/
Author: Большаков В.В. Карлсен Г.Г. Каган М.Е.
Tags: строительство строительные конструкции деревянные конструкции деревообработка
Year: 1961
Text
Г. Г. КАРЛСЕН,
д-р техн, наук проф.
В. В. БОЛЬШАКОВ,
д-р техн, наук проф,
Г. В. СВЕНЦИЦКИЙ
канд. техн, наук доц.
М. Е. КАГАН,
д-р техн, наук проф.
К» В, АЛЕКСАНДРОВСКИЙ,
доцент
И. В. БОЧКАРЕВ,
канд. техн, наук доц.
А. И„ ФОЛОМИН
д-р техн, наук
ДЕРЕВЯННЫЕ
КОНСТРУКЦИИ
ИЗДАНИЕ 3-е, ПЕРЕРАБОТАННОЕ
И ДОПОЛНЕННОЕ
Под редакцией чл.-корр. АСиА СССР д-ра техн, наук проф.
Г. Г, Карлсена
Допущено
Министерством высшего и среднего специального образования СССР
в качестве учебника для студентов строительных вузов и факультетов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ, АРХИТЕКТУРЕ
И СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ
Москва — 1961
Рецензент — кафедра конструкций из дерева и-пластмасс
Ленинградского инженерно-строительного института
Научный редактор — канд. техн, наук доц. В. Г, ПИСЧИКОВ
В книге изложены основы проектирования, расчета, из-
готовления и монтажа деревянных конструкций различного
назначения и приведены указания по их защите от огня и
биологического повреждения.
Рассмотрены физико-механические свойства строитель-
ной древесины и методы расчета элементов деревянных кон-
струкций и их соединений; сплошные и сквозные, балочные и
арочные деревянные конструкции, пространственное крепле-
ние их; своды, купола, башни и мачты; сооружения мостового
типа; леса и кружала.
Книга выпускается третьим, существенно переработан-
ным изданием.
Решения деревянных конструкций ориентированы на
индустриальное их изготовление. Основным вопросам совре-
менной технологии изготовления деревянных строительных
деталей и конструкций посвящен десятый раздел книги.
Методы расчета деревянных конструкций приведены с
учетом новейших данных строительных норм.
Книга допущена Министерством высшего и среднего
специального образования СССР в качестве учебника для
строительных вузов и факультетов и может служить пособи-
ем при проектировании.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Третье издание учебника «Деревянные конструкции» су-
щественно переработано по сравнению с предыдущим изданием.
Новейшие достижения науки и техники в области химии по-
лимеров, механизации и автоматизации трудоемких процессов и
комплексного использования отходов лесной и деревообрабаты-
вающей промышленности дают возможность дальнейшего со-
вершенствования производства деревянных конструкций и дета-
лей и повышения экономической эффективности использования
древесины в строительстве.
Заводское изготовление клееных и других видов индустри-
альных д. к.1, высокотемпературная сушка и новые способы за-
щитной обработки древесины позволяют добиться значительного
повышения капитальности д. к. при одновременном ускорении
темпов и повышении (Производительности труда в этой области
строительной промышленности.
' Существенно возросшее в связи с этим значение вопросов
производства обусловило включение нового (десятого) разде-
ла, в котором излагаются основы механической обработки и
сушки древесины и изготовления деревянных конструкций и де-
талей.
В учебнике наиболее полно рассмотрены деревянные кон-
струкции, рекомендуемые к применению в утвержденных Гос-
строем СССР «Технических правилах по экономному расходо-
ванию металла, цемента и леса в строительстве» (ТП 101-61),
в там числе ряд новых индустриальных конструкций, разрабо-
танных за последние ,годы.
Расчет всех видов д. к. в учебнике приведен в соответствии
с требованиями новых норм расчета по предельным состояниям.
Третье издание учебника базируется на материалах первого
(1942—1943 гг.) и второго (1952 г.) изданий. Работа-над руко-
писями всех изданий учебника осуществлялась совместными
усилиями основного авторского коллектива в составе Г. Г. Карл-
сена, В. В. Большакова, М. Е. Кагана и Г. В. Свенцицкого.
Развитие технологических вопросов в третьем издании по-
требовало расширения состава авторского коллектива.
1 В? дальнейшем для краткости введено сокращенное обозначение д. к
— 3 —
Работа авторского коллектива над рукописью третьего изда-
ния учебника распределилась следующим образом:
д-р техн, наук проф. Г. Г. Карлсен—раздел четвертый, гла-
ва I раздела девятого и общее редактирование рукописи;
д-р техн, наук проф. В. В. Большаков — введение и главы
IV и V раздела девятого;
д-р техн, наук проф. М. Е. Каган — разделы шестой, седь-
мой, восьмой и главы II и III раздела девятого;
канд. техн, наук доц. Г. В. Свенцицкий — разделы первый,
третий и пятый;
доц. К. В. Александровский — главы III и V и участие в ре-
дактировании главы II раздела десятого;
канд. техн, наук доц. 1 И. В. Бочкарев | —глава II раздела
десятого;
д-р техн, наук А. И. Фоломин — раздел второй, глава IV
раздела десятого и участие в редактировании главы I раздела
девятого.
Авторитетная консультация по содержанию десятого разде-
ла и написание главы I этого раздела осуществлены инж.
Г. П. Коломниным.
Частичное редактирование главы II десятого раздела про-
ведено доц. П. Т. Иванковым.
Глава VI четвертого раздела составлена канд. техн, наук
доц. В. Н. Силиным.
Приложения 3 и 4 составлены канд. техн, наук И. С. Фили-
моновым.
Авторы выражают глубокую признательность канд. техн,
наук доц. В. Г. Писчикову, уделившему много труда и внимания
редактированию учебника.
Авторы благодарят за тщательное рецензирование и ценные
указания коллектив кафедры конструкций из дерева и пластмасс
Ленинградского ордена Трудового Красного Знамени инженер-
но-строительного института и ее руководителя заслуженного
деятеля науки и техники РСФСР д-ра техн, наук проф. В. Ф. Ива-
нова.
Авторы
— 4 —
Введение
Деревянными конструкциями (д. к.) называются сооруже-
ния или части их, несущие нагрузку и выполненные целиком или
преимущественно из дерева.
В курсе «Деревянные конструкции», являющемся одной из
основных дисциплин при подготовке инженеров-строителей,
рассматриваются методы проектирования и расчета, а также
особенности изготовления, монтажа и эксплуатации д. к.
Изложению курса предпосылается краткий исторический
обзор развития этой отрасли инженерного дела, освещающий
роль дерева в строительстве прошлого времени и подводящий к
изучению д. к. на современном этапе. Историческое развитие
д. к. как отрасли строительной техники с точки зрения диалекти-
ческого, материалистического понимания процесса технического
развития неразрывно связано с развитием производства, а сле-
довательно, и общества. Поэтому построение исторического об-
зора развития д. к. в учебнике дано применительно к пяти основ-
ным типам производственных отношений.
§ 1. ПРИМЕНЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ В ПЕРВОБЫТНОМ ОБЩЕСТВЕ
Данные археологии о материальной культуре первобытного
общества на территории СССР и других стран свидетельствуют
о широком и разнообразном применении дерева первобытным
человеком. Обусловливалось это большой распространенностью
древесины, сравнительно высокой прочностью ее при малом весе,
а также простотой заготовки и обработки.
Дерево широко применялось для различных построек, наи-
более древние виды которых появились в раннем каменном веке
(свыше 10 тыс. лет до н. э.). Несовершенные, преимущественно
каменные орудия производства ограничивали возможности об-
работки древесины.
В постройках первобытного общества закономерно прояв-
ляется соответствие конструктивной формы уровню развития
— 5- —
производительных сил. Сходство конструктивных приемов и ти-
пов сооружений, обнаруживаемое у первобытных народов в
странах, удаленных на громадные расстояния или хронологиче-
ски отделенных друг от друга тысячелетиями, но стоя-
щих на одинаковой ступени развития материальной куль-
туры, служит убедительным подтверждением этой законо-
мерности.
Таким образом, используя метод аналогии, т. е. изучая быт
и сооружения народностей, до недавнего времени сохранивших
уклад первобытной жизни, можно расширить данные археоло-
гии о материальной культуре первобытного общества. Примером
могут служить постройки обитателей Новой Гвинеи — папуасов,
у которых выдающийся русский ученый Н. Н. Миклухо-Маклай
застал в 70-х годах XIX в. первобытно-общинный родовой
строй и каменный топор в качестве основного орудия производ-
ства. Примитивный, но простой и надежный конструктивный
прием опирания балки на стойку, с помощью естественной раз-
вилки дерева, применявшийся в этих постройках (рис. 1), мы
находим и в конструкциях землянок первобытного человека,
раскопанных на территории СССР, и в сооружениях северо-аме-
риканских индейцев. Упруго-пластические свойства свежесруб-
ленного дерева успешно использовались первобытными
людьми в гнутых элементах покрытий стрельчатого очер-
тания (рис. 1).
Весьма вероятно, что первым инженерным сооружением был
ствол дерева, поваленного человеком поперек ущелья или ручья
в целях облегчения переправы с одного берега на другой. Ба-
лочная конструкция такого моста является простейшей его фор-
мой, дающей при отсутствии способов сопряжений конструктив-
ных элементов возможность перекрыть пролеты не более 12 м
при сравнительно малых нагрузках.
Изучая сооружения народов, материальная культура которых
до Недавнего времени находилась на первобытном уровне, можно
предположить, что уже в глубокой древности появились мосты
увеличенных пролетов консольно-балочной конструкции. Берего-
вые части таких мостов устраивались в виде бревенчатых кле-
ток, продольные бревна которых последовательно выдвигались
над рекой и со стороны берега загружались землей и камнем
(рис. 2).
К эпохе неолита и бронзы (3 тыс. лет до н. э.) относится по-
явление свайных построек, возводившихся для обеспечения безо-
пасности поселений. Остатки таких построек найдены на дне
озер центральной Европы (рис. 3). В стенах жилищ этих посе-
лений первоначально применялись бревенчатые конструкции из
вертикальных, поставленных вплотную бревен, получившие ши-
рокое распространение также в виде «тына» — частокола, яв-
ляющегося древнейшим типом оборонительных оград.
— 6 —
Рис. 1. «Мужской дом» и хижина шапуасов на Новой Гвинее (по рисунку
Н. Н. Миклухо-Маклая)
Рис. 2. Примитивный консольно-балочный мост
— 7 _
Появление железных орудий1 производства в последний пе-
риод существования первобытного общества облегчило корчевку
леса, улучшило обработку древесины и даже обеспечило воз-
можность постройки судов из бревен и досок. В этот период по-
лучает распространение вторая основная конструктивная форма
бревенчатого сооружения — из горизонтально расположенных
бревен в форме сруба, требующего уже устройства значитель-
ного числа врубок.
Рис. 3. Поселение на сваях, воспроизведен-
ное по данным археологии (поздний камен-
ный век)
§ 2. ПРИМЕНЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЯ
ПРИ РАБОВЛАДЕЛЬЧЕСКОМ СТРОЕ
При рабовладельческом строе люди располагали не только
более совершенными, но и более разнообразными железными
орудиями, возросло их уменье пользоваться этими орудиями,
увеличился производственный опыт. Это давало возможность
применять более совершенные соединения элементов д. к.; наря-
ду с врубками, служившими основным способом соединения эле-
ментов строительных конструкций, стали применяться и нагели,
забиваемые в сверленые гнезда.
К этой эпохе относится появление некоторых конструктивных
форм, оказавших большое влияние на дальнейшее развитие д. к.
Высокая материальная культура богатой лесом Древней Индии
обусловила появление там впервые распорных подкосных и
арочных конструктивных форм, применяемых до наших дней.
В этих системах со сжатыми и изгибаемыми элементами, в кото-
рых древесина работает так же, как и ствол живого дерева в ле-
су, наиболее выгодно используются природные механические
свойства дерева и одновременно, при простейших способах со-
пряжения элементов, обеспечивается наибольшая надежность
конструкции. Последующее многовековое применение этих си-
стем раскрывает одну из основных закономерностей развития
конструктивных форм в дереве — жизненность систем д. к., в ос-
1 Железная культура представлена на территории СССР многочисленны-
ми археологическими памятниками, датируемыми периодом от VII—V вв. до
н. э. до V—VIII вв. н. э.
— 8 —
нове своей наилучшим образом отвечающих специфическим осо-
бенностям дерева как конструктивного материала.
О применении деревянных арок в строительстве Древней Ин-
дии свидетельствуют высеченные в камне конструктивные фор-
мы буддийских пещерных
храмов — «чайтья», которые
воспроизводят д. к. более
ранних наземных построек.
Один из примеров показан
на рис. 4.
Относительно высокий
уровень строительного ис-
кусства в Риме, где рабо-
владельческий строй достиг
высшей ступени своего раз-
вития (со II в. до н. э. до
II в. н. э.), дал возмож-
ность римским строителям
впервые создать простейшие
системы сквозных д. к. с рас-
тянутыми элементами. В от-
личие от строителей Древне-
го Египта и Двуречья, возво-
дивших преимущественно
плоские балочные покрытия
в виде наката из бревен или
брусьев с засыпкой сверху
слоем глины и земли, и древ-
них греков, применявших так
называемые наслонные стро-
пила, римляне выполняли по-
Рис. 4. Серповидная арочная кон-
струкция над входом в пещерный
храм в Карли ® Индии (I в. до н. э.)
крытая зданий при помощи висячих треугольных стропил, мало
отличающихся от современных конструкций этого типа.
Римскими строителями были созданы рациональные типы
деревянных балочных мостов малых пролетов. Один из них,
мост через Рейн, изображен на рис. 5. Укладка прогонов вна-
хлестку (с некоторым перепуском концов) непосредственно на
насадки при частом расположении прогонов и упругом распреде-
лении нагрузки поперечным настилом (позволила довести до ми-
нимума строительную высоту пролетного строения.
Дальнейшим достижением в мостостроении явилась построй-
ка, по-видимому, первого в мире арочного деревянного моста
через Дунай (рис. 6) известным строителем древности Аполло-
дором. Мост длиной более 1 000 м имел 20 каменных быков тол-
щиной около 18 л! с расстоянием между ними в свету около
35 м Несущая конструкция пролетного строения состояла из де-
ревянных арок, расположенных по трем концентрическим окруж-
ностям и скрепленных парными радиальными схватками.
1—2665
— 9 —
Рис. 5. Мост через Рейн, построенный войсками Цезаря в I в. до н. э. (чертежа
составленный итальянским архитектором Палладио по описанию, данному
Цезарем)
Рис. 6. Арочный мост через Дунай, построенный во II в. н. э. (изображение на
рельефе колонны Траяна)
— 10 —
$<8. СТРОИТЕЛЬСТВО ДЕРЕВЯННЫХ СООРУЖЕНИИ В ЭПОХУ
ФЕОДАЛИЗМА
Состояние производительных сил при феодальном строе1 оп-
ределило ремесленный характер производства д. к. на протяже*
нии всего этого исторического периода.
Богатейшие лесные ресурсы нашей страны всегда обусловлю
вали технико-экономическую целесообразность широкого приме
нения дерева в качестве одного из основных строительных ма*
териалов.
Д. к. преобладали в русском строительстве с IX до XVIII в„
что способствовало выработке конструктивных форм, удовлетво»
Рис. 7. Основные схемы бревенчатых несущих конструкций по принципу сру-
ба из горизонтальных венцов
Стены: а — прямоугольный; б — квадратный; в — многоугольный в плане сруб. Покры
гия: г — двускатное; д — четырехскатное («палаткой» или «епанчей»); е — шатровое
ирамидальное четырехгранное низкое («колпак»); ж — то же, высокое («шатер»)}
в—то же, многогранное высокое («шатер»); и — килевидное покрытие («бочка») и схема
остроения «бочки»; к — кубоватое четырехгранное покрытие («куб»); л — то же, много*
гранное
1 Существовавшем в России с IX в. до реформы 1861 г., в западноевро-
пейских странах — с V в. до буржуазных революций в Англии (XVII в.) i
Франции (XVIII в.).
