетная) стоимость конструкций в деле
( Сем) применительно к сборным конструкциям может быть пред-
ставлена в следующем виде:
Сси=(Спр+//)^.у^,л=[(Ск.з+С1)А'3.с+Сс6+Су+Со+//]^.уА-п„
(18.3)
где Сдр — прямые затраты, руб.; Н—накладные расходы, руб.;
Кэ.у — коэффициент, учитывающий удорожание работ при произ-
водстве их в зимнее время (при сравнении конструкций из дерева
и пластмасс К3.у=1,0); Кил — коэффициент, учитывающий плано-
вые накопления (Кпл=1,06); Ск,3— заводская стоимость конструк-
ций (стоимость изготовления), руб.; Ст — затраты на транспорти-
ровку конструкций от завода-изготовителя до строительной пло-
щадки и разгрузку, руб.; К3.о — коэффициент, учитывающий
заготовительно-складские расходы (для конструкций из дерева и
пластмасс К3.с=1,02); ССб, Су, Со — соответственно стоимость
укрупнительной сборки, установки и окраски конструкций, руб.
При определении сметной стоимости накладные расходы при-
нимают в процентах от прямых затрат (для конструкций из дере-
ва и пластмасс этот процент можно принять равным в среднем
16,5, т. е. /7=0,165 Спр).
В целях учета различий в трудоемкости конструкций из дере-
ва и пластмасс рекомендуется определять накладные расходы в
зависимости от затрат на основную заработную плату С0.3 и эк-
сплуатацию строительных машин С3.м по формуле
Я=0,7(Со.3+Сэ.м).	(18.4)
Затраты на укрупнительную сборку, установку и окраску кон-
струкций, а также на основную заработную плату и эксплуатацию
строительных машин могут быть определены по соответствующим
сборникам Единых районных единичных расценок или путем со-
ставления калькуляций.
Заводская стоимость конструкций или элементов, освоенных в
массовом производстве, может быть определена по соответствую-
щим прейскурантам оптовых цен или путем составления калькуля-
ций.
Расчетная величина заводской стоимости конструкции или эле-
ментов Ск.з может быть определена по формуле
Я‘Ск.з=(Со.м+^.0^.0) Кпа,	(18.5)
где С0.м — стоимость основных материалов (пиломатериалов, фа-
неры, составляющих клея и т. п.); руб.; Цз— затраты на основную
заработную плату, руб/чел-ч; Тт.о— трудоемкость основных тех-
нологических операций изготовления конструкций или элементов,
чел-ч; Кц.о — коэффициент, учитывающий цеховые и общезавод-
282
ские расходы; Кпл — коэффициент, учитывающий плановую при-
быль (для конструкций из дерева и пластмасс Кпл = 1,10).
Следует отметить, что величина Кц.о зависит от уровня меха-
низации и автоматизации производственных процессов. Чем этот
уровень выше, тем при прочих равных условиях меньше Тт.о и
больше Кц.о.
Факторы, влияющие на эффективность и области применения
строительных конструкций. На эффективность и области примене-
ния конструкций из различных материалов (технически возмож-
ные, экономически эффективные и рациональные, устанавливаемые
с учетом ряда ограничений) влияет большое число факторов, в
том числе: продолжительность функционирования объектов, усло-
вия эксплуатации, долговечность конструкций; пожароопасность
производств, степень огнестойкости конструкций; тип зданий и соо-
ружений и их объемно-планировочные параметры; технический
уровень и качество проектирования, изготовления, транспортиров-
ки и эксплуатации конструкций; гидрогеологические условия пло-
щадки, сейсмичность района строительства, климатические усло-
вия; состояние сырьевой и производственной базы, степень дефи-
цитности материальных, трудовых и финансовых ресурсов; уровень
себестоимости и цен на конструкции и материалы, условия их по-
ставки и транспортировки; санитарно-гигиенические и эстетические
свойства материалов и конструкций.
Эти факторы необходимо учитывать при разработке рекомен-
даций по областям и конструктивным формам рационального при-
менения конструкций из дерева и пластмасс как на ближайший
период, так и на перспективу.
Рассмотрим важность учета только одного фактора — измене-
ния уровня цен на сборные железобетонные и деревянные конст-
рукции по районам страны. Так, если в районах с высоким уровнем
цен на сборный железобетон и низким уровнем цен на де-
ревянные конструкции экономический эффект от применения де-
ревянных покрытий пролетом 18—24 м (с металлодеревянными
многоугольными брусчатыми фермами, дощатыми прогонами и
щитами) составляет 5—7 руб/м2 площади здания (например, Ар-
хангельская обл.), то в районах с низкой стоимостью сборного
железобетона (например, Калининградская обл.) применение
деревянных покрытий в нормальных условиях эксплуатации вместо
сборных железобетонных конструкций экономически не эффек-
тивно.
Только из анализа влияния одного этого фактора ясно, что в
первую очередь следует рекомендовать применение деревянных
конструкций в лесоизбыточных и близко примыкающих к ним рай-
онах с низким уровнем цен на пиломатериалы и деревянные кон-
струкци и относительно высоким уровнем цен на сборный желе-
зобетон. Соответственно надо размещать и предприятия по про-
изводству деревянных конструкций.
10*
283
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Перечислите основные операции при построечном изготовлении деревян-
ных конструкций.
2.	Назовите основные требования, которые должны быть соблюдены при
заводском изготовлении клееных конструкций.
3.	Каким требованиям' должны отвечать лесоматериалы, применяемые в
клееных конструкциях?
4.	Перечислите основные технологические операции при изготовлении кле-
еных деревянных конструкций и трехслойных панелей.
5.	Назовите способы сушки лесоматериалов и дайте их краткое описание.
6.	Как приготовляют синтетический клей и каковы особенности обращения
с ним?
7.	Перечислите способы запрессовки и назовите применяемое оборудование.
8.	Какие показатели материалов контролируются в процессе заводского из-
готовления конструкций и каким образом?
9.	В чем заключается особенность работы конструкции при ее подъеме?
10.	Как оценивается эффективность применения конструкций из дерева в
пластмасс?
Глава 19
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И УСИЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
§ 19.1. Эксплуатация деревянных конструкций
Деревянные конструкции должны 'надежно работать в течение
всех сроков их нормальной эксплуатации, установленных СНиПом
для капитальных сооружений — 50 лет, сельскохозяйственных по-
строек— 20 и для временных зданий—10 лет. Доброкачественно
изготовленные и эксплуатируемые в нормальных условиях деревян-
ные конструкции могут надежно работать значительно дольше
этих сроков. Нормальными условиями эксплуатации являются та-
кие, при которых деревянные конструкции не повреждаются, наг-
рузки, действующие на них, не превосходят их несущей способно-
сти, а температура и влажность не превышают допустимых. При
нарушении этих условий деревянные конструкции могут прежде-
временно потерять свою несущую способность и жесткость.
Тщательный осмотр деревянных конструкций должен быть про-
изведен при приемке их в эксплуатацию и в дальнейшем повто-
ряться периодически, не реже одного раза в год. При этих осмот-
рах должны .быть установлены и занесены в дефектную ведомость
все дефекты изготовления и нарушения нормального режима экс-
плуатации конструкций. В процессе осмотра главное внимание
должно быть обращено на основные факторы, влияющие на не-
сущую способность конструкции: отклонение размеров элементов
от проектных; наличие серьезных повреждений и недопустимых по-
роков древесины; отклонение размеров и количества соединений
от проектных; наличие неправильно выполненных и разошедшихся
соединений; наличие перегрузки конструкций и недостаточного
горизонтального их закрепления; наличие недопустимых прогибов
и выхода из плоскости; 'нарушение нормального температурно-
284
влажностного режима; недостаточную влагопаротеплоизоляцию;
наличие зон увлажнения, перегрева и очагов загнивания древе-
сины.
Отклонение размеров элементов от проектных, наличие серь-
езных повреждений и недопустимых пороков древесины могут при-
вести к несоответствию несущей способности конструкции дейст-
вующим на них нагрузкам. При осмотре особое внимание должно
быть обращено на размеры и качество основных растянутых эле-
ментов конструкций, несущая способность которых особенно за-
висит от наличия повреждений и недопустимых пороков древеси-
ны. При обнаружении указанных дефектов производится пове-
рочный расчет конструкции с учетом этих дефектов. Если выявит-
ся, что конструкции имеют недопустимую несущую способность,
величины действующих на них нагрузок должны быть строго
ограничены или конструкции усилены в соответствии с указания-
ми § 19.2.
В процессе эксплуатации конструкции из древесины повышен-
ной влажности в элементах при высыхании могут возникнуть про-
дольные усушенные трещины. В большинстве случаев они незна-
чительно снижают несущую способность элементов. Если они до-
стигают нежелательной величины, их ликвидируют, вклеивая в
них клиновидные вкладыши соответствующего размера на водо-
стойком клее.
Отклонение размеров и количества соединений от проектных,
а также наличие неправильно выполненных и разошедшихся сое-
динений требуют к себе при осмотрах особого внимания, посколь-
ку состояние соединений в значительной степени определяет не-
сущую способность конструкции. В первые годы эксплуатации
конструкций происходит процесс обмятия нагруженных поверхно-
стей соединений, а в конструкциях, изготовленных из древесины
повышенной влажности,—также усушка, уменьшение размеров
элементов. В результате этого плотность и монолитность соедине-
ний могут быть нарушены, болты и тяжи могут потерять первона-
чальное натяжение, появляются щели и зазоры между соединяе-
мыми элементами. Ослабевшие болты и тяжи должны быть под-
тянуты и первоначальная плотность обязательно восстановлена.
При наличии более серьезных и опасных для несущей способности
дефектов соединений они усиляются в соответствии с указаниями
§ 19.2. Необходимо учитывать, что в большинстве случаев причи-
нами аварийного состояния некоторых деревянных конструкций
были неудовлетворительное качество соединений, наличие перег-
рузки конструкций и их недостаточного горизонтального закреп^
ления, наличие недопустимых прогибов и выхода из плоскости.
Перегрузка конструкций, особенно постоянной нагрузкой, значи-
тельно снижает надежность их работы и сроки их нормальной ра-
боты, поскольку длительная прочность древесины значительно ни-
же кратковременной. При осмотрах необходимо строго следить,
чтобы фактические действующие на конструкции нагрузки не пре-
вышали проектных. Недопустимые перегрузки могут возникнуть
285
в случае применения более тяжелого утеплителя, при установке
на перекрытии оборудования, укладке материалов, возникновении
на покрытиях снеговых или ледяных отложений, масса которых
превышает несущую способность конструкций. Показателем пе-
регрузки является возникновение недопустимых прогибов конст-
рукций.
При наличии перегрузки необходимо проведение проверочного
расчета конструкций на действие фактических нагрузок. Если при
этом будет установлено, что несущая способность конструкций
недостаточна, величины нагрузок должны быть ограничены. Од-
ним из эффективных^ способов ликвидации перегрузки является
замена утеплителя, имеющего значительную объемную .массу, бо-
лее легким, например изготовленным на основе изделий из мине-
ральной ваты и пенопластов. В случаях, когда ликвидация пере-
грузки невозможна, конструкции должны быть усилены в соответ-
ствии с указаниями § 19.2.
Выход конструкций из вертикальной плоскости свидетельст-
вует о недостаточной прочности их связей, которые должны быть
усилены по специальному проекту.
Температурно-влажностный режим имеет 'решающее значение
для долговечности деревянных конструкций, поскольку его нару-
шение ведет к увлажнению и загниванию или перегреву и ослаб-
лению древесины. При осмотрах особое внимание должно уделять-
ся сохранности и водонепроницаемости кровли, особенно в ендовах,
протекание которой является одной из главных причин увлажне-
ния древесины. В местах соприкосновения с бетоном и камнем
должны быть проверены сохранность гидроизоляции и отсутст-
вие конденсационного увлажнения древесины. Особое внимание
должно быть обращено на наиболее подверженные конденсацион-
ному увлажнению основные узлы конструкций, опирающиеся на
наружные стены. В зонах влажности должно быть -’ проверено
наличие очагов гниения. Для обнаружения внутренних очагов
гниения элементы конструкций могут просверливаться. Все причи-
ны увлажнения древесины должны быть устранены. Водо- и тепло-
изоляционные слои покрытий и пароизоляционные участки в ме-
стах нарушений должны быть восстановлены, загнившие участки
древесины удалены и заменены.
Части деревянных конструкций, подвергающиеся повышенному
нагреву, должны быть изолированы от очагов недопустимого на-
грева.
§ 19.2. Усиление деревянных конструкций
Усиление деревянных конструкций необходимо при: изменении
начального технологического режима эксплуатации; значительном
возрастании нагрузки от оборудования и материалов; превыше-
нии несущей способности конструкций; допущении серьезных
ошибок при проектировании, в результате которых несущая спо-
собность конструкций оказалась пониженной; недоброкачествен-
286
ных конструкциях, когда была применена древесина пониженной
прочности с недопустимыми пороками или соединения' выполнены
с нарушением технологии и опасными дефектами; эксплуатации
конструкций в ненорм-альных условиях; значительных перегрузках,
увлажнении, механических повреждениях, загнивании, приведших
к снижению их несущей способности.
Наиболее часто встречаются случаи недоброкачественного из-
готовления и ненормальной эксплуатации конструкций.
Составление проекта усиления является первым этапом работ
выполняют на основании данных
по усилению конструкций. Его
дефектных ведомостей, состав*
ленных в процессе осмотра —
обследования конструкций, со-
провождаемых их точными об-
мерами, Прочность древесины
усиляемых конструкций долж-
на быть определена путем ис-
пытаний стандартоых образ-
цов, вырезанных из ненагру-
женных частей конструкций.
Обычно достаточно провести
простейшие испытания образ-
цов на сжатие вдоль волокон.
Проект усиления должен учи-
тывать все особенности экс-
плуатации конструкций, со-
держать рабочие чертежи де-
талей усиления и указания по
производству работ. В проек-
те должны быть указания по
антисептирЪванию древесины
конструкций и рекомендации
по их эксплуатации, а также
предусмотрены мероприятия
по технике безопасности.
Рис. 19.1. Вывешивание конструкции:
1 — временные стойки; 2 *— поперечина; 3 —
гвозди; 4 — бобышка; 5 — клинья из твердой
древесины
Разгрузка конструкций является первым необходимым этапом
производства работ по усилению. При этом исключается опасность
обрушения, обеспечиваются необходимая безопасность работ по
усилению и включение в работу элементов усиления наравне с
основными элементами конструкций после их обратного нагруже-
ния. Разгрузку производят в большинстве случаев путем подпира-
ния или вывешивания конструкций временными стойками из бре-
вен или брусьев, при помощи клиньев (рис. 19.1) или домкратов,
на которые передается вся нагрузка, действующая на конструкцию,
включая их собственную массу. При подпирании конструкции
поднимаются до такого положения, когда их прогиб исчезает.
При усилении опорных частей цельных балок можно ограни-
читься одиночными стойками, подведенными под балки близ их
опор. При усилении составных балок, ферм, арок и рам они долж«
287
ны быть подперты рядом стоек. Количество и размеры сечений
стоек зависят от пролета и нагрузки на конструкции и определя-
ются по расчету.
Фермы, арки и рамы рекомендуется подпирать стойками двой-
ного -сечения -с ветвями, располагаемыми по обе стороны конструк-
ций, в фермах близ узлов верхнего пояса. Стойки чаще устанав-
ливают на парные, горизонтально положенные, острые широкие
клинья из твердой древесины, встречная забивка которых позво-
ляет поднимать стойки вместе с
Рис. 19.2. Усиление концов балок пе-
рекрытий:
а — нижний протез; б — верхний протез;
в — расчетная схема; 1 — балка; 2 — сталь-
ная накладка; 3 — болт
конструкциями. При необходимо-
сти подъема конструкций на зна-
чительную высоту применяют
винтовые домкраты. В некоторых
случаях для временного вывеши-
вания высоко расположенных
конструкций могут быть исполь-
зованы в качестве временных
опор-стоек мостовые краны.