— // —
рявших потребностям и отвечавших производственным возмож-
ностям эпохи. Как изготовление самих конструкций, так и пер-
вичная обработка древесины, включая изготовление досок, до
конца XVII в. производились ручным способом, в основном при
помощи топора; пила, известная славянам с давних времен, поч-
Рис. 8. Общий вид Успен-
ской церкви высотой 42 ж,
построенной «в 1774 г -в
Кондопоге на берегу Онеж-
ского озера и сохранившей-
ся до наших дней
ти не применялась, поэтому доски
были очень дороги. Развитие д. к. в
условиях одного и того же общест-
венного строя с присущим ему ре-
месленным характером производст-
ва, при наличии одних и тех же пер-
вичных материалов (в основном—
бревно), одних и тех же орудий про-
изводства и методов деревообработ-
ки определило постоянство конст-
руктивных форм этого периода. В
д. к. жилых и общественных зданий,
в постройках производственного и
хозяйственного назначения, в кре-
постных сооружениях и мостах пре-
обладали конструктивные формы,
выполнявшиеся из горизонтально
расположенных бревен по принципу
сруба и схематически представлен-
ные на рис. 7. Сочетания этих основ-
ных форм образовывали сложные
комплексы деревянных сооруже-
ний— самобытных, выдающихся по
красоте и не имеющих себе равных
в рубленых постройках других наро-
дов.
Применение шатровых покрытий
в деревянных сооружениях башенно-
го типа привело к созданию вели-
чественных шатровых храмов — ба-
шен, которые представляют собой
классический образец русского де-
ревянного зодчества, нашедший от-
ражение в каменном строительстве.
Одним из лучших образцов шатро-
вых храмов может служить Успен-
ская церковь в Кондопоге (рис. 8).
Основная конструкция этого храма
выполнена из бревен, соединенных на врубках в «обло» (с остат-
ком), кроме шатрового покрытия, нижняя часть которого сруб-
лена «в‘ лапу» (без остатка), а верхняя имеет стропила. Кон-
структивные формы целесообразны; они обеспечивают устойчи-
вость сооружения и защиту его от атмосферных осадков; на
— 12 —
четырехгранном срубе (четверике), уширенном вверху при не-
мощи так называемых повалов, образующих защитный кар*
низ, высится рубленый, тоже с повалами, восьмигранник (вось-
мерик). Восьмерик увенчан пирамидальным покрытием-шатром
с «полицами» (пологим покрытием карниза);, Часть здания име-
ет килевидное покрытие — сбочку», также выполненное из бре-
зен, врубленных в две параллельные вертикальные стены; два
хрыльца поддерживаются мощными бревенчатыми консолями,
представляющими типичную для русского зодчества конструк*
гивную деталь. Рис. 9 дает общее представление о конструкции
шатрового и более сложного — многоглавого — храмов.
Стены и башни Якутска (рис. 10) типичны для крепостных
сооружений XVI—XVII вв. Рубленые крепостные стены при
высоте их от 2 до 8,5 м и толщине от 2 до 6 м обычно выполни-
Рис. 10. Крепостные стены и башни Якутска, построенные в 1683 г.
лись так называемыми «тарасами», состоявшими из двух парал-
лельных стен, соединенных поперечными стенами-связями; стены
более раннего периода представляли собой отдельные, сплошь
поставленные срубы — «городни». Высота башен колебалась в
широких пределах: от 8,5 до 30 м, доходя иногда до 40 л и бо-
лее.
В конструктивном мастерстве и в темпах производства работ
русские мастера намного превзошли зарубежных строителей.
Ярким примером этого является сооружение города-крепости
Свияжска под руководством русского строителя Ивана Вырод-
хова. Зимой 1550—1551 гг. в районе Углича было заготовлено
более 20 000 ма деревянных элементов для крепостных сооруже-
ний и построек города. После пробной сборки элементы были
сплавлены по Волге к устью р. Свияги, где в течение четырех
недель было окончательно собрано все сооружение. Другим
примером возведения в короткий срок крупных деревянных со-
оружений является постройка в Москве в XVI в. по линии Садо*
— 14
вого кольца (длиной около 15 км) гигантской деревянной кре-
постной стены с многочисленными башнями и воротами. Это
замечательное сооружение получило в народе название «скоро-
дома» или «скородума» в память о том, что оно в основном было
собрано за один летний сезон из элементов, заранее заготовлен-
ных в лесу. Интересным примером сборного деревянного строи-
тельства могут служить также готовые постройки, продававшие-
ся на рынках Москвы в XVII в
В отличие от русского зодчества для строительства западно-
европейских стран с более мягким климатом и значительно
меньшими лесными сырьевыми ресурсами типична деревянная
каркасная конструкция стен в виде фахверка с заполнением ка-
менной кладкой.
Рост ремесла, торговли и мореплавания и образование меж-
дународного рынка дали в XVI в. мощный толчок развитию
производительных сил феодального общества и способствовали
развитию наук (механики, математики и др.). В эту эпоху
итальянский архитектор Палладио (1518—1580 гг.) предложил
ряд новых рациональных схем стержневых д. к. Несущую кон-
струкцию моста в Бассано через р. Бренту с пятью пролетами по
12 м (рис. 11, а) Палладио выполнил в виде ригельно-подкос-
ной системы, применяемой и в современных д. к. и представляю-
щей собой дальнейший шаг в развитии подкосных систем, из-
вестных еще в строительстве Древней Индии. На рис. 11 показа-
ны различные схемы стержневых конструкций, предложенных и
частично построенных Палладио. Рациональные системы сквоз-
ных д. к. получили широкое применение и дальнейшее развитие
лишь в XIX в.; во времена Палладио строители еще не владели
методом определения усилий в элементах сквозных конструкций
и не знали надежных средств сопряжения растянутых деревян-
ных стержней, испытывающих значительные усилия.
Д. к., выполняемые по принципу сруба, преобладали в рус-
ском строительстве до XVIII в. И хотя они были неэкономичны
по затрате древесины, все же широко применялись благодаря
наличию в то время богатейшей лесной сырьевой базы. Но в свя-
зи с увеличивавшимся экспортом леса за границу и возрастав-
шими потребностями отечественного строительства и корабле-
строения в начале XVIII в. впервые в нашей стране встал вопрос
об экономии древесины, который в дальнейшем приоб-
ретал все большее значение. Разрешить эту задачу можно было:
1 ) совершенствованием методов обработки древесины и про-
изводства д. к.;
2 ) применением конструктивных форм, требующих наимень-
шей затраты материала;
3 ) увеличением срока службы сооружений, для которых ре-
шающими являются меры борьбы с гниением д. к.
Использование всех трех путей экономии древесины, имевшее
место и в XVIII в., всегда давало наибольший эффект.
— 15
Рис. 11. Схемы подкосных, балочных и арочных деревянных ферм Палла-
дио (XVI в.)
а — ригельно-подкосная система; б — балочная ферма с треугольной решеткой (мост
через р. Чизмоне пролетом 31 м)\ в — балочная ферма с параллельными поясами и рас-
косной решеткой; г — ферма с криволинейным очертанием верхнего пояса и системой
перекрестных раскосов; д — арочная ферма
— 16 —
Развитие в нашей стране ручной, а затем и механической
распиловки леса на водяных пильных мельницах — с конца
XVII в. и на паровых лесопильных заводах — с первой четверти
XIX в. способствовало распространению брусчатых д. к. и при-
менению стержневых систем д. к. Производственная возмож-
ность изготовления стержневых конструкций отвечала потребно-
сти в разнообразных зданиях и сооружениях нового типа с пе-
рекрытиями больших пролетов без промежуточных опор
(театры, манежи, учебные заведения, дворцы, мосты и пр.), по-
требности, вызванной государственными преобразованиями
Петра I и возросшей с укреплением дворянской империи. Подав-
Рис. 12. Поперечный разрез Московского манежа с изображением стро-
пильных ферм пролетом около 48 л, построенных в 1817 г.
ляющее большинство плоских стержневых д. к. покрытий конца
XVIII — начала XIX вв. представляло собой брусчатые балочные
фермы треугольного очертания на врубках, как правило, со ста-
тически неопределимой схемой. Не располагая достаточно точ-
ными методами расчета сквозных конструкций, строители стре-
мились таким путем повысить их надежность.
Характерным примером д. к. конца XVIII в. в покрытиях
могут служить стропильные фермы пролетом в свету 17 м, при-
мененные в 1792 г. при строительстве театра Останкинского двор-
ца и сохранившиеся без ремонта до наших дней.
К числу наиболее совершенных стропильных д. к. первой по-
ловины XIX в. принадлежат фермы Московского манежа; они
представляют собой сочетание треугольной системы с несколь-
кими вписанными в нее трапециевидными подвесными системами
(рис. 12).
К XVIII в. относится постройка нескольких замечательных
пространственных конструкций; до наших дней сохранилась
— 17 —
брусчатая конструкция шпиля Адмиралтейства, построенная по
проекту арх. И. К. Коробова (рис. 13) 1 и сохраненная арх.
А. Д. Захаровым при перестройке башни в начале XIX в. Еще
более смелой была старая, существовавшая с 1772 до 1857 г.
Рис. 13. Разрез и план башни Адми-
ралтейства высотой около 72 я с
деревянным штилем, построенным в
1736—1738 it,
конструкция шпиля коло-
кольни высотой 118 м в Пет-
ропавловской крепости.
Интересным примером по-
крытий купольного типа ме-
жет служить существующий
до настоящего времени боль-
шой купол Троицкой церкви
в Ленинграде (рис. 14).
Деревянные конструкции
широко применялись также
в покрытиях различных зда-
ний Москвы, Петербурга, Ри-
ги и других городов.
В XVIII и первой поло-
вине XIX вв. особенно ярко
выявилась ведущая роль де-
рева как материала для ин-
жейерных конструкций. С
этим временем связано рож-
дение новых плодотворных
идей и появление конструк-
тивных форм, сыгравших
важную роль в процессе
дальнейшего развития ин-
женерных конструкций. Наи-
более ярким примером мо-
жет служить инженерное
творчество Ивана Петровича
Кулибина (1735—1818), де-
тально разработавшего про-
ект моста через Неву
(рис> 15) пролетом около
300 м.
Одной из отличительных
особенностей творчества Ку-
либина является использование экспериментального метода при
проектировании сооружений. Для определения основных усилий
в арке Кулибин сконструировал ряд оригинальных приборов, а
при построении оси арки по кривой давления определил ее опыт-
ным путем и, таким образом, впервые использовал свойства ве-
1 Центральный государственный исторический архив в Ленинграде
(ЦГ НАЛ) ф. 485, оп. 2, ед. хр. 559, л. 2.
— 18 —
ревочного многоугольника; он же впервые разработал теорию
испытания моста на модели.
Модель этого моста, построенная Кулибиным в Vio натураль-
ной величины (пролетом около 30 м), успешно выдержала испы-
тание, произведен-
ное в 1776 г., что
подтвердило досто-
верность всех расче-
тов Кулибина. Не-
смотря на то, что
это грандиозное со-
оружение не было
возведено, все же
новые прогрессив-
ные принципы кон-
струирования его
оказали значитель-
ное влияние на даль-
нейшее развитие ин-
женерных конструк-
ций.
Кулибин дал
принципиально но-
вое, рациональное
конструктивное ре-
шение (рис. 16 и
схема на рис. 17, а),
на много лет опере-
дившее достижения
деревянного мосто-
строения в XVIII и
в начале XIX вв.
Рис. 14. Разрез деревяннного купола пролетом
24,8 м Троицкой церкви в Ленинграде, построен-
ного ® • 1834 г. под руководством П. П. Мельни-
кова (1804—1880)
Зарубежные конструкции этого периода характеризовались
применением, как правило, громоздких и трудоемких в построй-
ке систем, распределение усилий в которых было неизвестно.
Типичными примерами таких систем являются мосты Файолэ
(рис. 17, б), братьев Грубенман (рис. 17, в), немецкие и швей-
царские мосты конца XVIII — начала XIX вв. (рис. 17,г) и др.
с большим количеством лишних элементов и сложных врубок,
требующих высокого индивидуального мастерства исполните-
лей.
В отличие от конструкций, применявшихся за рубежом, Кули-
бин предложил ясную комбинированную систему для каждой из
шести брусчатых арочных ферм моста, соединенных в коробча-
тое сечение решетчатыми связями (рис. 16 и схема на рис. 17,а).
Эта новая комбинированная система представляет собой сочета-
ние основной несущей гибкой арки (арочного пояса) с криволи-
нейной фермой жесткости — бесшарнирной многорешетчатой ар-
— 19 —
Рис. 15. Общий вид моста Кулибина через р. Неву (по старинной гравюре)
Рис. 16. Конструкция моста Кулибина (по чертежу из его сочинения) .
Фиг. ) — поперечный разрез половины пролетного строения моста у опор: фиг. 2 — бо-
ковой вид пролетного строения у опоры, фиг 3 — план половины пролетгого строения
у опоры; фиг. 4 — поперечный разрез всего пролетного строения по середине пролета;
фиг. 5—10 — детали соединений
— 20 —
кой. Выбор этой системы, оптимальной для конструкций боль-
ших пролетов, в сочетании с наивыгоднейшей для дерева
работой на сжатие элементов основной конструкции и ветровых
связей позволил Кулибину решить сопряжение брусьев в сты-
ках простым лобовым упором, а прикрепление слабо напряжен-
Рис. 17. Схемы многорешетчатой конструкции моста И. П. Кулибина, совре-
менных ему зарубежных конструкций и систем, появившихся впоследствии
а — мост Кулибина; б — система Файолэ; в — мост братьев Грубечман; г — тип немецких
и швейцарских мостов конца XVIII — начала XIX вв.; д — ферма Бурра; е — ферма Тауна;
ж — система Стефана
ной решетки — на болтах. Все это определило высокую эффек-
тивность решения в отношении затраты материалов и труда —
решения, рационального даже с точки зрения современных прин-
ципов конструирования.
Впервые предложенные Кулибиным многорешетчатые фермы
комбинированной системы послужили прототипом целого ряда
систем, появившихся впоследствии за границей, в частности, на-
— 21 —
пример, комбинированных ферм Бурра в Америке в 1804 г.
(рис. 17,d), балочных многорешетчатых дощатых ферм,запатен-
тованных Тауном, — там же в 1820 г. (рис. 17,е). Кулибину,
опубликовавшему свою работу в 1799 г., принадлежит приоритет
использования многорешетчатой системы для основных несу-
щих д. к.
Многорешетчатые системы, широко применяемые в д. к. до
настоящего времени (см., например, рис. 17, ж, а также рис. 18,
25, 26 и ДР-)> подобно арочным и подкосным конструкциям яв-
Рис. 18. Мост через р. Пскову в Пскове с фермами типа Тауна пролетом в
свету 42,7 м, построенный М. Я- Краснопольским в 1849 г и эксплуатировав-
, шийся до 1900 г.
ляются яркой иллюстрацией жизненности систем, хорошо отве-
чающих конструктивным свойствам дерева. Последнее слабо
сопротивляется усилиям, направленным поперек волокон, что
затрудняет конструирование узлов сквозных д. к. Многорешетча-
тые системы дают возможность существенно увеличить число
узлов и площадь прикрепления решетки к поясам и легко вос-
принять усилия, которые возникают между поясами и решеткой,
особенно в д. к. больших пролетов, где эти усилия достигают
значительной величины.
Иллюстрацией успешного применения многорешетчатой си-
стемы в русском мостостроении может служить крытый мост
через р. Пскову в Пскове с дошатыми фермами типа Тауна
(рис. 18) на дубовых нагелях. В постройке как этого, так и дру-
о 9 _
гих крытых мостов (через Тверецкий канал — в 1788 г., через
р. Мету—в 1842 г.) выразилось стремление к обеспечению дол-
говечности д. к., что представляет собой третий, радикальный
путь экономии древесины в мостах. Длительный срок службы
крытых мостов показывает, что для предупреждения гниения и
для обеспечения долговечности д. к. решающее значение имеют
конструктивные мероприятия.
С конца XVIII в. началось разложение феодально-крепостни-
ческого строя в России. Возникновение товарно-денежного хо-
зяйства, нуждавшегося в расширении внутреннего рынка и
внешней торговли, требовало развития путей сообщения, особен-
Рис. 19. Арочный мост через р. Нарву с пятью пролетами в свету по 24 м,
построенный инж. Бульмерингом в 1829 г. (вид после капитального ре-
монта опор в 1908 г.)
но железных дорог, постройка которых в России началась во
второй четверти XIX в. Транспортное строительство обусловило
интенсивное развитие мостостроения.
В мостостроении этого периода нашли применение почти все
основные системы деревянных мостов, в частности все системы
подкосных мостов, вплоть до наиболее сложных арочно-подкос-
ных, типичных для русского мостостроения.
Дальнейшее развитие получили конструктивные формы ароч-
ных мостов сплошного составного сечения. Для конца XVIII —
начала XIX вв. типичны мосты с арками из вытесанных по дуге
брусьев, сплоченных на врубках косым (см. выше рис. 17, г) или
прямым зубом, характерными примерами которых у нас являют-
ся Каменноостровский, Нарвский (рис. 19), Волховский и дру-
— 23 —
гие мосты. Постепенно эта конструкция уступила место более
экономичным по расходу лесоматериала и «менее трудоемким
конструкциям на шпонках, примером которых может служить
замечательный по простоте и ясности конструктивной схемы
мост через р. Вепрж (рис. 20) с арками из гнутых брусьев, сое-
диненных цилиндрическими дубовыми шпонками и болтами. По-
строенный в первой половине 40-х годов XIX в., он был самым
большим в мире мостом с арками сплошного сечения. Развитие
Рис. 20. Арочный мост через р. Вепрж пролетом в свету 76,8 ж, построен-
ный инж. Панцером в начале 40-х годов XIX в.
лесопиления позволило применять менее трудоемкие арки из
гнутых плашмя досок с плотными сопряжениями на дубовых
нагелях, как, например, «Мнацакановский» мост пролетом 47 м,
построенный в 1851 г. через р. Куру в Тифлисе. Однако много-
слойные дощатые арки на податливых соединениях более дефор-
мативны, чем брусчатые, и менее устойчивы в отношении загни-
вания в открытых сооружениях. Эти недостатки полностью уст-
раняются лишь в современных клееных арках.
Новые перспективы развития инженерных конструкций от-
крылись в связи с возможностью применения в них прокатного
металла, и трудности, которые строители всегда испытывали при
стыковании растянутых деревянных элементов, естественно при-
вели к созданию в первой половине XIX в. смешанных металло-
деревянных ферм, что также является особенностью данной эпо-
хи. Подобно арочным и многорешетчатым системам закономерна
жизненность металлодеревянных конструкций, широко применя-
емых до наших дней. В рассматриваемый период они применя-
— 24 —
лись в России главным образом в мостостроении. Одним из при-
меров этого могут служить мосты многораскосной системы с
железными стойками-тяжами двухпутной Петербурго-Москов-
ской (ныне Октябрьской) железной дороги, построенной
в 1842—4851 гг. Крупнейшие из этих мостов — Веребьинский,
Мстинский и др. — представляли собой выдающиеся сооруже-
ния. Мост через овраг р. Веребьи с неразрезными фермами имел
девять пролетов по 54 м при высоте 49 м над уровнем воды; мост
Рис. 21. Мост через р. Мету на Петербурго-Мо-
сковской (ныне Октябрьской) железной дороге,
построенный в 1851 г.
через р. Мету (рис. 21) —девять пролетов по 61 м; через
р. Сходню — четыре таких же пролета.
Проектирование и строительство мостов явилось результатом
творчества славной плеяды русских инженеров—Мельникова,
Антонова, Журавского, Крафта, Крутикова и др. Среди них осо-
бое место принадлежит Дмитрию Ивановичу Журавскому
(1821—1891). В результате произведенных в 1845—1848 гг. ори-
гинальных теоретических исследований, сочетавшихся, как пра-
вило, с широкой экспериментальной проверкой результатов рас-
чета, Журавский предложил метод расчета ферм, запатентован-
ных Гау в Америке в 1840 г., и внес существенные улучшения
в их конструкцию. Американцы, не умея теоретически определять
усилия от напрузки в элементах системы, назначали размеры
всех раскосов и тяжей фермы одинаковыми. Журавский пока-
зал, что тяжи и раскосы, ближайшие к опорам, испытывают
большие усилия, чем те же элементы, расположенные в середине
пролета. Все это дает основания называть фермы данного типа
фермами Гау — Журавского.
Создав теорию расчета сквозных ферм, в том числе и нераз-
резных, примененных для Веребьинского моста (законченного
постройкой в начале 1851 г.), Журавский опередил в этом воп-
— 25 — .
росе зарубежных исследователей (за границей способ определе-
ния усилий в решетчатых фермах впервые был дан Кульманом
в 1851 г.).
В то время не было данных о механических свойствах оте-
чественных лесных пород. Д. И. Журавский проделал огромную
работу по изучению прочности древесины при растяжении, сжа-
тии, смятии и скалывании и дал первые научно обоснованные
нормы допускаемых напряжений. Результаты, полученные Жу-
равским при исследовании конструкций и материалов, легли в
основу проектирования всех упомянутых выше мостов.
Журавский не только проектировал мосты; под его непосред-
ственным руководством был построен Веребьинский мост. Ра-
циональные конструктивные мероприятия по защите от гниения
и впервые примененная в России пропитка под давлением эле-
ментов крупнейших мостов обеспечили срок службы Веребьин-
ского и Мстинского мостов в течение 30 лет.
Свой богатый опыт Журавский использовал при восстанов-
лении в 1869 г. сгоревших ферм трех пролетов Мстинского моста,
составив смелый проект производства работ с применением до-
щатых консольных подмостей оригинальной конструкции (см.
ниже, раздел IX).
Опубликовав результаты своих работ сначала в ряде статей
в 1850—1855 гг., а затем в капитальном труде «О мостах раскос-
ной системы Гау»1, удостоенном премии Академии наук, Журав-
ский приложил к нему «Замечания относительно сопротивления
бруса, подверженного силе, нормальной к его длине», получив-
шие известность и признание среди ученых и инженеров всего
мира. Эта работа по своему значению далеко выходила за пре-
делы вопросов деревянного мостостроения. В ней Д. И. Журав-
ский всесторонне осветил неизвестное до него явление скалыва-
ния при изгибе, вывел формулу для определения касательных
Рис. 22. Цепной мост пролетом в свету 93,3 м, построенный М. Я. Красно-
польским в 1853 г. через р. Великую в г. Острове с деревянными фермами
жесткости, замененными в 4926 г. стальными фермами
1 Ч. I в 1855 г., ч. II — в 1856 К
— 26 —
напряжений в брусе прямоугольного сечения и дал способ рас-
чета составной деревянной балки из брусьев на шпонках.
Выдающиеся научные труды и практическая деятельность
Д. И. Журавского дают право считать его одним из основопо-
ложников русской школы инженерных д. к.
Примером успешного применения в России ферм Гау — Жу-
равского в мостах под обыкновенную дорогу может служить
крытый мост пролетом 56 м через р. Пахру близ Подольска,
построенный в 1864 г. и просуществовавший 68 лет.
Рациональную форму металлодеревянных систем представ-
ляют висячие мосты с деревянной фермой жесткости. Несколько
крупных мостов такого типа — цепных и с проволочными кана-
тами [1] — было построено в России в середине XIX в. Один из
них через р. Великую в г. Острове изображен на рис. 22.
§ 4. ПРИМЕНЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В ЭПОХУ
КАПИТАЛИЗМА
До последней трети XVIII столетия, а в ряде стран и позже,
капиталистическое производство находилось на двух первых ста-
диях развития, которые характеризовались ручной техникой *.
На базе старой техники, основывавшейся на применении водяно-
го двигателя, оставались и такие отрасли промышленности, как
металлургия, лесопиление и др. В этих условиях дерево про-
должало играть ведущую роль в строительстве инженерных со-
оружений, в которых применялись в основном старые формы
несущих конструкций.
«Только крупная машинная индустрия вносит радикальную
перемену, выбрасывает за борт ручное искусство, преобразует
производство на новых, рациональных началах, систематически
применяет к производству данные науки»1 2. Переход от мануфак-
туры к машинной индустрии означал полный технический пере-
ворот в производстве. В России этот переход начался еще до
отмены крепостного права; крупная машинная промышленность
стала интенсивно развиваться после реформы 1861 г.
Это обусловило возможность широкого развития механиче-
ской обработки древесины и прежде всего — лесопильного про-
изводства. Появление на рынках большого количества дешевых
пиломатериалов создало предпосылки для применения в строи-
тельстве наряду с брусчатыми дощатых конструкций со свойст-
венными им средствами соединений на нагелях, гвоздях, а в
дальнейшем, в XX в., на кольцевых шпонках и шайбах.
1 Первая стадия — простая капиталистическая кооперация, вторая —ма-
нуфактура.
2 В. И. Ленин, Развитие капитализма в России. Сочинения, изд. 4-е,
т. 3, «тр. 477.
— 27 —
Одной из форм дощатых конструкций, появившихся за рубе-
жом в эпоху промышленного переворота, были многослойные
арки из гнутых плашмя досок, соединенных нагелями или бол-
тами и стянутых хомутами. Впервые такие арки были применены
французским инженером Эми1 в покрытии склада в Мараке
(рис. 23). Это решение представляет собой второй принцип обра-
зования составных деревянных криволинейных элементов; он
лежит в основе целого ряда конструктивных форм в дереве, в
том числе дощатых клееных д. к., которые появились в конце
XIX в. в Германии и которые требовали заводских условий про-
изводства из высушенных пиломатериалов.
Быстрое развитие во второй половине XIX в. древесиноведе-
ния и строительной механики создало теоретическую основу для
разработки методов расчета несущих конструкций, в том числе
и деревянных.
Наряду с этим благодаря успехам металлургии и заводского
производства металлических конструкций д. к. утратили во вто-
рой половине XIX в. ведущую роль в развитии инженерных
конструкций, уступив место металлическим конструкциям.
В конце XIX в. наряду с металлом и деревом для строительных
конструкций стали применять железобетон.
Однако дерево продолжали применять в конструкциях, что
объяснялось его экономическими преимуществами и высокими
техническими качествами. И не случайно с периодом промыш-
ленного подъема 90-х годов в России совпадает появление новых
дощатых форм конструкций.
«Рост торговли, фабрик, городов, железных дорог предъяв-
ляет спрос на совершенно иные постройки, непохожие ни по
своей архитектуре, ни по своей величине на старинные здания
патриархальной эпохи»2. Одной из наиболее ярких иллюстраций
этого ленинского положенияг^являются работы выдающегося
деятеля отечественной науки и техники Владимира Григорь-
евича Шухова (1853—1939) в области строительных конструк-
ций.
В отличие от описанных выше конструктивных форм, выкри-
сталлизовавшихся в течение столетий в определенные плоскост-
ные системы, Шухов в конце прошлого века выдвинул новую
идею легких и экономичных сетчатых пространственных конст-
рукций и с успехом применил их в 1896 г. на Всероссийской
художественно-промышленной выставке в Нижнем-Новгороде
в виде сетчатой железной водонапорной башни гиперболоидного
очертания, а также висячих и арочных сетчатых металлических
1 Идея этой конструкции принадлежит, цр-видимому, французскому ин-
женеру Сен-Фару, который в 1811 г. составил проект моста с гнутыми арками
через Рейн в г. Майнце и сделал его модель.
2 В. И. Ленин, Развитие капитализма в России. Сочинения, изд. 4-е,
т. 3, стр. 465.
— 28 —
покрытий павильонов. Пространственные сводчатые покрытия из
дерева пролетом от 12,8 до 21,3 м над рядом выставочных па-
вильонов В. Г. Шухов выполнил из нескольких слоев взаимно
перекрещивающихся тонких гнутых досок, уложенных плашмя и
сшитых гвоздями. Устойчивость сводов обеспечивалась наклон-
ными тяжами, распор воспринимался затяжкой (рис. 24). В этих
сводах впервые в истории д. к. деревянные дощатые элементы
выполняли одновременно функции несущей и ограждающей кон-
Рис. 24. Деревянное (пространственное сводча-
тое покрытие В. Г. Шухова
а — схематический разрез покрытия; б — схематиче-
ский план покрытия; в — деталь опорного узла А;
/ — металлические наклонные тяжи; 2 — средний слой
досок толщиной */2"; 3 — нижний слой досок толщи-
ной */2"; 4 — верхний слой досок толщиной Уг"
струкции.
Эти прогрессивные идеи и формы нашли впоследствии широ-
кое применение у нас и за границей (например, в так называе-
мых сечтатых покрытиях Цольбау)и получили дальнейшее раз-
витие в работах совет-
ских конструкторов в
виде двойных гнутых
сводов, безметальных
кружально - сетчатых
сводов арх. Песельника
и башен-градирен.
В мостостроении до-
щатые конструкции по-
лучили применение в
1897 г. в виде балочных
ферм русского инжене-
ра К. Э. Лембке
(рис. 25). Эта конструк-
ция, в которой дощатые
раскосы образуют
сплошную перекрест-
ную стенку, прикрепля-
емую к дощатым поя-
сам дубовыми нагеля-
ми-, по существу тоже
является разновид-
ностью многорешетчатой системы Кулибина. Конструкции систе-
мы Лембке наряду с другими типами д. к. широко применялись
в России .в период первой мировой войны 1914—1918 гг. в связи
с недостатком металла в стране.
В Германии в этот период в связи с острейшим дефицитом
металла дерево широко использовалось для различных соору-
жений (мостов, радиобашен, ангаров). Однако, разработка боль,
шого числа новых средств соединений и новых форм д. к. была
бесплановой, носила эпизодический, конъюнктурный характер и
определялась узкими интересами отдельных фирм. В связи с
этим большинство патентованных способов соединений и осно-
ванных на них систем не получили дальнейшего развития в строи-
тельстве.
— 30 —
Анализируя и оценивая развитие систем д. к. и способов сое-
динения их элементов в строительстве США (в XIX и XX вв.),
следует отметить характерную его особенность: заимствование,
повторение и производственное развитие известных систем и
средств соединений, как правило, уже применявшихся или пред-
ложенных ранее в других странах. Так, например, выше (см.
рис. 17) было показано, что многорешетчатая система Кулибина
явилась прообразом американских ферм Тауна и Бурра.
Рис. 25. Первый мост под обыкновенную дорогу с фермами системы
К. Э. Лембке пролетом 25,6 ж, построенный в <1897 г. через р. Колочу
у с. Бородино
Из Западной Европы строительными фирмами США были
заимствованы фермы на кольцевых шпонках, а также кружаль-
но-сетчатые и клееные д. к. Начиная с 30-х годов текущего сто-
летия конструкции этих типов получили в США широкое распро-
странение; особенно большое количество их было построено в
период второй мировой войны в 1939—1945 гг. Это строительство
не внесло чего-либо принципиально нового в развитие конструк-
тивных форм и методов расчета д. к. Вместе с тем следует отме-
тить высокий технический уровень современного заводского
производства и монтажа'д. к. в зарубежных странах (в США,
Англии и др.); в наибольшей мере это относится к производству
клееных и клеефанерных конструкций, получивших за послед-
ние годы широкое распространение.