В тех случаях, когда покрытие
имеет слой тяжелого утеплителя,
например шлака, который по про-
екту усиления должен быть за-
менен на более легкий, следует
произвести снятие утеплителя до
начала усиления конструкций.
После окончания работ по усиле-
нию стойки убирают, причем сня-
тие с них нагрузок должно про-
изводиться постепенно, без рыв-
ков.
Конструкции усилений в каж-
дом отдельном случае имеют ин-
дивидуальный характер и опре-
деляются типом и размерами
усиляемой конструкции и причинами, вызвавшими необходимость
усиления. Приведем наиболее часто встречающиеся случаи, когда
необходимо усиление конструкций, и наиболее эффективные реше-
ния усиления.
Усиление балочных покрытий и перекрытий в случае их пере-
грузки, когда они не имеют никаких дефектов, наиболее целесооб-
разно произвести путем уменьшения действующих на них нагру-
зок. Для этого можно поставить дополнительные балки рядом или
в промежутке между существующими. Такой же эффект дает за-
мена утеплителя или засыпки на более легкие.
Усиление опорных частей прогонов и балок, опертых на наруж-
ные стены и пораженных гниением, производят следующим обра-
зом (рис. 19.2). После подпирания балки близ опоры пораженный
гниением конец отрезают и сжигают. Удаленный конец балки за-
меняют новым металлическим или деревянным, называемым иног-
288
да протезом. Металлический протез состоит из отрезков стального
швеллера или двух уголков, которые прикрепляются к концу балки
двумя болтами, а между металлом и древесиной прокладывается
слой гидроизоляции.
Расчет металлического протеза производят на изгиб от дейст-
вия изгибающего момента, который определяют в зависимости от
величины опорной реакции балки 7? и расстояния от оси опоры
до первого болта а из выражения M=Ra.
Один из болтов — второй от опоры, если протез расположен
внизу, и ближайший к опоре, если протез расположен вверху, яв-
ляется растянутым. Он рассчитывается *на растяжение, шайба на
изгиб, а древесина на смятие от действия усилий AG в первом и
TV2 во втором болте, определяемых с учетом расстояния b между
ними по формуле
N^Ra/b; N2=R(a+b)/b.
Отрезанный конец дощатой балки можно заменить также дву-
мя дощатыми накладками. Их прибивают к балке двумя группа-
ми гвоздей, причем первая .
°/	1
группа располагается у кон-
ца балки на расстоянии а
от оси опоры, а вторая — на
расстоянии b от первой груп-
пы. Количество симметрич-
но изгибаемых двухсрезных
гвоздей определяют в зави-
симости от величины усилий
TVi и Л^2« Если позволяют га-
бариты перекрытия, то ко-
нец балки может быть уси-
лен деревянным брусом, рас-
положенным выше или ни-
же усиляемой балки и со-
единенным с ней болтами,
Рис. 19.3. Усиление составных балок:
а — усиление фанерными обшивками: б — усиление
дощатыми перекрестными обшивками; / — балка]
2 — фанера строительная; 3 — доски тонкие; 4 —
гвозди
расчет которых производят
так же, как расчет болтов металлического протеза.
Усиление составных балок (.рис. 19.3). Наиболее часто встре-
чается такой дефект составных балок, как недостаточное количе-
ство или неудовлетворительное качество соединений, не обеспечи-
вающее совместную работу элементов балок. В балках на подат-
ливых соединениях может быть поставлено недостаточное количе-
ство гвоздей, дубовых пластинок или может произойти скалывание
древесины шпонок или колодок. В клееных балках может иметь
место недостаточная прочность клееных соединений или имеются
недопустимые непроклейки.
Усиление дощато-гвоздевых балок после их вывешивания про-
изводят путем дополнительной забивки гвоздей.
Усиление брусчатых и дощатоклееных балок после их подпи-
рания производят с помощью накладок. С обеих сторон к балке
289
по всей длине прибивают гвоздями полосы водостойкой фанеры
толщиной не менее 10 мм. Такие гвозди не должны попадать в ще-
ли между брусьями или досками, поэтому забивать их следует по
шаблону. Фанерные обшивки и гвозди должы быть рассчитаны на
действие парных сдвигающих усилий Тц = 1,5А15// от поперечных
сил, действующих на по-
ловине длины пролета
балки (см. § 11.3). Тре-
буемое количество несим-
метрично изгибаемых од-
носрезных гвоздей опре-
деляют по их несущей
способности при игзибе и
смятии фанеры по форму-
лам § 6.3. При проверке
сечения усиленной балки
на нормальные напряже-
ния сечение фанерных об-
шивок мо5кет быть учте-
Рис. 19.4. Усиление дефектного участка растя-
нутого нижнего пояса фермы стальными тя-
жами:
1 — стальные тяжи; 2 — болты; 3 — уголковые травер-
сы; 4 — деревянные накладки
Рис. 19.5.
1 — ферма;
Усиление нижнего пояса фермы
стальными затяжками:
2 — стальные затяжки; 3 — хомут; 4 —
опорная траверса
но с коэффициентом, рав-
ным отношению модулей
упругости фанеры и дре-
весины Еф/Ед. Должны
быть учтены также коэф-
фициенты податливости
соединений Kw и /Сж. При
отсутствии водостойкой
фанеры для этой цели
может служить двойная
перекрестная обшивка из
тонких досок/7, прибивае-
мых гвоздями.
Усиление нижних поя*
сов ферм. Нижние дере-
вянные пояса ферм чаще
других стержней нуждаются в усилении. Они являются самыми
ответственными растянутыми элементами конструкций. Однако в
практике строительства их иногда изготовляют из древесины несо-
ответствующей категории качества с недопустимыми пороками.
В этом случае они требуют обязательного усиления, местного или
общего. Местное усиление применяют в тех случаях, когда недо-
пустимые дефекты концентрируются в отдельных точках пояса.
Усиление в этом случае производят путем установки в этих точках
дощатых накладок на болтах. Площадь сечения накладок прини-
мают не меньше,, чем площадь сечения усиляемого элемента. В не-
которых случаях для уменьшения податливости соединения приме-
няются натяжные стыки из отдельных дощатых накладок на бол-
тах стянутых стальными тяжами с гайкой и уголковыми травер-
сами (рис. 19.4). Растягивающее усилие находят как расчетную
290
несущую способность нижнего пояса, ослабленного отверстиями
для болтов, из выражения N=FRP.
Общее усиление нижнего пояса (рис. 19.5) применяют в тех
случаях, когда он имеет по длине многочисленные дефекты, и вы-
полнение местных усиление нецелесообразно. В этом случае вдоль
всего нижнего пояса ставят с боков два тяжа из арматурной стали,
которые при помощи гаек крепят к поперечным траверсам из про-
катного металла, опирающимся на опорные узлы фермы. Во из-
бежание провисания тяжи укладывают на крючья, прикрепленные
к нижнему поясу фермы.
Стальные тяжи рассчитывают
на полное растягивающее уси-
лие, которое может возник-
нуть в нижнем поясе фермы.
В случае разрыва пояса все
усилие растяжения восприни-
мается тяжами усиления. Се-
чение тяжей подбирается с
учетом их ослабления нарез-
кой. Опорные траверсы обычно
Рис. 19.6. Усиление опорного узла фер-
мы стальным протезом:
1 — стальной протез из швеллеров; 2 — диаф-
рагма; 3 — ферма; 4 — болты; 5 — сварной шов
имеют сварное сечение и рас-
считываются на изгйб, как од-
нопролетные балки, опираю-
щиеся на гайки тяжей и нагру-
женные усилием в нижнем по-
ясе фермы. Для включения в работу нижнего пояса тяжи при ус-
тановке натягивают до величины расчетного усилия.
Усиление верхних поясов ферм. Сжатые и сжато-изгибаемые
стержни верхних поясов ферм, имеющие составное сечение, в ряде
случаев при недостаточном количестве или качестве соединений
теряют проектную форму и выходят из своей плоскости. Их усиле-
ние заключается в установке рядом с ними, со стороны, противо-
положной выпучиванию, дополнительного бруса на болтах, пре-
пятствующего росту прогибов. Можно также путем натяжения
этих болтов или при помощи домкрата предварительно выпрямить
элемент.