— 31 —
§ 5. РАЗВИТИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЯ В СССР
После Великой Октябрьской социалистической революции
теория и практика применения д. к. получили новое развитие,
подчинявшееся интересам народного хозяйства и обороны
страны.
Небывалые масштабы и темпы строительства в период пер-
вых пятилеток поставили перед советскими конструкторами но-
вые инженерные задачи, для решения которых было недостаточ-
но опыта, накопленного русским деревянным строительством до
1917 г. Тем более нельзя было решить эти задачи на основе ино-
странного опыта; механический перенос к нам заграничных об-
разцов (таких, например, как гладкокольцевые шпонки) привел
к ряду неудач в строительстве. Необходимо было создать новые
виды д. к., новые приемы их расчета и конструирования.
Первые опыты применения новых конструктивных форм и
способов сопряжения были сделаны еще в восстановительный
период в связи со строительством Всероссийской сельскохозяйст-
венной выставки в 1923 г. Советскими конструкторами и архи-
текторами были разработаны новые, оригинальные решения д. к.
выставочных павильонов и' впервые была реализована идея ис-
пользования жесткости двойного дощато-гвоздевого настила для
обеспечения пространственной неизменяемости сооружений. Эта
идея в дальнейшем нашла широкое применение в конструкциях
покрытий, проезжей части мостов, кружал и т. п.
Новые формы д. к. получили дальнейшее развитие на строи-
тельстве ЦАГИ в 1925—1926 гг. Здесь впервые были использо-
ваны дощато-гвоздевые конструкции в виде двутавровых балок
и рам с перекрестной стенкой (рис. 26), получившие массовое
применение в строительстве в период первых пятилеток; тогда
же в кружалах мостов были применены трехшарнирные арки из
сегментных полуарок с перекрестной стенкой. Одним из приме-
ров применения дощато-гвоздевых конструкций за рубежом
(с использованием при этом перекрестных настилов в качестве
стенки горизонтальных связей) могут служить арочные кружала
пролетом 150 м железобетонного моста через р. Элорн во Фран-
ции, построенного в 1928—1930 гг. инж. Фрейсине (см. ниже
главу V девятого раздела).
В покрытиях зданий, мостах, вспомогательных сооружениях
широко применялись сегментные фермы и трехшарнирные арки
из таких ферм.
Впервые в истории строительства в Советском Союзе были
применены разнообразные формы пространственных дощато-
гвоздевых конструкций типа «оболочек». В основу всех этих
форм, выполнявшихся с дощатым, сплошным или разреженным
перекрестным настилом или стенкой, был положен принцип мно-
горешетчатой системы, что еще раз свидетельствует о жизненно-
сти и плодотворности конструктивных идей Кулибина.
— 32 —
Эти новые конструкции были разработаны коллективом со-
трудников ЦНИПС1 и изготовлены в виде тонкостенных2 и
ребристых3 сводов-оболочек (рис. 27), башен-оболочек высотой
20—30 м, тонкостенных — для градирен (рис. 28) и ребристых —
для водонапорных башен4, а также куполов-оболочек, первый из
Рис. 26. Дощато-гвоздевые 'рамы с перекрест-
ной стенкой, построенные в 1925—«1926 гг. и
существующие до настоящего времени
которых был построен в 1932 г. На рис. 29 изображены спарен-
ные ребристые своды-оболочки пролетом 100 м; стенка ребер
свода была также дощато-гвоздевой, многорешетчатой.
В процессе создания этих новых конструктивных форм воз-
никла необходимость в разработке новых методов их расчета.
1 Г. Г. Карлсеном, М. Е. Каганом, П. Н. Ершовым, В. М. Коченовым,
М. Ф. Ковальчуком, А. В. Леняшиным, И. А. Цыпленковым.
2 Впервые в 1931 г.
3 Впервые в 1934 г.
4 Те и другие пдстроены впервые в 1932 г.
3-2655 — 33 —
Рис. 27. Деревянный пятипролетный
свод-оболочка на одном из химиче-
ских комбинатов в СССР
Рие. 28. Тонкостенная башня-оболоч-
ка градирни, впервые построенная на
цементном заводе в Вольске в 1932 г.
и существовавшая до 1953 г.
Рис, 29, Ребристый свод-оболочка
пролетом 100 м
Здесь коллективом сотрудников ЦНИПС были в полной мере
развиты традиции Кулибина и Журавского, блестяще сочетав-
ших теорию с практикой. Благодаря тесной увязке теоретических
исследований с экспериментальной проверкой конструктивных
решений в СССР была создана (В. 3. Власовым, А. А. Гвозде-
вым, П. Л. Пастернаком и др.) прогрессивная теория расчета
конструкций типа оболочек, намного опередившая научные рабо-
ты в этой области за рубежом.
Описанные выше новые решения плоских и пространственных
дощатых конструкций на вязких гвоздевых сопряжениях пол-
Рис. 60. Крестовые кружально-сетчатые своды Песельника над открытым
павильоном, построенным в 1939 г. в Измайловском парке культуры и
отдыха
ностью отвечали не только потребностям, но и возможностям
строительства в начальный период индустриализации нашей
страны; они обеспечивали необходимые темпы и экономичность
строительства, были просты и доступны в производстве и на-
дежны в эксплуатации.
Оригинальным направлением в развитии сетчатых систем
покрытий В. Г. Шухова являются деревянные безметальные кру-
жально-сетчатые своды С. И. Песельника из косяков цельного
сечения (рис. 30), впервые осуществленные им в покрытии вагон-
3*
— 35 —
ного сарая на ст. Люблино Московско-Курской ж. д. в 1932 г.
В СССР построен также ряд кружально-сетчатых сводов и купо-
лов с узлами на болтах. Многие из этих конструкций эксплуа-
тируются до настоящего времени. Как показали проекты, приме-
нение кружально-сетчатых сводов и куполов из клеефанерных
косяков индустриального изготовления дает возможность увели-
чить пролеты сетчатых д. к. до 80—120 м. В СССР впервые были
построены деревянные сетчатые башни-градирни системы Шухо-
ва (рис. 31).
Наряду с разработкой дощатых конструкций в СССР созда’
ны новые прогрессивные формы брусчатых конструкций. В 1932 г.
В. С. Деревягиным разработана оригинальная и надежная кон-
Рис. 31. Сетчатая башня-градирня
системы Шухова высотой 35.74 м с
внутренним диаметром вверху 29,3 ж,
построенная на Орской ТЭЦ ® 1938 г.
и существующая до настоящего
времени
струкция составной безме-
тальной брусчатой балки на
дубовых пластинчатых наге-
лях (рис,. 32). Применение
балок Деревягина стало воз-
можным в годы индустриа-
лизации страны в связи с по-
явлением в строительстве
переносного электродолбеж-
ника. Успешное выполнение
второго пятилетнего плана и
ослабление дефицита метал-
ла в стране создали пред-
посылки к применению мно-
гообразных новых решений
металлодеревянных конст-
рукций в виде сборных круп-
ноблочных ферм с использо-
ванием в них балок Деревя-
гина для сжато-изогнутых
элементов и стали — для рас-
тянутых стержней. Фермы
Деревягина впервые были
применены в 1936 г.
Применение в годы до-
военных пятилеток новых
прогрессивных решений ха-
рактерно и для деревянного
мостостроения. Ряд автодо-
рожных мостов пролетом
52,5 м был построен с рацио-
нальными для больших пролетов полигональными балочными
фермами: из круглого леса — типа Гау — Журавского (1934—
1935 гг.), из пиленого леса на гвоздях — по проекту Ю. С. Льво-
ва (1935—1937 гг.) и др. В 1932—1934 гг. были построены первые
мосты комбинированной системы в виде гибкой арки с фермой
— 36
Рис. 32. Установка балок Деревягина, используемых в качестве основ-
ных прогонов покрытия на строительстве промышленного предприятия
в 1933 г.
Рис. 33. Автодорожный мост с фермами комбинированной системы, по-
строенный в 1934 г.
— 37 —
жесткости’, в том числе мост с тремя пролетами по 44 ж* *, ко-
торый эксплуатируется до настоящего времени (рис. 33).
Смешанные металлодеревянные системы получили дальней-
шее развитие при строительстве двухцепного моста пролетом
100 м, построенного в 1936 г. по проекту С. А. Цаплина.
Самобытны также пути развития в СССР средств соединения
элементов д. к. Об этом, в частности, свидетельствует использо-
вание обыкновенного проволочного гвоздя в качестве основного
способа сопряжения в дощатых конструкциях пролетом от 6 до
100 м, а также упомянутые выше пластинчатые нагели Деревя-
гина. Оригинальные вкладыши системы А. В. Квятковского [2]
были успешно применены на строительстве ряда мостов, преи-
мущественно железнодорожных. Изготовление пролетных строе-
ний на Пестовском комбинате с последующей перевозкой их
к месту установки (рис. 34) явилось одним из первых шагов на
пути перехода от построечного к заводскому производству д. к.
в годы индустриализации страны. Предложенные В. Г. Ленновым
в 1941 г. и доработанные в ВИА когтевые шайбы, а также ис-
следованные в ЦНИПС и ВИА уже в послевоенные годы
клеестальные шайбы2 дают новые решения оборно-раэбор-
ных узловых соединений сквозных д. к. индустриального изго-
товления.
Опыт довоенных пятилеток в области применения д. к. обес-
печил возможность эффективного использования их в период
Великой Отечественной войны.
В автодорожных мостах широкое распространение получили
дощато-гвоздевые балочные конструкции со сплошной перекрест-
ной стенкой пролетом 20—40 м (достигавшим в консольных мос-
тах 49 м) и двухшарнирные арки того же типа пролетам до
61 м.
В условиях военного времени для мостов больших пролетов
особенно рациональными оказались комбинированные системы
в виде арки с дощато-гвоздевой или сквозной фермой жестко-
сти. При возведении мостов строители применяли оригинальные
методы сборки и установки пролетных строений (рис. 35). В годы
войны, в условиях острого дефицита металла, еще раз выяви-
лось большое оборонное значение д. к.
Еще до Великой Отечественной войны в СССР были начаты
исследования в области разработки клееных строительных кон-
струкций. В тяжелых условиях военного времени эти исследова-
ния продолжались, причем в порядке опытного строительства
были применены почти все разновидности клееных д. к. — бал-
ки, арки, фермы. После войны клееные д. к. получили дальней-
1 На эффективность применения комбинированных систем в деревянных
мостах больших пролетов впервые было указано проф. Н. С. Стрелецким в ра-
боте, опубликованной еще в 1923 г.; дальнейшее развитие вопрос получил в
ряде работ советских конструкторов.
* Спроектирован н построен Л. А. Кондратьевым.
* Предложение А. Б. Губенко.
— 38 —
Рис. 34. Перевозка в 1928 г. первых, изготовленных на заводе, ферм же-
лезнодорожного моста пролетом 23,7 м на вкладышах системы А. В. Квят-
ковского
Рис. 35. Перевозка на понтонах к месту установки пролетного строения с
фермами комбинированной системы в 1944 г.
— 39 —
шее развитие. Были разработаны и изготовлены новые типы
клееных конструкций, начаты работы по их стандартизации Ч На
домостроительных комбинатах было впервые организовано мас-
совое производство клееных балок; примером серийного произ-
водства могут служить сборные конструкции зданий, изготовлен-
ные в 1952 г. для поселка строителей Дворца культуры и науки
в Варшаве.
Одним из основных условий экономической эффективности
применения древесины в капитальном строительстве является
повышение срока службы д. к.; при рациональном решении д. к.
этот срок измеряется многими десятками лет и даже столетиями;
поэтому научной разработке проблемы долговечности д. к. в
СССР всегда уделялось большое внимание.
Труды ученых ряда советских институтов: ЦАГИ, ВИАМ,
ЦНИПС, ЦНИИМОД, ВИА, Института леса, Академии наук
УССР, Института пути МПС, Ленинградской лесотехнической
академии и др. — внесли ценный вклад в советское древесинове-
дение. Передовая советская теория расчета деревянных оболо-
чек, составных деревянных стержней на податливых связях,
нагельных и гвоздевых соединений и др. определила ведущую
роль советской науки в области расчета д. к. На базе теоретиче-
ских и экспериментальных исследований материала и конструк-
ций в 1929 г. в СССР впервые были созданы систематические
нормы и технические условия проектирования и возведения д. к.
Последующее развитие этих работ и, в частности, исследование
влияния времени, температуры и влажности на физико-механи-
ческие характеристики древесины обеспечили возможность пере-
хода в 1955 г. к новым прогрессивным методам расчета д. к. по
предельным состояниям.
Широкий размах применения дерева в нашем строительстве
потребовал подготовки кадров специалистов. В ряде советских
вузов были организованы кафедры д. к., основателями которых
являются проф. В. Ф. Иванов — в Ленинграде, проф. П. Я. Ка-
менцев и проф. Г. Г. Карлсен — в Москве. Эти кафедры подго-
товили тысячи молодых специалистов; наряду с научно-исследо-
вательскими институтами они представляют собой центры науч-
ной работы в области д. к. В СССР создан ряд учебников [3—6],
систематических курсов [7], пособий [8, 9] и справочников [10]
по д. к.
§ 6. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ СОВЕТСКОЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ
ШКОЛЫ В ОБЛАСТИ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Своей основной задачей советская конструкторская школа
ставит прогрессивное, научно обоснованное и планомерное раз-
1 В 1951 г. группе советских ученых и инженеров за разработку и внедре-
ние в строительство клееных д. к. присуждена Сталинская премия. «Правда»
№ 75 (11912) от 16 марта 1951 г.
— 40 —
витие д. к. на базе непрерывного роста социалистического произ-
водства.
Она добивается комплексного решения всех вопросов, связан-
ных с обеспечением высокого эксплуатационного качества и ка-
питальности сооружений при одновременном снижении затраты
материалов, труда и времени.
При выборе тех или иных конструктивных форм советская
школа руководствуется научно обоснованными объективными
признаками соответствия принимаемого решения непрерывно
растущим потребностям нашей страны и прогрессивно разви-
вающимся возможностям социалистического производства. Вы-
являя основные формы развития д. к., она руководствуется не
конъюнктурными соображениями, а законом планомерного раз-
вития народного хозяйства.
Вместо сотен различных, (патентуемых фирмами за рубежом,
решений наша конструкторская школа путем типового проекти-
рования добивается максимального сокращения количества ти-
поразмеров элементов, их соединений и конструктивных реше-
ний в целях повышения эффективности механизации строитель-
ных процессов.
§ 7. ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
И ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ИХ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
В СССР
Направление дальнейшего развития деревянных строитель*
ных конструкций в СССР определяется исходя из решений
XXI съезда КПСС, утвердившего «Контрольные цифры разви-
тия народного хозяйства СССР на 1959—1965 годы». Чтобы ус-
пешно справиться с грандиозным планом капитального строи-
тельства, предусмотренным этими контрольными цифрами, не-
обходимо и дальше продолжать «курс на индустриализацию
строительства, превращение строительного производства в меха-
низированный поточный процесс сборки и монтажа зданий и
сооружений из крупноразмерных элементов и узлов, изготовляе-
мых на заводах».1 Это положение определяет направление даль-
нейшего развития как сборного железобетона, который является
основой современного индустриального строительства, так и кон*
струкций из других материалов, в том числе из дерева.