Сжато-изогнутые элементы конструкций, прогибающиеся в на-
правлении изгиба, усиляют двусторонними фанерными или доща-
тыми обшивками на гвоздях, аналогично составным балкам.
Усиление опорных узлов ферм (рис. 19.6). Опорные узлы ферм,
опирающиеся на наружные стены, нередко систематически увлаж-
няются и подвергаются серьезным гнилостным поражениям. Это
ставит под угрозу несущую способность всей конструкции. Усиле-.
ние дефектных опорных узлов производят путем замены их сталь-
ными, называемыми протезами. После того как ферма полностью
разгружена и стоит на подпорках, дефектный опорный узел отре-
зается.
Новый опорный узел — протез — в большинстве случаев изго-
товляют из прокатной стали сварной конструкции. Он может со-
291
стоять из двух горизонтальных и двух наклонных швеллеров, рас-
ставленных на ширину сечений поясов фермы. К горизонтальным
швеллерам приваривают опорный лист. Между наклонными швел-
лерами приваривают стальную диафрагму. Верхний пояс фермы
вводится между наклонными швеллерами протеза, упирается тор-
цом в диафрагму и закрепляется монтажными болтами. Нижний
пояс фермы вводится между
Рис. 19.7. Усиление конструкции стальными
тяжами (подпружной цепью):
1 — конструкция; 2 — опорная траверса; 3 — тяжи
ва стальной арматуры; 4 — промежуточная опора
конструкции
горизонтальными швеллера-
ми и соединяется с ними
двумя рядами расчетных
болтов.
Элементы этого стально-
го протеза работают на мак-
симальные усилия растяже-
ния и сжатия в опорных па-
нелях верхнего и нижнего
поясов фермы. Наклонные
швеллеры работают на сжа-
тие и устойчивость, горизон-
тальные— на растяжение, а
упоры — на изгиб со значи-
тельными запасами прочно-
сти, так как их сечения при-
нимаются по конструктив-
ным соображениям из усло-
вия расстановки болтов
большими, чем требуется
расчетом. Торец верхнего по-
яса, упертый в диафрагму,
работает на смятие от сжи-
мающего усилия вдоль волокон, как правило, с избыточным запа-
сом прочности. Требуемое количество симметрично изгибаемых
двухсрезных болтов, которыми нижний пояс крепится к горизон-
тальным швеллерам, определяют по величине растягивающего в
нем усилия (см. гл. 6).
В случае, когда требуется усиление всего нижнего пояса фер-
мы, включая опорные узлы, его производят путем установки таких
же стальных протезов с дополнительными деталями, необходимы-
ми для закрепления и натяжения двусторонних тяжей усиления
пояса.
Усиление конструкции в целом (рис. 19.7) производят при мно-
гочисленных дефектах и недостаточной общей несущей способно-
сти. Конструкции таких усилений всегда строго индивидуальны. Во
многих случаях достаточно эффективным является усиление кон-
струкции стальными тяжами с нарезками и гайками на концах.
Такие тяжи могут вводиться в состав решетки ферм в виде допол-
нительных растянутых раскосов или стоек. Они могут образовы-
вать непрерывные дополнительные растянутые пояса, так называе-
мые подпружные цепи, тянущиеся от одной опоры до другой. В про»
292
лете подпружные цепи могут быть опущены при помощи допол-
нительных стоек значительно ниже нижней кромки конструкции.
При этом общая высота конструкции увеличивается и соответствен-
но усилия сжатия в ее верхнем поясе существенно уменьшатся.
Усиление дефектных гибких арок может быть произведено пу-
тем установки ниже их дополнительной решетки, благодаря чему
арка превращается в значительно более жесткую сегментную фер-
му. В случаях, когда дефекты конструкции настолько серьезны,
что ее усиление нецелесообразно, конструкцию удаляют и заменя-
ют новой.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.	Какие дефекты следует отмечать в первую очередь при приемке конст’
рукции?
2.	Когда и в каких случаях необходимо производить осмотр деревянных
конструкций?
3.	На какие основные факторы следует обращать внимание в первую оче-
редь при осмотре конструкции и почему?
4.	В каких случаях деревянные конструкции требуют усиления?
5.	Что должно содержаться в проекте усиления?
6.	Для чего требуется разгрузка конструкций при усилении и как она про-
изводится?
7.	Как усиливаются дефектные опорные части балок и прогонов и как рас-
считывается усиление?
8.	Как усиливаются дефектные опорные части балок и прогонов и как рас-
считывается усиление?
9.	Как усиливаются составные балки при дефектных соединениях и как рас-
считывается усиление?
10.	Как усиливаются нижние пояса ферм и как рассчитывается это усиление?
11.	Как усиливаются верхние пояса ферм?
12.	Как усиливаются дефектные опорные узлы ферм и как рассчитывается
гакое усиление?
13.	Как усиливаются конструкции в целом?
Приложение 1
ND
CD
ПРИЛОЖЕНИЯ
Соотношение между некоторыми единицами механических величин СИ и единицами системы МКГСС
Наименование величины	СИ		В системе МКГСС		Соотношение единиц
	наименование	обозначение	наименование	обозначение	
Масса	Килограмм	кг	Килограмм-	КГ	
Сила (нагрузка, вес, продольная и поперечная силы)	Ньютон Килоньютон Меганьютон	Н кН Мн	Килограмм-сила Тонна-сила	КГС тс	1 Н=1 кг-1 см/с2 1 МН=103 кН=106 Н; 1 кгс=9,8 1 Н~10 Н; 1 тс~104 Н=10 кН
Момент силы (изгиба- ющий момент)	Ньютон-метр Килоньютон- метр Меганьютон-метр	Н-м кН-м МН-У	Килограмм-сила- сантиметр Килограмм-сила- метр Тонна-сила-метр	КГС•см кгс-м тс-м	1 МН-м=103 КН-м = 106 МН-м; 1 кгс-см~0,1 Н-м; 1 кгс-м ~ 10 Н-м; 1 тс-м ~ 104 Нм= 10 кН-м
Давление (напряжение, нормативное и расчетное сопротивления, модули упругости и сдвига)	Паскаль Килопаскаль Мегапаскаль	Па кПа МПа	Килограмм-сила на сантиметр в квадрате	кгс/см2	1 МПа=103 кПа = 106 Па, 1 Па=1 Н/м2; 1 МПа~ 10 кгс/см2; 1 кгс/см2 ~ 0,1 МПа
Примечания: 1. При расчете строительных конструкций нагрузку вычисляют в ньютонах (Н). В зависимости от харак-
тера нагрузка может быть сосредоточенной (Н), отнесенной к единице длины (Н/м) или единице площади (Н/м2).
2.	Геометрические характеристики сечений элементов удобно вычислять в См2, см3 или см4 с последущим их пересчетом
соответственно в м2, м3, м4.
3.	Усилия при статическом расчете могут быть вычислены в любой кратной единице: продольная и поперечная сила — в
Н; изгибающие и крутящие моменты — в Н-м рГли МН-м. Однако при вычислении напряжений и последующем их сравне-
нии с расчетным сопротивлением следует придерживаться кратных единиц, принятых для обозначения расчетного сопротив-
ления. Так, если расчетное сопротивление задано в МПа, то в формулу для вычисления напряжений представляют усилия
в МН и МН-м, а геометрические характеристики — в м2, м3 и м4.
4.	При вычислении прогибов в метрах нагрузку принимают в МН/м, пролет — в м, модуль упругости — в МПа, а момент
инерции — в м4.