Индустриализация производства д. к. представляет основной
метод их прогрессивного развития; технико-экономической пред-
посылкой индустриализации являются типизация и стандартиза-
ция д. к. Вместе с тем индустриализация и механизация произ-
1 Н. С. X р у щ е в, О контрольных цифрах развития народного хозяйства
СССР на 1959—1965 годы. Доклад на внеочередном XXI съезде Коммунисти-
ческой партии Советского Союза 27 января 1959 года, Госполитиздат, 1959,
стр. 40—41.
4—2665
— 41 —
водства д. к. на всех этапах его, начиная с заготовки сырья, дают
возможность успешно решить народнохозяйственную задачу все-
мерной экономии древесины, поскольку «с увеличением объемов
капитального строительства все.более важное значение приобре-
тает экономия расходуемых в строительстве материальных и фи-
нансовых средств»...х.
При этом используются все три, охарактеризованные выше,
пути экономии древесины, поскольку:
1) индустриализация производства д. к., сводя к минимуму
потери древесины при ее заготовке и обработке, в то же время
обеспечивает возможность наиболее полного использования от-
ходов для изготовления изоляционных, облицовочных материа-
лов и пр.;
2) индустриальное производство1 2 прогрессивных форм д. к.
из стандартных элементов обеспечивает возможность целесооб-
разного отбора, а следовательно, и наиболее экономичного ис-
пользования лесоматериалов различных сортов;
3) индустриальное производство д. к. из высушенного лесо-
материала и применение необходимых конструктивных и хими-
ческих мероприятий по защите от гниения и пожарной опасности
обеспечивает долговечность д. к.
Предусмотренные семилетним планом быстрые темпы раз-
вития лесозаготовок в многолесных районах Сибири и Дальнего
Востока и ускоренное развитие производительных сил в восточ-
ных районах страны обусловливают широкие возможности и це-
лесообразность развития производства и применения д. к., в том
числе в жилищном строительстве, в отношении которого реше-
ниями партии и правительства устанавливается, что «в лесоиз-
быточных районах страны жилищное строительство должно
осуществляться преимущественно путем возведения деревянных
домов»3 в сочетании с несгораемыми кровельными, теплоизоля-
ционными и облицовочными материалами.
Рост производства пластмасс и синтетических смол (служа-
щих основой высокопрочных водостойких клеев) в предстоящем
семилетии в 7 раз и существенное увеличение производства фа-
неры создают благоприятные предпосылки для развития наибо-
лее прогрессивных видов индустриальных д. к.
Ценные строительные свойства древесины определяют и обла-
сти эффективного ее использования.
1 Контрольные цифры развития народного хозяйства СССР на 1959—
1965 годы. Тезисы доклада товарища Н. С. Хрущева на XXI съезде КПСС,
Господ итиздат, 1958, стр. 70.
2 Осуществляемое в специализированных цехах деревообрабатывающих
и домостроительных комбинатов, на производственных предприятиях строи
тельных трестов и т. п.
3 «О развитии жилищного строительства в СССР». Постановление Цент-
рального Комитета КПСС и Совета Министров СССР, принятое 31 июля
1957 года, Госполитиздат, 1957, стр. 16.
— 42 —
Малый объемный вес сухой древесины при сравнительно
большой прочности ее (вдоль волокон) делает целесообразным
применение д. к. в покрытиях малоэтажных гражданских, про-
мышленных и сельскохозяйственных зданий, поскольку в них
наряду с наиболее полным использованием лучших свойств су-
хой древесины легче всего осуществить конструктивные меры
борьбы с гниением. В ограждающих частях отапливаемых зда-
ний при этом хорошо используется малая теплопроводность су-
хой древесины поперек волокон. Химическая стойкость сухой
древесины оправдывает преимущественное применение безме-
тальных и особенно клееных деревянных конструкций для по-
крытий сухих химических цехов и складов.
Одной из областей эффективного применения д. к. является
сборное малоэтажное жилищное строительство^. Соответственная
отрасль домостроительной индустрии должна служить основной
производственной базой для поточного изготовления стандарт-
ных строительных деталей и для серийного изготовления клее-
ных д. к.
Применение д. к. целесообразно в однопролетных одноэтаж-
ных зданиях (ангарах-мастерских, летних театрах, выставочных
павильонах, крытых спортивных стадионах и т. п.), а также в
складских зданиях, навесах и пр. при расрредоточенном распо-
ложении их. ?
Разработанные советскими учеными новые высокоэффектив-
ные скоростные способы защиты древесины от гниения позволя-
ют применять д. к. и в открытых сооружениях, не защищенных
от атмосферного увлажнения — в мостах и эстакадах, мачтах и
башнях различного назначения (радиомачтах, опорах линий
электропередач, башнях-градирнях и пр.), в спортивных соору-
жениях (например, лыжных трамплинах) и т. п. Развитие про-
изводства водостойких клееных д. к. и, в частности, клееных свай
любых (практически необходимых) размеров поперечного сече-
ния и длины открывает новые возможности использования д. к
в транспортном и гидротехническом строительстве.
Доступность заготовок и первичной обработки древесины
местных лесов с применением подвижных средств механизации
и возможность сборки и возведения д. к. в любое время года, а
также эффективность повторного использования легких, транс-
портабельных деревянных блоков и клеефанерных щитов для
сборно-разборных д. к. определяют целесообразность примене-
ния д. к. во временных и вспомогательных сооружениях и легких
зданиях инвентарного типа.
Высокие темпы развития в СССР производства сборных же-
лезобетонных конструкций и деталей позволят уже в ближай-
шее время избежать применения д. к. в сооружениях, где дре-
весина не может быть эффективно использована, например в
многоэтажном городском строительстве, конструкциях горячих
цехов, промышленных зданиях с большими крановыми нагруз-
4*
— 43 —
ками, плоских покрытиях большой протяженности, помещениях
с повышенной эксплуатационной влажностью, подземных соору-
жениях постоянного типа и т. п., т. е. в сооружениях, в которых
слабо используются преимущества строительной древесины и
затруднены мероприятия по защите древесины от возгорания или
от переменного увлажнения и гниения.
В новых условиях развития народного хозяйства СССР про-
грессивное совершенствование производственной базы механизи-
рованного и частично автоматизированного изготовления дере-
вянных строительных деталей и конструкций ориентировано на
экономию миллионов тонн стали, цемента и древесины, на даль-
нейшее ускорение темпов строительства и повышение производи-
тельности труда.
Оно открывает новые возможности повышения качества и ка-
питальности д. к. и повышения экономической эффективности
использования в строительстве конструкционной древесины, это-
го ценного природного полимера, сотни миллионов кубических
метров которого ежегодно возобновляются в лесах нашей Ро-
дины.
Раздел первый
Дерево —строительный материал
Глава I
СЫРЬЕВАЯ БАЗА ПРИМЕНЕНИЯ ДЕРЕВА
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
§ 8. ЛЕСА СОВЕТСКОГО СОЮЗА
Леса Советского Союза занимают площадь около 700 млн. га*.
Более 90% этой площади находится в пределах РСФСР, что
составляет около 40% всей территории республики. Распределе-
ние лесов по стране неравномерно. Основные лесные массивы
находятся к востоку от Урала: площадь лесов Сибири, включая
Дальний Восток, составляет 73% всей площади лесов СССР.
Общий запас лесонасаждений составляет примерно
61 млрд. м3. Распределение площади лесов СССР по основным
породам приблизительно таково: лиственница — 36%, сосна —
20%, ель и пихта—16%, береза—13%, кедр—4%. Преобла-
дающими породами являются хвойные, занимающие 72% всей
площади лесов. В отдельных районах страны имеют преимущест-
венное распространение: лиственница — в Восточной Сибири,
береза, являющаяся основным сырьем для фанерной промыш-
ленности,— в Западной Сибири, ель—на северо-востоке Евро-
пейской части СССР и т. д.
Производительность лесов оценивается расчетной лесосекой,
характеризующей оптимальный размер среднегодовой вырубки
* Статистический сборник. Лесная промышленность СССР, Гослесбумиз-
дат, М. — Л., 1957.
Статистический сборник. Народное хозяйство СССР, Госстатиздат,
М„ 1956.
— 45 —
леса, исходя из лесорастительных и экономических условий рай-
онов. В настоящее время вырубка по СССР в целом составляет
20—25% расчетной лесосеки. Она колеблется от 6% (Восточная
Сибирь) др 150—250% (Белорусская ССР, Литовская ССР).
Контрольные цифры развития народного хозяйства СССР на
1959—1965 гг. предусматривают вывозку деловой древесины
в 1965 г. в объеме до 275—280 млн. м3 и производство пилома-
териалов— до 92—95 млн. м3. При этом в многолесных райо-
нах Севера и Сибири намечено увеличение объема лесопиления
за 7 лет в 1,8 раза. Предусматривается лучшее использование
древесины и переработка круглого леса в районах лесозаготовок
с тем, чтобы значительно сократить перевозки древесины в необ-
работанном виде. Должно существенно возрасти целесообразное
использование отходов лесопиления, увеличиться производство
древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, фибролита,
фанеры, строительных деталей и стандартных домов.
§ 9. СТРОИТЕЛЬНАЯ ФАНЕРА
Древесина применяется в строительстве не только в своем
естественном виде (брусья, бревна, доски), а также в виде по-
луфабриката — строительной фанеры.
Строительная фанера состоит из 3, 5, 7, 9 или 11 слоев луще-
ного шпона, монолитно и водостойко склеенных между собой,
обычно при взаимно-перпендикулярном расположении волокон.
Фанера изготовляется из лиственных и хвойных пород. Наилуч-
шим сырьем для строительной фанеры является березовая дре-
весина, обладающая однородной структурой, высокой проч-
ностью и вязкостью. Далее идут ольха, осина, липа, бук, тополь,
сосна, кедр, ель, пихта в указанной качественной последователь-
ности.
Листы клееной фанеры обычно имеют толщину от 1,5 до
12 мм. Формат листа от 725X1220 мм и выше. Наиболее рас-
пространенный размер 1525X1525 мм. При помощи усового
соединения длина листа фанеры может быть любой.
Влажность клееной водостойкой фанеры, склеенной смоля-
ными клеями,— не более 12% и белковыми клеями — не более
15%.
Внешние слои фанеры называются рубашками, внутренние —
серединками.
В соответствии с ГОСТ 3916-55 установлено пять сортов фа-
неры по качеству А, АВ, В, ВВ, С.
Большие размеры фанерных листов и достаточная их толщи-
на (в фанерных березовых плитах до 45 мм) делают фанеру
ценным строительным листовым материалом, широко применяе-
мым для обшивки щитов стен и кровли, в производстве щитовых
дверей, клеефанерных щитов для наружных и внутренних стен
— 46 —
и потолков, панелей, в качестве опалубки при производстве бе-
тонных работ, для встроенной мебели и т. п. При этом фанера
эффективно используется и как конструкционный материал, об*
ладающий хорошими физико-механическими свойствами.
Физические и механические свойства фанеры отличаются от
свойств обычной древесины. В основном это отличие опреде-
ляется тем, что фанера представляет собой многослойный листо-
вой материал, значительно менее анизотропный, чем сама дре-
весина.
Прочность натуральной древесины при растяжении попе-
рек волокон в десятки раз меньше, чем вдоль волокон. Проч-
ность многослойной фанеры при растяжении в обоих направ-
лениях почти одинакова, так же как и прочность ее при сдвиге
(срезе).
Для строительных целей должна применяться фанера,
обладающая определенными показателями прочности и водо-
стойкости клеевого шва, удовлетворяющими требованиям
СН 11-57(11].
Различают фанеру повышенной водостойкости марки ФСФ,
склеенную на водостойком клее типа фенолформальдегидных,
фанеру средней водостойкости марок ФК и ФБА, склеенную
карбамидными или альбумино-казеиновыми клеями, и фанеру
ограниченной водостойкости марки ФБ, склеенную белковыми
клеями. Последняя для строительных конструкций не должна
применяться.
Прочность фанеры зависит и от качества шпонов. Во всех
случаях сорт фанеры должен быть »не ниже ВВ_. Для наиболее
напряженных частей конструкций рекомендуется применение
фанеры сорта НВ с рубашками из шпона сорта не ниже Вис
серединками из шпона не ниже ВВ. Этот сорт фанеры отличает-
ся от других сортов тем, что пороки в шпонах для нее ограни-
чиваются не только в рубашках, но и в серединках.
Фанера марки ФСФ может применяться для защищенных от
атмосферных воздействий несущих конструкций в помещениях
с влажностью не выше 70%, для щитов кровель и стен с соот-
ветствующей защитой от увлажнения.
Фанера марок ФК и ФБА применяется для встроенной мебе-
ли, дверей, перегородок и других внутренних деталей зданий.
В открытых сооружениях, не защищенных от атмосферных
воздействий, и в опалубке должна применяться фанера повы-
шенной водостойкости с водостойкой окраской.
Данные, необходимые для расчета фанерных элементов д. к.,
приведены в третьем и четвертом разделах. Там же указаны
сведения о водостойкой бакелизированной фанере, используе-
мой в специальных конструкциях.
Производство клееной фанеры описано в § 171.
— 47 —
Глава II
СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ЕЕ ХИМИЧЕСКИЕ
И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
§ 10. СТРУКТУРА И СОСТАВ ДРЕВЕСИНЫ
Физические и механические свойства древесины определяют-
ся ее анатомическим строением и тонкой структурой ее клеточ-
ных оболочек.
Рис. 36. Микроструктура древесины хвойной по-
роды
тр. — трахеиды; о. п. — окаймленные поры; в. с. х. —
вертикальный смоляной ход; с. л. — сердцевинный луч;
г. с. — годичный слой; р. д. — ранняя (весенняя) дре-
весина; п. д. — поздняя (летняя) древесина
Основным элементом древесных хвойных пород (рис. 36) яв-
ляются трахеиды, которые занимают до 95% общего объема
древесины ствола. Трахеиды представляют собой вытянутые
вдоль ствола пустотелые отмершие клетки, проводящие воду от
— 48 —
корней к кроне; они придают древесине механическую прочность.
Длина трахеид от 2 до 5 мм, ширина 30—70 р, толщина стенок
Трахеид в ранней части годичного слоя 2—3 ц, в поздней 5—7 р,
что определяет значительно большую прочность поздней древе-
сины по сравнению с ранней. Другим структурным элементом
являются сердцевинные лучи, которые в хвойных породах зани-
мают около 7%, в лиственных—18% полного объема древеси-
ны. Клетки их имеют радиальное направление.
Рис. 37. Схема строения клеточной оболочки
а — поперечный разрез клетки; б — разрез по стейке
клетки (по £> — В 1 — межклеточное вещество; 2 — пер-
вичный слой; 3 — вторичный слой; 4 — третичный слой;
в — вид на оболочку сбоку: расположение фибрилл в
разных слоях толщиной по 0,5 Р-
Для строения лиственных пород характерно наличие водо-
проводящих клеток-сосудов и клеток либриформа (древесные
волокна); последние занимают до 75% всего объема древесины,
имеют толстые стенки и придают прочность стволу.
Оболочка (стенка) клетки состоит из трех основных слоев
(рис. 37): наружного тонкого первичного слоя, окруженного
межклеточным веществом, вторичного слоя, имеющего большую
толщину и массивность, и внутреннего третичного тоже тонкого
слоя.
Первичный и вторичный слои построены главным образом из
целлюлозы, но в них содержится и лигнин; целлюлоза и лигнин
представляют в них как бы две взаимно проникающие системы.
В третичном слое лигнина нет.