Приложение 11
Таблица 1
Рекомендуемый сортамент пиломатериалов
Толщина, мм	Ширина, мм						
16	100	130					
19	100	130	—	180	—		1 
25	100	130	150	180	—		
32	100	130	150	180	——	—	
40	100	130	150	180	—	—	
50	100 .	130	150	180			
60	100	130	150	180	200	220	
75'	100	130	150	180	200	220	
100	100	130	150	180	200	220	
130	——	130	150	180		—	•—
150		—	150	180	200	  	—
180						Ш	—	220	
200	— 	—	— »		200	II 1,1	 
220	—	—	—	—	—	—	250
250	—		—	—	—	— 	250
Таблица 2
Рекомендуемый сортамент строительной фанеры
Длина, мм .......	* . » • .	.	1525	1525	6; 7; 8; 9
Ширина, мм ............  .	.	1525	1220	6; 7; 8; 9
Толщина, мм . . . ........... 1525	725	10; 12
Приложение III
Таблица 1
Физико-механические свойства стеклопластиков
Показатель	Стеклопластик поли- эфирный листовой	АГ-4С
Плотность, кг/м3 Временное сопротивление, МПа, при:	1400—1500	1700—1900
растяжении	60—110	500
сжатии	100—200	—-
изгибе	130—160	250
Модуль упругости (кратковремен- ный), МПа	6000—10 000	18 500
Светопропускание, %	До 85	0
Водопоглощение, %	0,3—1	0,2
Содержание стекловолокна, %	20—29	70
Стекловолокно	Рубленый	Стеклонити
Связующее	Полиэфирное	Феноло-формаль- дегидное Р-2
295
Таблица 2
Физико-механические свойства пенопластов
Показатель	ПСБт		ПС-4	ПХВ-1	ФРП-1	ПУ-101
Плотность, кг/м3 Временное сопро- тивление, МПа, при:	40-50	60—70	40	100	100	50
растяжении	0.38	0,44	0,65	1,9—3,3	0,42	1,0
сжатии	0,29	0,45	0,28	0,8—1,1	0,52	0,2
сдвиге	0,16	0,65	0,37	0,6—0,7	0,22	
Модуль упруго- сти (кратковремен- ный), МПа	20,8	33,0	24,0	60,0—100,0	15	
Модуль сдвига (кратковремен- ный), МПа	5,0	11,5	22,0	18,0—20,0	11	
Теплостойкость, °C	60	60	65	60	130	120—170
Т ехно логические особенности	Беспрессовый		Прессо- вый	Прессовый	Беспрес- совый, заливоч- ный	Беспрес- совый, заливоч- ный
Таблица 3
Физико-механические свойства органического стекла и винипласта
(при температуре 20° С)
Показатель	Органическое стекло	Винипласт
Плотность, кг/м3	1180	1400
Временное сопротивление, МПа, при:		
растяжении	55	550
сжатии	80	750
изгибе	100	850
Модуль упругости (кратковременный), МПа	2800	28 000
Светопропускание, %	До 92	До 80
Водопоглощение, %	0,3	—
Теплостойкость, град	60	60
296
Приложения JP
Т а блица 1
Расчетные сопротивления R древесины сосны и ели
Вид напряженного состояния и характеристика элементов
Изгиб /?и:
а)	все элеметны, кроме указанных в пп. «б> и «в»
б)	элементы прямоугольного сечения с размерами сто-
рон 14 см и более и высоте сечения до 50 см (/пИ1=1,15)
в)	элементы ив круглых лесоматериалов, не имеющих
врезок в расчетном сечении (ти2=1,25)
Растяжение вдоль волокон /?Р:
а)	элементы, не имеющие ослабления в расчетном се-
чении
б)	элементы, имеющие ослабление в расчетном сечении
(тр=0.8)
Сжатие и смятие вдоль волокон RCt Rcm
Сжатие и смятие Поперек волокон Ясэо, Ясм9о:
а)	по всей поверхности
б)	в опорных плоскостях конструкций (тсм1 = 1,33)
в)	в лобовых врубках (/Ис м2 =1,65)
г)	под шайбами при углах смятия от 90 до 60е (тсмз=
=2,2)
Скалывание вдоль волокон при изгибе и в соединениях для
максимального напряжения (дпск=2) Rc«
. Скалывание поперек волокон для максимального напряже-
ния (Шск = 2) #СК9О
Расчетное сопро-
тивление, МПа
13
15'
16
10
8
13
1,8
2,4
3
4
2,4
1.2
Примечание. При пересчете в кгс/см2 величины R нужно увеличить в
10 раз.
».	Таблица 2
Переходные коэффициенты тж к расчетным сопротивлениям древесины
некоторых пород по отношению к сосне и ели
Породы древесины	Коэффициент шп для сопротивлений		
	изгибу и растяже- нию, сжатию и смятию вдоль волокон	сжатию итсмятию поперек волокон	скалыванию вдаль и поперек волокон
Хвойные			
Лиственница	1,2	1,2	1,0
Кедр сибирский	0,9	0,9	0,9
Пихта	0,8	0,8	0,8
Твердые лиственные			
Дуб	1,3	2,0	1,3
Береза, бук	1,1	1,6	1,3
Мягкие лиственные			
Липа	0,8	1,3	1,1
Осина	0,8	1,0	0,8
			297
Таблица Э
Коэффициенты условия работы тн конструкции при воздействии
кратковременных (ветровой и монтажной и сейсмической) нагрузок
Коэффициент
н
Нагрузка
для всех видов сопротив-
ления, кроме смятия
поперек волокон
Ветровая
Монтажная (кроме указанной в
п. 4)
Сейсмическая
для смятия поперек
волокон /?см 90
1,4
1,4
1,6
Коэффициенты тгн для гнутых элементов
Таблица 4
Коэффициент m при отношении rv/a
Вид напряженного состояния элементов	125	150	200	4 250	500 и более
Сжатие И изгиб (Яс, Ян)	0,7	0,8	0,9	1,0	1,0
Растяжение (Яр)	0,5	0,6	0,7	0,8	1,0
Таблица 5
Расчетное сопротивление R& строительной фанеры
Вид фанеры	Расчетные сопротивления, МПа				
	растяжению Яф.р	сжатию *ф.с	изгибу *ф.и	скалыванию '^ф.ск?	срезу ^ф.сР
Фанера клееная березо- вая марок ФСФ и ФК сорта В/ВВ: а) семислойная толщи- ной 8 мм и более:					
вдоль волокон на- ружных слоев	13	10	16	0,6	6 “а
поперек волокон наружных слоев б) пятислойная толщи- ной 5—7 мм:	7	7	5	0,8	6,5
вдоль волокон на- ружных слоев	13,5	11	16	0,6	5
поперек волокон наружных слоев Фанера бакелизирован- ная марок ФБС и ФБСВ толщиной 7 мм и более:	6	6	2,5	0,8	6
вдоль волокон на- ружных слоев	32	28	33	1,8	11
поперек волокон наружных слоев	24	23	25	1,8	12
298
Таблица 6
Модуль упругости Еф, модуль сдвига и коэффициенты Пуассона рф
строительной фанеры в плоскости листа
Вид фанеры	^ф» МПа	Оф, МПа	Р-ф
Фанера клееная березовая марок ФСФ и ФК сорта В/ВВ: а) семислойная толщиной 8 мм и более:			
вдоль волокон наружных слоев	8 500	750	0,07
поперек волокон наружных слоев б) пятислойная толщиной 5—7 мм:	7000	750	0,06
вдоль волокон наружных слоев	9500	750	0,07
поперек волокон наружных слоев Фанера бакелизированная марок ФБС и ФБСВ толщиной 7 мм и более:	6000	750	0,06
вдоль волокор наружных слоев	15000	1400	~	0,075
поперек волокон наружных слоев	11000	1400	0,06
Таблица 7
Расчетные сопротивления в МПа основных конструкционных пластмасс
Наименование материала	Вид напряженного состояния			
	растяжение	изгиб R И	сжатие Rc	срез (сдвиг) /?ср
Стеклопластик полиэфирный лис-	15	15	15	9
товой Стеклопластик АГ-4	220	ПО	90	
Стекло органическое	15	25	20	14
Винипласт листовой ВН	14	20	14	8,5
Полистирольный пенопласт: ПСБт при плотности, кг/м3: 40	0,04		0,04	
60	0,06	—	0,06	
ПС-4 при плотности 40 кг/м3	0,08	—	0,05	0,045
Поливинилхлоридный пенопласт	0,3	—	0,15	0,14
ПХВ-1 при плотности 100 кг/м3 Феноло-формальдегидный	пено-	0,02	 	0,03	0,02
пласт марок ФРП-1, ФП-1 при плот- ности 60 кг/м3 Воздухонепроницаемые тканив У-92 по основе	2350			
по утку	1050		—	
У-93 по основе	1280	-	- —	
по утку	830	——	—	——
299
Продолжение табл. 7
	Вид напряженного состояния			
Наименование материала •	растяжение	изгиб Р и	сжатие %*	срез (сдвиг)йср
№ ПО Ф по основе по утку	54 25	—	—	—
Примечания: 1. Для вычисления кратковременного расчетного сопро-
тивления можно воспользоваться формулой Якр=/?/ядл.