Механическая прочность древесины определяется наличием
массивного вторичного слоя. Вторичный слой в свою очередь
состоит из ряда концентрических слоев: более плотных (светлых)
и менее плотных (темных). Предполагают, что в более светлых
слоях преобладает целлюлоза, а в более темных — лигнин. Каж-
дый из вторичных слоев состоит из тончайших нитей — фибрилл,
— 49 —
расположенных спиралеобразно (под углом 0—30°) вдоль оси
волокна (рис. 37). В наружных слоях направление фибрилл поч-
ти перпендикулярно оси волокна. Фибриллы состоят из опреде-
ленных прупп макромолекул.
Спиральное строение вторичных слоев, подобное строению
стального троса или витого пенькового каната, определяет, по-
видимому, значительную прочность их на растяжение.
Древесина состоит из органических веществ, в состав кото-
рых входят углерод (С), водород (Н), кислород (О) и немного
азота (N). Независимо от породы в абсолютно сухой древесине
в среднем содержится 49,5% углерода, 6,3% водорода и 44,2%
кислорода (вместе с ~ 0,12% азота). Кроме органических ве-
ществ, в состав древесины в незначительном количестве входит
ряд минеральных веществ. Входящие в состав древесины хими-
ческие элементы образуют сложные органические вещества,
часть которых составляет клеточную оболочку: целлюлоза, лиг-
нин, гемицеллюлозы, а другая часть содержится в полостях
клеток: дубильные, красящие вещества, смолы, эфирные масла.
В среднем можно принять, что в древесине хвойных пород содер-
жится 48—56% целлюлозы, 26—30% лигнина и 23—26% геми-
целлюлоз. Древесина лиственных пород содержит несколько
меньше целлюлозы и лигнина и больше гемицеллюлоз. Таким
образом, основными химическими элементами древесины явля-
ются целлюлоза, ее производные и лигнин.
Целлюлоза состоит из длинных цепных молекул. Существуют две теории
строения целлюлозы: мицеллярная теория и теория аморфного строения. Мицел-
лы представляют собой пучок правильно расположенных, параллельных друг
другу цепных молекул и имеют форму и свойства кристаллов. Мицеллы груп-
пируются в мицеллярные ряды, которые состоят из кристаллических участков
(мицелл), чередующихся с участками аморфного вещества между ними. Совре-
менная мицеллярная теория предполагает существование в целлюлозе не только
кристаллических областей, но и аморфных. Теория аморфного строения целлю-
лозы отвергает наличие мицелл и предполагает дезориентированное расположе-
ние цепей. Проведенные в последнее время с помощью электронного микроско-
па исследования природного волокна рами показали, что в природной целлю-
лозе этой породы имеются геометрически упорядоченные области с микрокри-
сталлическим строением.
§ 11. ВЛАГА В ДРЕВЕСИНЕ
Влажность древесины, т. е. количество содержащейся в ней
воды, существенно влияет на ее физические и механические свой-
ства и в ряде случаев определяет ее пригодность для тех или
иных строительных целей.
Содержащаяся в древесине вода частью заполняет внутрен-
ние пустоты, т. е. каналы сосудов, полости клеток и межклеточ-
ные пространства, и называется свободной влагой, частью же
пропитывает оболочки клеток и называется гигроскопической
или связанной влагой. Связанная влага занимает межмицелляр-
— 50 —
ные пространства и является частично коллоидно-связанной с ве-
ществом дерева. Свободная и гигроскопическая влага могут быть
удалены из древесины путем сушки. Химически связанная вла-
га, входящая в состав веществ, образующих древесину, может
быть удалена лишь при химической переработке древесины.
Максимальное количество гигроскопической влаги мало зави-
сит от породы дерева и составляет около 30% * при температу-
ре 20°. При такой влажности, называемой точкой насыщения
клеточных оболочек, или точкой насыщения волокон, влага пол-
ностью насыщает стенки клеток и дальнейшее увеличение влаж-
ности может происходить только за счет свободной влаги, т. е.
путем заполнения пустот в древесине. Точка насыщения кле-
точных оболочек является пределом гигроскопичности, так как
соответствует максимальному ко-
личеству влаги, которое может
быть поглощено древесиной при вы-
держивании ее в воздушной среде,
насыщенной парами воды. При из-
х менении влажности от нуля до точ-
ки насыщения клеточных оболочек
изменяются объем древесины и ли-
нейные размеры элемента. Увеличе-
ние влажности в указанных преде-
лах сопровождается явлениями раз-
бухания, а уменьшение—явлениями
усушки. Причиной сжатия древеси-
ны при высушивании является уда-
ление воды из промежутков между
цепными молекулами целлюлозы и
Рис. 38. Деформации древеси-
ны при (усушке
Дг-З-т-6%; Д^-б-г-12%)
гемицеллюлозы, которые вследствие
этого сближаются. Обратное явление вызывает разбухание. Сжа-
тие при «высушивании и набухание при увлажнении волокон
всегда проявляются в поперечном направлении и почти не наб-
людаются в продольном. Чем плотнее древесина, т. е. чем"больше
ее объемный вес, тем больше усушка и разбухание.
Соответственно различны усушка и разбухание у поздней
(более плотной) и у ранней древесины. Величина усушки различ-
на также в различных направлениях: она больше в тангенциаль-
ном (6—12%) и меньше в радиальном (3—6%) направлении по-
перечного сечения ствола. Следствием такой неравномерности
усушки является коробление досок при высыхании (рис. 38). При
увеличении влажности свыше точки насыщения волокон, когда
влага занимает полости клеток, дальнейшего разбухания не про-
исходит.
Свежесрубленная древесина содержит 80—100% влаги, при-
чем у хвойных пород влажность заболони в 2—3 раза больше
* Процентное отношение веса воды к весу абсолютно сухой древесины.
— 51 —
влажности ядра. Влажность сплавной древесины доходит
до 200%.
Содержание гигроскопической влаги определяется прямыми»
показанными на рис. 39.
Древесина для строительных деталей (окна, двери, полы
и. т. п.) и в особенности для клееных конструкций должна со-
держать влаги не более 8—15% •
в арии а льнов дабле hup водяного пара в кг/м
Температура Оребесины О град.
Ри^. 39. Равновесное гигроскопическое влагосодержание древесины
Отсюда вытекает необходимость сушки древесины. Естествен-
ная сушка требует большого времени; так, например, для высу-
шивания доски толщиной 50 мм в летнее время в средней полосе
СССР до влажности 20% требуется 30—40 суток. Искусственная
сушка в обычных сушилках сокращает срок сушки такой до-
ски до 5—6 суток, а сушка при повышенных температурах
(/>100°)—до 0,6—0,8 суток. Конечная влажность древесины
должна соответствовать, во избежание коробления, ее равновес-
ной влажности в условиях эксплуатации, зависящей от влаж-
ности и температуры воздуха (рис. 58).
— 52 —
§ 12. ХИМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ДРЕВЕСИНУ
И НА ДЕРЕВЯННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗДАНИЙ
Из двух основных компонентов древесины — целлюлозы и
лигнина — целлюлоза является химически более стойким ве-
ществом, не растворимым во многих обычных растворителях:
воде, ацетоне, эфире, спирте и др. Целлюлоза растворяется
в аммиачном растворе окиси меди и в концентрированном
растворе хлористого цинка.
Действие минеральных кислот на древесину тем активнее, чем
выше их температура и концентрация. При обычной темпера-
туре плавиковая, фосфорная и соляная (низкой концентрации)
кислоты не разрушают древесину. Серная кислота при концен-
трации более 5% и в особенности азотная разрушают древесину
и при низких температурах. На действии минеральных кислот
основан гидролиз древесины, при котором целлюлоза в конеч-
ном итоге превращается в сахар. На этом процессе основано
производство из древесины ряда продуктов: кормового сахара,
винного спирта, дрожжей, кристаллической глюкозы. Большин-
ство органических кислот при обычной температуре не действует
на древесину: она устойчива к уксусной, муравьиной, лимонной
и другим кислотам. Горячие же растворы органических кислот
вызывают распад древесины. Растворы едких щелочей и аммиа-
ка оказывают разрушающее действие, в особенности при увели-
чении концентрации и температуры. На обработке целлюлозы
концентрированным раствором едкого натра и сероуглеродом
основано получение вязкой жидкости — вискозы, из которой вы-
рабатывается искусственное вискозное волокно.
Газовые среды, например серный или сернистый ангидриды,
вредно действуют на древесину при наличии увлажнения и по-
вышенной температуры, переходя в соответствующие кислоты.
Лигнин химически менее стоек, чем целлюлоза, он может быть
растворен горячими кислыми или щелочными растворами, на
чем основано промышленное производство целлюлозы.
Из изложенного видно, что разрушающее действие ряда хи-
мических реагентов наблюдается главным образом при повы-
шенной их концентрации и при повышенных температуре и
влажности древесины. При отсутствии указанных условий древе-
сина в конструкциях и деревянных частях здания во многих
случаях является более стойкой, чем металл или железобетон.
Для защиты от химических воздействий могут быть рекомен-
дованы следующие мероприятия: усиленная вентиляция с целью
снижения концентрации вредных газов в атмосфере помещения;
исключение конденсационного и непосредственного (например,
при протекании кровли) увлажнения древесины; защита дере-
вянных частей от чрезмерного нагрева и, наконец, поверхностная
обработка или пропитка древесины защитными составами: фе-
— 53 —
нолформальдегидными смолами (бакелитирование древесины),
парафинами, лаком этиноль, растворами каучука и пр.
§ 13. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
1. Объемный вес
Древесина имеет трубчато-волокнистое строение; объемный
вес ее зависит от количества пустот, толщины стенок волокон и
содержания влаги. Само древесинное вещество для всех пород
имеет почти постоянный объемный вес, равный _в среднем 1,54.
Однако плотность древесины, т. е. содержание древесинного ве-
щества в единице объема, различна даже в пределах одной и
той же породы.
Наибольшую плотность имеет древесина поздней части го-
дичного слоя, поэтому при прочих равных условиях чем больше
процент поздней древесины, тем выше объемный вес.
Данные испытаний показывают тесную связь объемного веса
с механической прочностью древесины: древесина с большим
объемным весом обладает большей прочностью.
Объемный вес в сильной степени зависит от влажности, по-
этому сравнение объемных весов древесины различных пород
следует производить только при одной и той же стандартной
влажности — 15%.
В приложении 1 приведены расчетные объемные веса дре-
весины различных пород.
2. Термическое расширение
Линейное расширение при нагревании, характеризуемое ко-
эффициентом линейного расширения, в древесине различно
вдоль волокон и под углом к волокнам. Коэффициент линейного
расширения вдоль волокон составляет всего (3 5) 10-6, т. е.
в 2—3 раза меньше, чем для металла, благодаря чему в деревян-
ных зданиях и сооружениях можно не устраивать температур-
ных швов. В поперечном направлении изменение линейных раз-
меров в 7—ilO раз больше.
3. Теплопроводность
Вследствие пористого строения древесина плохо проводит
тепло. Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем
поперек волокон (табл. 1). Плотная и влажная древесина более
теплопроводна, чем менее плотная и сухая. Малая теплопровод-
ность древесины поперек волокон обусловливает широкое при-
менение ее в ограждающих частях отапливаемых зданий; в связи
с этим толщина деревянных стен значительно меньше, чем кир-
пичных: брус толщиной 15 см эквивалентен по теплопроводности
кирпичной стене толщиной в 2,5 кирпича.
— 54 —
Таблица 1
Теплопроводность некоторых материалов
Наименование материалов X в ккал1час м град
Сосна и ель поперек волокон в наружных конструкциях (7=600 кг/м3) 0,15
То же, во внутренних перегородках (у=500 кг/м3) 0,12
Сосна и ель вдоль волокон в торцовых на- стилах, защищенных от дождя (7=600 кг]м3) . Кирпичная кладка в наружных стенах . . 0,33
0,70
Железобетон . . . —1,00
Глава III
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
И ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ
ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
§ 14. ВЛИЯНИЕ АНИЗОТРОПИИ. ДЛИТЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
ДРЕВЕСИНЫ
Для правильного назначения размеров элементов деревянных
конструкций необходимо знать прочность досок, брусьев и бре-
вен при различных силовых воздействиях. Прочность их зависит
от прочности древесины и размера пороков, в основном сучков,
ослабляющих сечение.
Благодаря особенностям своего строения древесина является
анизотропным материалом, ее механические свойства различны
в разных направлениях и зависят от угла между направлением
действующего усилия и направлением волокон. При совпаде-
нии направления силы и волокон древесины прочность достигает
максимального значения; она в несколько раз меньше, если сила
действует под большим углом к волокнам (рис. 43). Определе-
ние предела прочности производится путем испытания на маши-
нах стандартных образцов, выполняемых из чистой, без всяких
пороков, древесины (рис. 40). Испытания показывают значитель-
ный разброс показателей прочности даже в, пределах одной и
той же породы. Это объясняется неоднородностью древесины,
связанной с особенностями анатомического строения. Так, на-
пример, у хвойных пород, наиболее широко применяемых в
строительстве, прочность поздней древесины в 2—3 раза выше
прочности ранней древесины. Содержание же поздней древеси-
— 55 —
ны и толщина стенок ее трахеид различны. Чем толще стенки
трахеид и чем больше процент поздней древесины, тем больше
объемный вес древесины и тем выше ее прочность.
Опыты устанавливают прямую пропорциональность между
пределом прочности и объемным весом древесины. Абсолютная
величина ширины годовых слоев также влияет на прочность:
как слишком узкие, так и слишком широкие годовые слои ха-
рактеризуют пониженную прочность древесины.
Рис. 40. Стандартные образцы для определения пределов прочности древеси-
ны по ГОСТ 6336-52
а — растяжение вдоль волокон; б — поперечный изгиб; в — сжатие вдоль волокон?
г — скалывание вдоль волокон; д — смятие поперек волокон
Кроме того, древесина принадлежит к тем материалам, на
прочность которых большое влияние оказывает скорость при-
ложения нагрузки или продолжительность ее действия. При
быстром приложении нагрузки предел прочности выше. Опыты
показывают, что если серию одинаковых деревянных образцов
загрузить (например, на изгиб) различной по величине постоян-
ной нагрузкой, то разрушение их произойдет через разные про-
межутки времени: чем больше нагрузка (напряжение), тем
скорее разрушится образец; при этом может оказаться, что часть
образцов вообще не разрушится, как бы долго ни действовала
— 56 —
нагрузка. Если результаты таких испытаний изобразить графи-
чески в координатах предел прочности — время до разрушения
(рис. 41), получим асимптотическую кривую, по которой можно
определить, сколько времени пройдет от начала нагружения до
разрушения образца, находящегося под тем или иным напря-
жением. Асимптотический характер кривой показывает, что
предел прочности хотя и падает, но не безгранично: он стремит-
ся к некоторой постоянной величине одлит, равной ординате
асимптоты кривой. Кривая по рис. 41 носит название кривой
Рис. 41. Кривая длительного сопротивления дре-
весины
длительного сопротивления древесины, и ордината адлит —
предела длительного сопротивления древесины. Величина адлит
характеризует то предельное (максимальное) значение напря-
жения (или нагрузки), под действием которого образец не раз-
рушится, как бы долго нагрузка ни действовала. Асимптота на
кривой длительного сопротивления делит весь диапазон измене-
ния нагрузки на две области: область ниже асимптоты
с сг<аДЛИт, в которой разрушение образца не произойдет как
бы долго ни действовала нагрузка, и область выше асимптоты
с ог>сгДЛИт, где разрушение с течением времени неизбежно и где
оно жроизойдет тем скорее, чем больше о превышает одлит.
Асимптотический характер кривой длительного сопротивления
справедлив и для других видов напряженного состояния древе-
сины.