2. Значения &дл для этого случая могут быть приняты следующими: для
АГ-4 — 0,6; для органического стекла, винипласта и полиэфирного стеклопласти-
ка—0,4; для пенопластов — 0,3; для воздухонепроницаемых тканей — 0,3.
Таблица 8
Модули упругости Е, модули сдвига G, коэффициенты Пуассона ц
и коэффициенты линейного расширения а конструкционных пластмасс
Наименование материала	Характеристики			
	Et МПа	О, МПа	и	а-10е, 1/град
Стеклопластик полиэфирный лис-	3000	—	0,4	25
ТОБОЙ Стеклопластик АГ-4С	15000		0,13	10
Стекло органическое	1400	—	—	—
Винипласт листовой	1600	—	*	—
Полистирольный пенопласт марок: ПСБт при плотности, кг/м3а 40	5	2		
60	8,5	2	—	—
ПС-4 при плотности 40 кг/м3	4	4	*	—
Поливинилхлоридный	пенопласт	20	11	—	—
ПХВ-1 при плотности 100 кг/м3 Феноло-формальдегидный пенопласт	4	3		
марок ФРП-1 и ФЛ-17 при плотности 60 кг/м3				
Таблица 9
Коэффициенты условия работы конструкционных пластмасс
в конструкциях, эксплуатируемых при повышенных .температурах (mt)
Наименование материала	Температура, °C			
	40		60	
	к расчетному сопротивлению	к модулям упругости и сдвига	к расчет- ному со- противле- нию	к модулям упругости и сдвига
Стеклопластик полиэфирный листо- вой (плоский и волнистый): при растяжении и сжатии при изгибе	0,60 0,40	0,60 0,40	—	——
300
Продолжение табл. 9
Наименование материала	Температура, вс5|			
	40		60	
	к расчетному сопротивлению	к модулям упругости и сдвига	к расчет- ному со- противле- нию	к-модулям упругости и сдвига ।
Стекло органическое	0,70	0,75	0,40	0,60
Винипласт листовой марок ВН и ВП	0,50	0,55	0,30	0,45
Полистирольный пенопласт марок ПСБ, ПСБ-С, ПСБт, ПСБ-Ст, ПС-4 Поливинилхлоридный пенопласт	0.80	0,80	0,60	0,50
	0.80	0,80	0,50	0,40
марки ПХВ-1				0,70
Феноло-формальдегидные пеноплас- ты марок ФРП-1, ФП-1	0,85	0,85	0,70	
				
Таблица 10
Коэффициенты условия работы конструкционных пластмасс
в конструкциях, эксплуатируемых при повышении влажности (tnw)
Наименование материала	Условия эксплуатации конструкции	
	при длительном увлажнении и_в воде	при длительном выдер живании в воздухе с относительной влажностью около 90%
' Стеклопластик полиэфирный листовой .(плоский и волнистый)	0,50	0,75
Стекло органическое	0,80	0,95
Винипласт листовой	0,90	1,00
Примечание. При эксплуатации в атмосферных условиях расчетное
сопротивление и модуль упругости стеклопластиков уменьшается соответствен-
но коэффициентами 0,75, 0,6о, а для южных районов — 0,85 и 0,80.
Таблица 11
Расчетные характеристики асбестоцемента с учетом длительного
действия нагрузки, МПа, согласно СН 265—63
Характеристика при направлении усилия	Марка асбестоцемента			
	200	250	300 •	350
Расчетные сопротивления				
Изгиб:				
вдоль волокон	9,1	11,4	14,6	17
поперек »	7,5	9,0	11,2	12,7
Растяжение:				
вдоль волоков	4,2	5,1	6,6	7,8
поперек »	3,4	4,1	5,1	5,9
301
Продолжение табл. 17
Характеристика при]|направлении усилия	Марка асбестоцемента			
	200	250	300	350
Сжатие и смятие	13,7	15,9	17,7	19,5
Срез перпендикулярно плоскости слоев	6,3	7,6	9,4	10,7
Срез по слоям	1,3	1,4	1,6	1,6
Физические характеристики
Модуль упругости
Модуль сдвига
Коэффициент Пуассона
5000	6000	7000	7000
2000	2250	2500	2500
0,2	0,2	0,2	0,2
Приложение V
Таблица 1
Рекомендуемый сортамент болтов
Диаметр, мм		Площадь сечения, см1		Размеры квадратных шайб стяжных болтов, мм	
по стержню	по нарезке	по стержню	по нарезке	ширина	толщина
12 16 20 24 27 30	9,7 13,4 16,7 20,1 23,1 25,4	1,13 2,01 3,14 4,52 5,72 7,06	0,74 1,41 4,18 ’3,16 4,18 5,06	45 55 70 90 100	4 4 5 7 8
/
Таблица 2
Рекомендуемый сортамент гвоздей
Диаметр, мм	1 3	I 3,5	1 4	I 4,5	5	1 5,5 1	6
Длина, мм	70, 80	80, 90	100, по	125	150	175	200
302
Приложение VI
Таблица 1
Расчетные сопротивления клеевых соединений, МПа
Соединяемые материалы	Марка клея	Расчетные сопротивления при	
		сдвиге /?ср	равномерном отрыве /?р
Алюминий — алюминий	ЭПЦ-1	4,5	6,5
	К-153	4,0	8,0
	К-139	1,9	2,7
•	К-147	1,5 2,0	2,8
Алюминий — стеклопластик	ЭПЦ-1		3,6
(полиэфирный) Асбестоцемент— асбестоцемент	ЭПЦ-1, К-153	2,5	0,5
	ДТ-1	2,0	0,5
Стеклопластик — стеклопластик	ПН-1	2,0	3,6
(полиэфирный) Стеклопластик —^древесина	сосны	ПН-1, КБ-3	2,0	—
вдоль волокон Пенопласт — алюминий: пенопласты ПС-4, ПХВ-1	88-Н, 88-НП,	0,04	0,04
пенопласты ПСБ, ПСБ-С, ПСБт,	К-153, К-147 88-Н, 88-НП	же	 
ПСБ-Ст при плотности 40— 60 кг/м3 Пенопласт — асбестоцемент: пенопласт ПХВ-1	ДТ-1, ДТ-3	0,075	0,1
пенопласты ПСБ, ПСБ-С, ПСБт,	ДТ-1, ДТ-3,	—	—
ПСБ-Ст при плотности 40—	88-Н, 88-НП		——
60 кг/м3, ФРП-1 Пенопласт — стеклопластик (поли-	КБ-3		же
эфирный) Пенопласт — пенопласт	КБ-3		——
Примечание. Расчетные сопротивления клеевых соединений с пеноплас-
том, отсутствующие в этой таблице, принимают по табл. 7 приложения IV.
Таблица 2
Коэффициенты условий работы пи к 7?Ср клеевых соединений
при различных температурах
Клеи	Температура, °C						
	—40]	-20	% 0	+20	+40	+60	+80
Эпоксидные:	0,5	0,7					
ЭПЦ-1			0,85	1	0,5	0,3	0,2
К-139	0,8	0,8	0,9	1	0,8	0,6	0,4
К-147	1	1	1	1	0,8	0,6	0,5
Феноло-формальдегид- ный КБ-3	—	0,8	——	1	—	0,8	—
Полиэфирный ПН-1 Каучуковые:	0,8	0,8	—	1	0,6	0,5	0,4
88-Н; 88-НП	1	1	1	1	0,3	0,2	—
303
Таблица 3
Коэффициенты условий работы RCp клеевых соединений
ори повышенной влажности (mw) и в условиях атмосферных воздействий (ту)
Клеи	mw	т$ для климатических районов			
		сухого жаркого (Ташкент)	нормаль- ного теплого (Баку)	нормального холодного (Москва)	сухого холодного (Мирный)
Алюминий с алюминием
Эпоксидные: ЭПЦ-1	0,7	0,7	0,9	0,75	0,9
К-153	0,7	0,85	0,9	0,60	0,85
К-139	0,7	—	0,5	0,30	0,85
К-147	0,5	0,9	0,9	0,55	0,85
Асбестоцемент с асбестоцементом
Эпоксидныез ЭПЦ-1	0,8	0,6	0,9	0,8	0,9
К-153	0,8	0,6	0,9	0,8	0,9
Резорциновый ДТ-1	0,8	0,5	0,5	0,45	0,6
Стеклопластик со стеклопластиком
Полиэфирный ПН-1	0,75
Феноло-формальдегид-	0,75
ный КБ-3
0,8
0,8
Коэффициенты к расчетным сопротивлениям
клееметаллических соединений
Таблица 4
Наименьшая толщина соединяемых элементов, мм	Вид соединения		
	клеесварное	клеезаклепочное	клеевинтовое
До 1	2	1,9	1,7
1—2	1,5	1,4	1,3
	1,25	1,25	1,25
Максимальный шаг сварных точек, заклепок и винтов
в клееметаллических соединениях
Таблица 5
Материал соединяемых элементов	Толщина элементов, мм	Максимальный шаг, мм		
		сварных точек	винтов	эаклепок
Алюминий	1	50	50	35
	1—1,5	75	75	50
Сталь	<0,8	75	75	50
	0,8-1,2	150	150	100
804
Приложение VIf
Таблица I
Геометрические характеристики поперечных сечений
волнистых листов стеклопластика (на одну волну)
Размеры волн мм	Толщина, мм	см4	«'в, см8	сма	Размеры волн мм D D	Толщина, мм	4, СМ4	^в, см8	см8
	1,5	11,83	4,27	3,70		1,5	1,82	1,23	2,08
200/54	2,0	15,80	5,65	4,95	115/28	2,0	2,42	1,61	2,78
	2,5	19,73	7,00	6,18		2,5	3,03	1,99	3,48
	1,5	8,60	3,34	3,17		1,5	1,69	1,07	1,74
167/50	2,0	11,44	4,41	4,22	90/30	2,0	2,25	1,41	2,32
	2,5	14,32	5,46	5,28		2,5	2,81	1,73	2,90
	1,5 *	3,13	1,71	2,32		1,5	0,51	0,52	1,41
125/35	2,0	4,17	2,26	3,10	78/18	2,0	0,68	0,68	1,88
	2,5	5,22	2,78	3,88		?,5	0,85	0,83	2,35
ЛИТЕРАТУРА
Иванов В. Ф. Конструкции из дерева и пластмасс. Л.—М., 1966.
Индустриальные деревянные конструкции: Примеры проектирования/ Карл*
сен Г» Г., Каган М. Е., Свенцицкий Г. В» и др. М.» 1967.
Конструкции из дерева и пластмасс/ Карлсен Г, Г., Большаков В. В,, Ка*
ган М. Е. и др. М.» 1975.
Конструкции из дерева и пластмасс: Примеры расчета и кокструирования/Под
ред. В. А. Иванова. Киев, 1970.
Прочность и деформативность конструкций с применением^пластмасс/Под ред.
А. Б. Губенко. М., 1966.
Расчет конструкций с применением пластмасс/Под ред. Ф. В. Расса и С. Б. Ер*
молова. М., 1974.
Рекомендации по проектированию и расчету конструкций с применением пласт-
масс. М., 1969 (ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Госстроя СССР).
Руководство по индустриальному изготовлению деревянных клееных конст-
рукций для строительства. М., 1975 (ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Госстроя
СССР).
Руководство по проектированию клееных деревянных конструкций. М., 1977
(ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Госстроя СССР).
СНиП II-B.4—71. Деревянные конструкции. Нормы проектирования. М., 1972.
СНиП II-A.10—70- Строительные конструкции и основания. Основные поло-
жения проектирования. М., 1971.
СНиП П-6—74. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. М., 1975.
Шишкин В. Е. Примеры расчета конструкций из дерева и пластмасс. М., 1974.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Анкер 254
Антисептик 33
Алюминий 43
Асбестоцемент 49
Арка 181
Бакелезированная фанера 30
Беспрессовый пенопласт 44
Брусчатая балка 148
Верхнее кольцо 245
Ветровая нагрузка 113
Винипласт 45
Вклеенные стержни 98
Влияние пороков 45
Возгораемость 45
Воздуходувная установка 245
Воздухоопорная оболочка 251
Воздухонепроницаемая ткань 46
Вспенивание 275
Выдергиваемые гвозди 89
Выдержка 273
Вязкость 276
Геометрический расчет 187
Гибкость 63
Гладкий купол 246
Гиперболический параболлоид 249
Гниение 31
Горение 34
Гранулы 275
Двойной перекрестный настил 120
Деревянные конструкции 5
Деревянный мост 262
Древесина 20
Дефект 284
Диафрагма 243
Дощато-гвоздевая балка 166
Дощатый настил 119
Дощатоклееная балка 155
— арка 182
Древесцослоистый пластик 47
Древесноволокнистая плита 48
Древесностружечная плита 48
Жесткие соединения 78
Жесткость 26
Жизнеспособность 276
Заводское изготовление 268
Затяжка 182
Защита от гниения 31
----возгорания 35
----коррозии 37
Защищенная сталь 48
Зубчатое соединение 96
Изгибаемый болт 86
— гвоздь 91
элемент 64
Изготовление 267
Качество 24
Клеевые стыки 95
— соединения 107
Клееная фанера 29
Клееные конструкции 12
Клееная стойка 168
Клеящая способность 276
Клеевая композиция 276
Клеи 103
Клееметаллические соединения 107
Клеефанерная балка 160
Клеефанерный силос 260
Клеефанерная плита и панель 124
Конструктивная врубка 79
Коньковый узел 193
Коробление 28
Коррозия 36
Косяк 241
Косо-изгибаемый 67
Коэффициент безопасности 54
— устойчивости 63
— условий работы 56
Кружала 265
Купола 267
Леса 286
Лесные материалы 22
Лобовая врубка 81
Мачта на оттяжках 256
Металлический протез 291
Местное смятие 73
Момент инерции 66
— сопротивления 66
Морозостойкость 47
Накладка 241
Набегающий косяк 272
Наполнитель 39
Несущая способность 52
Нормативное сопротивление 52
Нормативная нагрузка 51
Оболочка 239
Обработка 270
Обшивка 131
Общее смятие 73
Ограждающие конструкции 111
Опорное кольцо 245
Опорный узел 190
Оргстекло 45
Отвердитель 39
Отделка 273
Панель типа «сэндвич» 137
Перегрузка 286
307
Пластмасса 15
Плотность 25
Проверка напряжений 184
Пневматические конструкции 19
— оболочки 251
Пневмоарка 254
Пневмобалка 254
Пневмостойка 253
Пятиугольная арка 185
Податливое соединение 78
Подбор сечения 189
Подготовка поверхности 274
Подпирание 288
Подпружная цепь 293
Подъем 278
Показатель 280
Порода 20
Пороки 24
Порообразователь 39
Построечное изготовление 268
Постоянная нагрузка 112
Потеря устойчивости 62
Прессовый пенопласт 43
Приведенные затраты 281
Продольные связи 116
Предельные состояния 50
Приведенные характеристики 126
Прогиб 66
Проезжая часть 263
Прочность 26
Радиус инерции 62
Растянутый болт 84
Расчетное сопротивление 52
Ребристая плита 125
Ребристо-кольцевой купол 245
Ребристый купол 244
Разгрузка 287
Разрыв 60
Растянутый элемент 60
Расчетная нагрузка 51
Распиловка 289
Растянуто-изгибаемый элемент 68
Решетчатая башня 258
— стойка 169
Сборка 273
Сварка 109
Светопрозрачные конструкции 17
Светонепроницаемые стеклопластики
43
Светопроницаемые стеклопластики 42
Свод 239
Свод-оболочка 242
Связевая ферма 114
Сборка 278
Сегментная ферма 183
Сечтатый свод 240
Сжато-изгибаемый элемент 69
Сжатый элемент 61
Синтетическая смола 38
Скалывание при изгибе 74
— в соединениях 75
Сквозной косяк 241
Складка 243
Скоба 93
Смятие под углом 73
Сминаемый элемент 72
Снеговая нагрузка 113
Сортамент 22
Составная балка 165
Стальные крепления 194
Стальная накладка 288
Стальной стержень 88
Стеклянные волокна 40
Средний слой 132
Срезы болтов 87 4
Старение 47
Стойки цельные 169
Стрельчатая арка 183
Стык по пластям 96
Стыки арок 195
Сушка 270
Температура 28
Теплостойкость 44
Технология 288
Тонкостенный свод 242
Торцовый фахверк 117
Треугольная арка 182
Трехслойная плита или панеле ’6
м
Угол смятия 72
Узлы арки 190
—	рамы 211
—	фермы 228
—	стойки 176
Усиление 287
Усовое соединение 97
Хомут 93
Шлюз 252
Эффективность 279
Эксплуатация 284
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ......................................................... 3
Введение........................................................«...	5
Глава 1. Краткий исторический обзор и современные пути развития
конструкций из дерева и пластмасс.................................... 8
§ 1.1.	Краткий исторический обзор развития деревянных конструкций 8