Отмеченные выше две области кривой (рис. 41) различаются
также по характеру зависимости деформации от времени при
заданной величине действующей нагрузки (напряжения): при
напряжении а<одлит деформации с течением времени затуха-
— 57 —
ют, стремясь к некоторому пределу (рис. 42,а), а при
после некоторого уменьшения скорости деформаций на участке
в—г (рис. 42, б) наступает процесс развития деформаций е по-
стоянной скоростью на участке г—д. Далее, в момент време-
ни h начинается ускоренный рост деформаций, приводящий к
разрушению материала.
Как видно из рис. 42, древесина обладает свойством после-
действия (как в упругой, так и в неупругой области), т. е. роста
деформаций в течение некоторого времени после приложения на-
грузки. Последействие наблюдается на практике, например, в
виде провисания балок, находящихся долгое время под эксплуа-
тационной нагрузкой.
Рис. 42. Кривые деформации во времени
а — при »<ОДЛНТ ; б-при о»ДЛит
Длительное сопротивление является показателем действи-
тельной прочности древесины в отличие от предела прочности,
определяемого путем быстрых испытаний на машине стандарт-
ных образцов (рис. 40). Переход от предела прочности к величи-
не длительного сопротивления производится умножением преде-
ла прочности на коэффициент длительности, равный отношению
предела длительного сопротивления к пределу прочности. В на-
стоящее время, по опытным данным, коэффициент длительности
может быть принят равным 0,5—0,6. С другой стороны, опыты
показывают, что при очень быстром приложении нагрузки, со-
ответствующем, например, удару, предел прочности повышается
по отношению к величине длительного сопротивления в среднем
в 3 раза. Таким образом, относительная прочность древесины при
ее испытании с различной скоростью изменяется в пределах от
1 до 3.
Фактически деревянные конструкции находятся под совмест-
ным воздействием длительных (например, собственный вес),
ограниченно длительных (например, снег) и кратковременных
— 58 —
(наиример, ветер) нагрузок. Опыты показывают, что в этом слу-
чае предел прочности зависит от соотношения этих нагрузок и
изменяется от предела длительного сопротивления (при наличии
только постоянной нагрузки) до предела прочности, определя-
емого при стандартной скорости загружения — при действии
основных кратковременных нагрузок.
Случай преимущественного влияния постоянной нагрузки
специально учитывается в расчете (см. табл. 10).
В СССР первые систематические работы по исследованию
влияния продолжительности действия нагрузки на прочность
древесины были проведены Ф. П. Белянкиным, опубликовав-
шим их в 1931 и 1934 гг. В этих работах впервые даны пределы
длительного сопротивления для ряда древесных пород, произ-
растающих в СССР. Согласно Ф. П. Белянкину работа древе-
сины под непрерывно действующей нагрузкой, превышающей
длительную, может быть разделена на четыре периода дефор-
мирования (рис. 42, б): в первом периоде (О—в) деформация
нарастает почти мгновенно, во втором (в—г) рост деформаций
постепенно замедляется, в третьем (г—д) устанавливается по-
стоянная скорость деформаций, в четвертом (за точкой б) про-
исходит быстрое возрастание скорости деформаций и разруше-
ние элемента, Деформации, нарастающие с постоянной скоростью
на участке г~д> названы Ф. П. Белянкиным пластическими де-
формациями древесины.
Длительное сопротивление древесины .определяется опытным путем, как
это было описано выше при построении кривой длительного сопротивления, и
требует, следовательно, для получения достоверных данных большой продол-
жительности испытаний.
Для сокращения времени испытаний разрабатываются ускоренные методы
определения предела длительного сопротивления, доводящие продолжитель-
ность испытаний до нескольких дней или часов L
Кривая длительного сопротивления (рис. 41) в координатах о.— / при наи-
меньших отклонениях от опытных данных может быть выражена согласно
Н. Л. Леонтьеву эмпирическим уравнением: о=а Igf + &.
Здесь t — продолжительность действия нагрузки; о — величина длительного
сопротивления в процентах от предела прочности; а и b — коэффициенты, за-
висящие от породы древесины и вида действия сил. Это уравнение справедливо
и для зависимости между скоростью приложения нагрузки и пределом прочно-
сти. Для сосны, например, при статическом изгибе о = —6,3528 1g/4-109,6;
здесь t — в сек. В полулогарифмических координатах уравнение кривой дли-
тельного сопротивления представляет собой прямую линию, по которой удобно
для данной продолжительности действия нагрузки получить относительную
прочность древесины.
§ 15. РАБОТА ДРЕВЕСИНЫ НА РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ
И ПОПЕРЕЧНЫЙ ИЗГИБ
Предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон
в стандартных образцах (влажность 15%) имеет высокое значе-
ние: для сосны и ели он в среднем равен 1 000 кг!см2. Величина
1 Работы Ф. П. Белянкина, В. Ф. Яценко, А. М. Иванова и др.
— 39 —
модуля упругости 110 000—140 000 кг1см*. Наличие сучков и
присучкового косослоя значительно снижает сопротивление рас-
тяжению. Особенно опасны сучки на кромках с выходом на реб-
ро. Опыты показывают (табл. 2), что при размере сучков
в */4 стороны элемента1 предел прочности составляет всего 0,27
от предела прочности стандартных образцов. Отсюда видно, на-
сколько важен правильный отбор древесины по размерам сучков
для растянутых элементов конструкций.
Таблица 2
Результаты испытаний ЦНИПС на растяжение сосновых образцов
натуральной величины
Расположение и размер сучков Предел прочности в kzJcm2 Отношение пре- дела прочности крупных образцов к пределу проч- ности стандартных
средний колебания
На пласти при размере при- близительно:
b 329 400—220 0,35
Vs b На пласти вблизи кромки при размере приблизительно: 270 310-250 0,29
ь 254 400—180 0,27
*/з b 216 280-170 0,23
ЧгЬ 167 325-160 0,17
С выходом на кромку и ребро (до i/з Ь) 203 310-115 0,217
Мутовочные сучки на ребре с выходом на пласть (до */з &) — 100-70 0,107-0,076
П р и’м е ч а н и е. Размеры сечения 3 X 12 и влажность 12—23%. 5 X 20 см; b — ширина пласти*,
При ослаблении сечений отверстиями и врезками происходит
большее снижение прочности, чем дает расчет по площади нетто.
Здесь сказывается отрицательное влияние концентрации напря-
жений у мест ослаблений.
Опыты показывают также, что прочность при растяжении за-
висит от масштаба: прочность крупных образцов благодаря
большей неоднородности их строения меньше, чем стандарт-
ных.
При разрыве поперек волокон вследствие анизотропности
строения древесины предел прочности в 20—25 раз меньше, чем
при растяжении вдоль волокон. Следствием этого является боль-
шое влияние косослоя, при котором направление усилия не сов-
1 Максимально допустимый размер сучка в растянутых элементах по дей-
ствующим нормам не должен превышать 7< размера стороны элемента.
— 60 —
падает с направлением
волокон. Чем больше ко-
сослой, тем больше со-
ставляющая усилия, пер-
пендикулярная волокнам,
и тем меньше прочность
элемента (рис. 43).
Косослой является
вторым ио значимости
пороком, величина кото-
рого в растянутых эле-
ментах должна строго ог-
раничиваться Ч
Диаграмма работы
сосны на растяжение
(рис. 44, кривая а), в ко-
торой по оси абсцисс от-
кладывается относитель-
ная деформация е %о, а
по оси ординат относи-
тельное напряжение <р,
выраженное в долях от
предела прочности (так
называемая приведенная
диаграмма), при значени-
ях ф<0,5 имеет незначи-
тельную кривизну и в
расчетах может прини-
маться прямолинейной.
Величина <р=0,5 рассмат-
ривается при этом как
предел пропорциональ-
ности.
Разрушение при растя-
жении согласно работам
В. Е. Москалевой происходит
от разрыва стенок трахеид
поперек, иногда под углом к
оси клетки. Сдвига клеток от-
носительно друг друга не на-
блюдается, также не наблю-
дается и освобождения («вы-
таскивания») конца клеток,
разъединения их по срединно-
му слою. Областью наименьшего
сопротивления являются вто-
ричные слои стенок клеток, а
не срединная пластинка: связь
между волокнами прочнее сте-
ность (Древесины
Рис. 44. «Приведенная» диаграмма ра-
боты древесины сосны
а — при растяжении; б — при сжатии
1 Величина косослоя для растянутых элементов по действующим нормам
не должна превышать 7 см на 1 м длины.
— 61 —
нок клеток. Если же растворить лигнин и тем самым ослабить срединный
слой, характер разрушения меняется: при разрыве в первую очередь наблю-
дается освобождение кончиков трахеид. t
Испытания стандартных образцов на сжатие вдоль волокон
дают величину предела прочности в 2—2,5 раза меньшую, чем
при растяжении. Для сосны и ели при влажности 15% предел
прочности на сжатие в среднем равен 400 кг!см?, а модуль упру-
гости примерно такой же, как при растяжении. Влияние поро-
ков — сучков — меньше, чем при растяжении, и при допустимом
по нашим нормам для сжатых элементов размере сучков
в х/з стороны элемента прочность при сжатии составляет 0,6—0,7
от прочности бессучкового элемента тех же размеров. Кроме
того, в деревянных конструкциях размеры сжатых элементов
обычно назначаются из расчета на продольный изгиб, т. е. при
пониженном напряжении, а не из расчета на прочность. Благо-
даря указанным особенностям работа сжатых элементов в кон-
струкциях более надежна, чем растянутых. .Этим объясняется
широкое применение металлодеревянных конструкций, имеющих
основные растянутые элементы из стали, а сжатые и сжато-изо-
гнутые из дерева.
Приведенная диаграмма сжатия (рис. 44, б) при <р>0,5 более
криволинейна, чем при растяжении. При меньших значениях ф
криволинейность ее невелика, и она может приниматься прямо-
линейной до условного предела пропорциональности, равно-
го 0,5.
Прочность при сжатии вдоль волокон зависит от толщины стенок поздних
трахеид хвойных пород и либриформа лиственных: с увеличением толщины
стенок она увеличивается.
Разрушение начинается с продольного изгиба наиболее прочных и жестких
слоев поздней древесины, отклоняющихся в сторону более мягких слоев ран-
ней древесины. Механическому разрушению предшествует появление «линий
скольжения» во вторичных слоях оболочек, свидетельствующее о начале раз-
рушения. Затем происходит концентрация линий скольжения в определенных
местах и излом изогнутых трахеид.
Разрушение сопровождается появлением характерной склад-
ки (рис. 45), образуемой местным изломом волокон. При попе-
речном изгибе величина предела прочности занимает промежу-
точное положение между прочностью на сжатие и на растяже-
ние. Для стандартных образцов из сосны и ели при влажности
15% предел прочности при изгибе в среднем равен 750 кг]см.-.
Модуль упругости примерно такой же, как при сжатии и растя-
жении. Поскольку при изгибе имеется растянутая зона, влияние
сучков и косослоя значительно. При размере сучков в 1/з сторо-
ны сечения элемента (что допускается по действующим нормам
как максимум для изгибаемых элементов) предел прочности
составляет 0,5—0,45 от прочности бессучковых образцов. В
брусьях и особенно в бревнах это отношение выше и дохадит
— 62 —
до •,6—0,8. Влияние пороков в бревнах при работе на изгиб
вообще меньше, чем в пиломатериалах, так как в бревнах отсут-
ствует наблюдаемый в пиломатериалах выход на кромку пере-
резанных при распиловке волокон и
отщепление их в присучковом косо-
слое при изгибе элемента. Определе-
ние краевого напряжения при изгибе
по обычной формуле о= соответ-
ствует линейному распределению на-
пряжений по высоте сечения и дей-
ствительно в пределах небольших на-
пряжений (рис. 46, а). При дальней-
шем росте нагрузки и увеличении кри-
визны эпюра сжимающих напряжений,
в соответствии с диаграммой работы
на сжатие (рис. 44, кривая б), прини-
мает криволинейный характер (рис. 46,
б, в); одновременно нейтральная ось
сдвигается в сторону растянутой кром-
ки сечения. При этом фактическое
краевое напряжение сжатия меньше, а
растяжения больше вычисленных по
формуле.
Определение предела прочности по
формуле о= — удобно для сравни-
Рис, 45. Разрушение об-
разцов при сжатии
вдоль волокон
тельной оценки прочности различной древесины.
В стадии разрушения сначала в сжатой зоне образуется
складка, затем в растянутой происходит разрыв наружных воло-
Рис. 46. Эпюры напряжений в изгибаемом де-
ревянном элементе при увеличении нагрузки
до разрушающей
кон. Разрушение клеток в сжатой и растянутой зонах аналогично
разрушению при осевом сжатии и растяжении.
— 63 —
Опыты и теоретические исследования показывают, что ус-
ловный предел прочности при изгибе зависит от формы попе-
речного сечения. При одном и том же моменте сопротивления
он у круглого сечения больше, чем у прямоугольного, а у дву-
таврового сечения меньше, чем у прямоугольного [12].
С увеличением высоты сечения предел прочности снижается.
Все эти факторы учитываются в расчете введением соответству-
ющих коэффициентов в расчетное сопротивление (например,
при расчете двутавровых клееных балок; см. ниже § 72).
§ 16. РАБОТА ДРЕВЕСИНЫ НА СМЯТИЕ И СКАЛЫВАНИЕ
Различают смятие вдоль волокон, поперек волокон и под уг-
лом к волокнам. Прочность древесины на смятие вдоль волокон
(например, в стыках сжатых элементов) мало отличается от
прочности на сжатие вдоль воло-
кон, и наши нормы не делают раз-
личия между ними. Смятию попе-
рек волокон древесина сопротив-
ляется слабо. Смятие под углом
занимает промежуточное положе-
ние. Смятие поперек волокон ха-
рактеризуется <в соответствии с
трубчатой формой волокон зна-
чительными деформациями сми-
наемого элемента. После сплющи-
вания и разрушения стенок кле-
ток происходит уплотнение древе-
сины, уменьшение деформаций и
рост сопротивления сминаемого
образца (рис. 47).
В отличие от ранее рассмот-
ренных случаев судить о работе
Рис. 47. Диаграмма работы
древесины при смятии поперек
волокон
древесины на смятие (поперек
волокон приходится главным образом по величине допустимых
в эксплуатации (с учетом фактора времени) деформаций. За
Рис. 48. Смятие древесины поперек волокон
а — по всей поверхности; б — на части длины; в —
на части длины и части ширины
нормируемый предел здесь обычно принимается напряжение при
некотором условном пределе пропорциональности (рис. 47). Ве-
— 64 —
личина его имеет наименьшее значение при смятии по всей по-
верхности, она больше при смятии на части длины и максималь-
на при смятии на части длины и ширины (рис. 48). В двух по-
следних случаях на величине деформаций благопрятно сказы-
вается поддержка сминаемой площадки соседними не загружен-
ными участками древесины.
При смятии на части длины, как показывают опыты, под-
держивающее действие возрастает до достижения свободными
концами сминаемого эле-
мента длины, равной дли-
не площадки смятия, при-
чем сопротивление тем вы-
ше, чем уже сминающий
«штамп».
При смятии под углом
а величина оПр возраста-
ет с уменьшением угла и
опытные точки хорошо ук-
ладываются на эмпириче-
скую кривую, приведен-
ную на рис. 49.
Скалывание древесины
может происходить в плос-
кости, параллельной во-
локнам — в направлении
Вдоль волокон, поперек
волокон и под углом к во-
локнам. Предел прочности
при скалывании вдоль во-
локон, определяемый ис-
пытанием стандартных об-
разцов сосны и ели при
влажности 15%, составля-
ет 60—70 кг)см2, причем
разница между проч-
ностью на скалывание в
Рис. 49. Влияние угла между сминающей
силой и направлением волокон на сопро-
тивление древесины смятию
тангенциальной и ради-
альной плоскостях незначительна. Сопротивление скалыванию
поперек волокон и под углом к волокнам меньше, чем вдоль
волокон.