§ 1.2.	Современное состояние и области применения деревянных кон-
струкций ........................................................12
§ 1.3.	Краткий исторический обзор, современное состояние и области
применение конструкций	на	основе	пластмасс.................15
Глава 2. Древесина — конструкционный строительный материал ... 20
§ 2.1.	Леса и лесоматериалы....................................  20
§ 2.2.	Строение, пороки и качество	древесины.....................23
§ 2.3.	Свойства древесины .......................................25
§ 2.4.	Фанера строительная.......................................29
§ 2.5.	Гниение и защита деревянных	конструкций...................31
§ 2.6.	Горение л защита деревянных	конструкций...................34
§ 2.7.	Коррозия и защита деревянных конструкций..................35
Глава 3. Конструкционные пластмассы .................................37
§ 3.1.	Общие сведения ...........................................37
§ 3.2.	Стеклопластики ...........................................39
§ 3.3.	Пенопласты ...............................................43
§ 3.4.	Органическое стекло и винипласт...........................45
§ 3.5.	Воздухонепроницаемые ткани................................46
§ 3.6.	Древесные пластики........................................47
§ 3.7.	Неорганические материалы, применяемые	в	сочетании с конст-
рукционными пластмассами	48
Глава 4. Расчет конструкций из дерева и пластмасс по предельным
состояниям ......................................................50
§ 4.1.	Предельные состояния .....................................50
§ 4.2.	Нормативные и расчетные нагрузки .........................51
§ 4.3.	Нормативные и расчетные характеристики	материалов..52
§ 4.4.	Нормативные и расчетные характеристики	древесины и фанеры 53
§ 4.5.	Нормативные и расчетные характеристики конструкционных
пластмасс .....................................................  58
Глава 5. Деревянные элементы ........................................59
§ 5.1.	Элементы и их расчет .....................................59
§ 5.2.	Растянутые и сжатые элементы .............................60
§ 5.3.	Изгибаемые элементы ......................................64
§ 5.4.	Растянуто-изгибаемые и сжато-изгибаемые элементы.........68
§ 5.5.	Сминаемые и скалываемые элементы .........................72
Глава 6. Соединения деревянных элементов.............................77
§ 6.1.	Типы соединений...........................................77
§ 6.2.	Соединения без специальных связей.........................78
§ 6.3.	Соединения со стальными связями ..........................84
§ 6.4.	Клеевые соединения .......................................94
Глава 7. Соединения конструкций с применением пластмасс..............99
§ 7.1.	Общие сведения ...........................................99
§ 7.2.	Клеевые соединения ......................................102
§ 7.3.	Клееметаллические соединения ............................107
§ 7.4.	Сварные соединения пластмасс.............................109
309
Глава 8. Конструктивные элементы зданий и сооружений..............110
§ 8.1.	Общие сведения ..........................................ПО
§ 8.2.	Нагрузки ...............................................112
§ 8.3.	Связи ..................................................114
§ 8.4.	Торцовый фахверк........................................117
Глава 9. Деревянные настилы.......................................118
§ 9.1.	Настилы покрытий....................................... 118
§ 9.2.	Клеефанерные настилы....................................124
§ 9.3.	Настилы перекрытий,	подшивки и обшивки стен.............120
Глава 10. Ограждающие конструкции с применением пластмасс . . . .131
§ 10.1.	Виды и области применения..............................131
§ 10.2.	Трехслойные (глухие) панели стен и покрытий...........134
§ 10.3	Светопрозрачные панели и фонари........................145»
Глава 11. Балки и прогоны.........................................148
§ 11.1.	Балки и прогоны цельного сечения .....................148
§ 11.2	Клееные балки...........................................135
§ 11.3.	Составные балки на податливых соединениях..............165
Глава 12. Деревянные стойки ....................................  168
§ 12.1.	Виды и области применения.............................168
§ 12.2	Расчет стоек ...............................*...........170
§ 12.3.	Узлы стоек............................................175
Глава 13. Арки • •••••••• ........................................181
§ 13.1.	Виды и области применения...........................  181
§ 13.2.	Расчет деревянных арок................................185
§ 13.3.	Узлы арок .............................................190
Глава 14. Рамы ...................................................202
§ 14.1.	Виды и области применения...........................202
§ 14.2.	Расчет рам........................................... 205
§ 14.3.	Узлы клееных рам . .................................211
Глава 15. Фермы ................................................  222
§ 15.1.	Виды и области применения..............................222
§ 15.2.	Расчет ферм ...........................................225
§ 15.3.	Узлы клееных ферм .............. .............. z ... 228
Глава 16. Оболочки из дерева и пластмасс...................*.	. . . 230
§	16.1.	Виды оболочек ........................................239
§	16.2.	Своды ................................................239
§ 16.3.	Своды-оболочки и призматические складки..............'.	242
§	16.4.	Купола .............................................  244
§	16.5.	,	Расчет куполов .....................................245
§	16.6.	Оболочки отрицательной гауссовой кривизны ............249
§	16.7.	Пневматические конструкции ......................... 250’
Глава 17. Деревянные сооружения.................................  255
§	17.1.	Типы и области применения.............................256
§	17.2.	Мачты на оттяжках и башни.............................255
§	17.3.	Силосы ...............................................260
§ 17.4.	Мосты (краткие сведения)............................  262
§	17.5.	Леса и кружала........................................265
Глава 18. Изготовление	и монтаж конструкций .... .................267
§ 18.1.	Основные операции и требования при изготовлении конст-
рукций .......................................................267
§ 18.2.	Технология изготовления клееных деревянных конструкцчй . . 268
§ 18.3.	Особенности технологии изготовления клееных панелей . . . 273
§ 18.4.	Контроль качества клееных конструкций.................275
§ 18.5.	Транспортирование и монтаж конструкций.................277
310
§ 18.6.	Основные положения методики оценки эффективности приме-
нения конструкций из дерева и пластмасс.......................279
Глава 19. Эксплуатация и усиление деревянных конструкций..........284
§ 19.1.	Эксплуатация деревянных конструкций...................284
§ 19.2.	Усиление деревянных конструкций.......................286
Приложения .......................................................294
Литература .......................................................306
Предметный указатель............................................  307
Георгий Николаевич Зубарев
Игорь Михайлович Лялин
КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС
Зав. редакцией В. Г. Акатова. Редактор T. Ф. Мельникова.
Мл. редактор Г. К. Ионова. Художественный редактор Т. А. Дурасова,
гаеский редактор Р. С. Родичева. Корректоры Р. К. Косинова, Г. И. Костри
ИБ № 2134
Изд. № Стр-297 Сдано в набор 24.05.79. Подписано в печать 15.01.80.
Г-03826. Формат 60X90*/ie. Бум. тип. № 3. Гарнитура литературная. Печать
высокая. Объем 19,5 усл. печ. л. 21,00 уч.-изд. л. Тираж 40 000 экз.
Зак. 2411. Цена 85 коп.
Издательство «Высшая школа», Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14
Московская типография № 8 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
Хохловский пер., 7.