Как показывают теоретические и экспериментальные иссле-
дования, скалывающие напряжения распределяются по длине
площадки скалывания неравномерно; среднее напряжение, оп-
ределяемое по формуле тс> = — , меньше максимального напря-
Т7СК
жения. Средний предел прочности падает с увеличением длины
площадки скалывания и зависит от отношения длины !ск этой
площадки к плечу е приложения скалывающих сил (рис. 50»
5—2665
— 65 —
Рис. 50. Влияние отношения длины площадки скалывания к эксцентриците-
ту приложения скалывающей силы на величину напряжений скалывания
при разрушении образца
а — одностороннее скалывание; б — промежуточное скалывание
— 66 —
кривые /). При «одностороннем» скалывании (рис. 51, а) нерав-
номерность больше, чем при «промежуточном» (рис. 51, б). Ска-
лывание при внецентренном приложении скалывающей силы
(рис. 51, в) нередко сопровождается отдиранием поперек воло-
кон, что еще более ухудшает работу древесины на скалывание.
Влияние отдирающих усилий значительно уменьшается при
наличии «шрижима» по площадке скалывания (сила V на
рис. 51, г и сила Q на рис. 50), который всегда следует преду-
сматривать при конструировании.
Рис. 51. Характер распределения скалывающих и отдирающих напряжений
при различных водах скалывания
При отсутствии «прижима» отдирающие усилия могут достиг-
нуть предела прочности при разрыве поперек волокон и явиться
причиной преждевременного разрушения соединений.
Кривые 1 на рис. 50 дают величины предела прочности на скалывание при
наличии «прижима». Кривые 2 и 3 на том же рисунке относятся к случаю ма-
лой величины или отсутствия прижима, когда разрушение происходит от раз-
рыва поперек волокон (отдирания). В этом случае напряжения скалывания
только условно характеризуют прочность образца.
-. Af .
Напряжение разрыва ау = —— k.
5* •
— 67 —
где k — коэффициент концентрации нормальных напряжений, равный отноше-
ние напряжения по Навье к действительному напряжению
ЬР 1 /
М = Те; W = —— = —-— (при Ь — 1);
б 6
Те-Ь t
еледотательно, =-------- k.
* Р
С другой стороны, Т — Fckt,
где т — напряжение скалывания; FCK = lb = М.
Таким образом,
I 1
§е k
При увеличении е или при уменьшении I х стремится к 0, и работа образца на
скалывание переходит в схему работы балки, изгибаемой поперек волокон.
Скалывание при поперечном изгибе в случае отсутствия под-
резки сечения не осложняется отрывом поперек волокон и оце-
, . 05
нивается формулой т= — , достаточно точно учитывающей не-
Jb
равномерность распределения скалывающих напряжений как по
сечению, так и по длине изгибаемого элемента.
$ 17. ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ
1. Влияние влажности
При повышении влажности древесины от нулевой до точки
насыщения волокон (примерно до 30%) ее прочность, в том чис-
ле и длительная, уменьшается, деформативность увеличивается
и модуль упругости снижается. В наименьшей степени влаж-
ность влияет на ударную прочность древесины и на прочность
при растяжении вдоль волокон. В остальных случаях влияние
влажности сравнительно велико и при ее изменении на 1%
прочность меняется на 3—5%.
Повышение влажности древесины свыше точки насыщения
волокон не оказывает влияния на ее прочность.
Для сравнения прочности древесины, испытанной при разной
влажности, надо показатели прочности приводить к одной влаж-
ности. В качестве таковой принята стандартная влажность 15%.
Приведение предела прочности согласно стандарту произ-
водится по формуле
= [1+a (IT-15)],
где —искомый предел прочности при влажности 16%;
а — поправочный коэффициент, принимаемый по табл. 3.
— 68 —
Таблица 3
Значения коэффициента а
Род напряжения Сосна и лиственница Ель. пихта ж дуб
Сжатие вдоль волокон .... 0,05 0,04
Статический изгиб 0.04 0.04
Скалывание вдоль волокон . . 0,03 0,03
Формула приведения действительна в пределах изменения
влажности от 8 до 23%.
Для сосны имеются данные (Д. В. Мартинца) для пересчета
прочности в больших пределах изменения влажности.
Определение влажности по ГОСТ 6336-52 производится пу-
тем взвешивания и высушивания в сушильном шкафу образцов
небольших размеров. Для практических целей влажность сорти-
ментов может определяться без вырезки образцов с помощью
электровлагомера ЦНИИМОДа, действие которого основано на
изменении электропроводности древесины в зависимости от ее
влажности.
2. Влияние температуры
Опыты показывают, что предел прочности при любой влаж-
ности зависит от температуры: с повышением температуры проч-
ность уменьшается, с понижением — увеличивается (рис. 52).
При большой влажности и отрицательных температурах вла-
га в древесине превращается в лед, получается так называемая
«замороженная» древесина, прочность которой на сжатие, попе-
речный изгиб, скалывание и раскалывание возрастает. В то же
время замороженная древесина становится более хрупкой и со-
противление ее ударному изгибу понижается.
Модуль упругости при повышении температуры понижается,
что не раз наблюдалось на практике в увеличении деформатив-
ности деревянных конструкций в жаркий период года. Уменьше-
ние прочности при повышенных температурах, осложненное яв-
лением усушки в присучковом косослое, является основной
причиной наблюдавшихся иногда случаев разрывов деревянных
элементов конструкций в жаркие летние месяцы, когда расчет-
ные напряжения в элементах значительно ниже, чем зимой.
> 49 ~
Из изложенного следует, что при экспериментальном опре-
делении прочности древесины следует учитывать не только ее
влажность, но и температуру. Пересчет предела прочности к
Рис. 52. Влияние температуры и влажности на прочность древесины
а, б. в — ио данным Ф. П. Белянкина (за 100% принята прочность при температуре 0°
и влажности 0%); г — по данным Н. Л Леонтьева (за 100% принята прочность при
температуре 20° и влажности 0%)
стандартной температуре 20° может производиться по форму-
ле (13]
°2о = °т + ₽ (Т — 20) кг'см2,
где а20 — искомая прочность при /=20°;
от — прочность при данной температуре Т;
Р — поправочное число на температуру, принимаемое по
табл. 4.
Формула приведения действительна в пределах положи-
тельных температур от +10 до +50°. Пересчет к температуре
20° должен производиться после пересчета к влажности 15%.
— 70 •
Таблица 4
Поправочные числа 0
Порода древесины Поправочные числа 0 в кг1см*
сжатие вдоль волокон статический изгиб скалывание вдоль волокон растяжение вдоль волокон
Сосна 3.5 4,5 0,4 4,0
Ель 2.5 3,0 — —
Лиственница .... 4,5 — — —
Пихта 2,5 — — —
Береза 4,5 — — —
§ 18. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ И ОТБОР ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ
ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
При наличии значительных пороков, в особенности сучков,
прочность досок, брусьев или бревен может быть настолько низ-
кой, что они не могут быть применены для элементов несущих
конструкций. Следовательно, необходимо ограничивать размеры
пороков.
В стандартах лесоматериалы подразделяются на сорта в за-
висимости от величины или вида пороков. Однако ограничение
пороков по сортам в стандартах, предназначенных, как правило,
для использования не только в строительстве, но и в других об-
ластях, не совпадает полностью с теми требованиями, которые
предъявляются к элементам несущих конструкций. Поэтому тре-
буется дополнительное ограничение пороков и отбор древесины,
предназначенной для изготовления элементов деревянных кон-
струкций.
Пороки различно сказываются при работе на растяжение,
сжатие, изгиб, скалывание и смятие. Ограничение пороков, сле-
довательно, связано с видом работы элемента в конструкции.
Наши нормы разделяют элементы конструкций на три категории
с соответствующими ограничениями пороков (табл. 5; СНиП).
Категории элементов несущих конструкций следует указы-
вать на чертежах и в спецификациях. Так как прочность сорти-
мента зависит не только от размера пороков, но и от прочности
самой древесины, то для элементов несущих конструкций нормы
указывают минимальные допустимые пределы прочности: для
сосны и ели в стандартных образцах при влажности 15% на
сжатие вдоль волокон 300 кг!см2 и на поперечный изгиб
500 кг!см2.
71 —
Таблица 5
Категории элементов
Наименование элементов Категория
Растянутые элементы конструкций (в том числе рас- тянутые элементы составных балок) с использованием более 70% их расчетной несущей способности Сжатые и изгибаемые элементы конструкций Растянутые элементы конструкций с использованием не более 70% их расчетной несущей способности .... Настилы, обрешетка под кровлю и неответственные элементы, повреждение которых не нарушает целости несущих конструкций I II 11 III
Нормы не требуют обязательной проверки прочности во всех случаях. Но
она необходима при сомнениях в качестве древесины: при ненормальном цве-
те. малом объемном весе, чрезмерно малой или чрезмерно большой ширине го-
довых слоев, малом проценте поздней древесины. Получить приблизительную
характеристику прочности древесины проще всего по макропризнакам: процент
поздней древесины должен быть не менее 20—25%, а ширина годичного слоя
не менее 1 и не более 6 мм. Значительно более надежным является опреде-
ление прочности при помощи предложенного К. П. Кашкаровым огнестрель-
ного способа испытания древесины, не требующего в отличие от стандартных
испытаний ни вырезки образцов, ни испытательных машин и сушильных шка-
фов. Сущность способа основана на зависимости между глубиной проникания
пули и прочностью древесины (см. приложение 2). В зимних условиях образцы
древесины испытываются после оттаивания.
Простреливание производится из спортивной малокалиберной (калибра
5,6 мм) винтовки с расстояния примерно в 10—15 см в радиальном или близ-
ком к нему направлении.
Раздел второй
Защита деревянных конструкции от
ОГНЯ и БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ
,Глава I
ЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ ОТ ПОЖАРНОЙ
ОПАСНОСТИ
§ 19. ОГНЕСТОЙКОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Огнестойкостью называют способность элементов строитель-
ных конструкций сохранять в условиях пожара при температуре
700—1000° свои основные строительные свойства: нести расчет-
ную нагрузку и ограждать помещения. Предел огнестойкости
выражается длительностью воздействия огня до разрушения не-
сущих строительных элементов (балок, междуэтажных и чер-
дачных перекрытий, колонн и т. п.), а также до образования
сквозных отверстий в перегородках и дверях или до достижения
на их поверхности, противоположной действию огня, температу-
ры 150°.
Пределы огнестойкости определяют огневыми испытаниями
в специальных печах, в которых обеспечивается следующий стан-
дартный режим возрастания температуры (в град.):
через 10 мин........................................ 700
> 30 ».......................................... 800
» 1 час........................................ 900
» 2 часа .......................................1000
Дверные полотна, склеенные из брусков толщиной 50 мм,
имеют предел огнестойкости 1 час.
Деревянные балки сечением 17X17 см, нагруженные до на-
пряжения <т =100 кг/см2, показали предел огнестойкости 40 мин.
Деревянные колонны сечением 15х 15 см и высотой 3,5 м,
нагруженные до напряжения сжатия 45 кг/см2, разрушаются
6—2665
— 73 —
через 25 мин., а при сечении 29X29 см и напряжении сжатия
66 кг!см2 — через 50 мин. Пределы огнестойкости стальных эле-
ментов по несущей способности значительно ниже, а железобе-
тонных при отсутствии предварительного натяжения арматуры
несколько выше.
а
Рис. 53. Сечение деревян-
ной балки после воздей-
ствия на нее огня
а — первоначальное сечение;
б — слой угля; в — слой древе-
сины, ослабленной нагревом
(толщина 25—35 мм); г — хо-
лодная древесина, сохранившая
нормальную прочность
Снижение несущей способности деревянных элементов под
действием огня вызывается уменьшением площади их рабочего
сечения в результате переугливания части древесины (скорость
переугливания в глубину сечения в
среднем принимают равной 0,8—
1 мм/мин), а также повышением тем-
пературы древесины в слоях, располо-
женных под образующимся углем
(рис. 53, в). Нагрев древесины снижа-
ет не только показатели ее сопротивле-
ния разным видам механических напря-
жений, но И Модуль упругости. Разру-
шение деревянных элементов наступа-
ет в тот момент, когда сопротивление
сохранившейся древесины (рис. .53, в,
г) действующим изгибающим момен-
там и продольным силам оказывается
превзойденным.
Покрытие деревянных элементов
теплоизолирующими слоями (обмазки,
штукатурки) повышает пределы их
огнестойкости. Эффективность этих
слоев зависит от температуропровод-
ности защитного материала, его толщины, а также от прочности
его сцепления с защищаемой древесиной. Например, слой из-
вестково-алебастровой штукатурки толщиной 20 мм, нанесен-
ный по металлической сетке, увеличивает предел огнестойкости
деревянных элементов на 20—30 мин.
§ 20. ГОРЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ
В результате соответствующего нагрева куска дерева начи-
нается термическое разложение его с образованием смеси раз-
личных газов, содержащих углерод: СО2, СО, С2Н4, СзНв, СНл и
др. Весовое соотношение указанных газов в процессе горения
изменяется в сторону постепенного уменьшения доли СО2 и уве-
личения количества углеводородов. Сгорание этих газов в окру-
жающем воздухе представляет собой первую пламенную фазу
горения древесины. Из нагреваемой древесины газы выходят
с большой силой; попытки удержать их при помощи герметиче-
ских оболочек обычно кончаются взрывом, так как давление
газов поднимается до многих десятков атмосфер. Этим объяс-
— 74 —
няется малая эффективность огнезащитных мероприятий, бази-
рующихся на изоляции древесины от окружающего воздуха
газонепроницаемыми, но теплопроводными слоями, например
обшивка кровельной сталью.
Другим продуктом термического разложения древесины яв-
ляется уголь. Не обладая свойствами летучести при температуре
обычных пожаров (800—900°), уголь способен окисляться толь-
ко в результате притока к нему кислорода. Этот процесс — так
называемое тление угля — представляет собой вторую фазу го-
рения древесины.
В этой фазе наличие на поверхности угля даже ничтожной
по толщине (доли микрона) пленки золы или другого вещест-
ва оказывается достаточным для прекращения тления. В топках
котлов сильным дутьем зола сдувается с поверхности угля и он
перетлевает полностью. При пожарах зола, как правило, остает-
ся на угле, и тление его быстро прекращается. В этих условиях
остается не перетлевшим уголь в количестве до 20% от началь-
ного веса строительной древесины хвойных пород.
Весьма интенсивно и стойко тлеют древесные опилки, по-
скольку воздухопроницаемость их велика.
При температуре выше 1100° летучесть угля становится зна-
чительной и он приобретает способность гореть также пламенем.
Горючесть представляет собой свойство материала. Количест-
венно горючесть характеризуют три показателя: теплотворная
способность (калорийность) материала, температура возгорания
и интенсивность выделения тепла единицей площади горящей
поверхности.
Низшую теплотворную способность древесины (вычисляемую в предполо-
жении что водяной пар при сгорании уносится с дымовыми газами, не кон-
денсируясь в воду) определяют по формуле Д. И. Менделеева
Фниз = 81 С + 300 Н—26 О — 6(9Н W) ккал/кг,
где буквы выражают относительные количества перечисленных элементов и ве-
ществ в весовых процентах (С — углерода, Н — водорода, О — кислорода и
W — воды). Элементарный химический состав древесины практически одинаков
для всех пород; так, без учета золы, в абсолютно сухой древесине сосны со-
держится №=0%, С=49,9%, Н=6,3% и 0=43,8%.
На основании этого Q1Н з ~4 450 ккал!кг абсолютно сухой древесины. Уголь,
остающийся при пожарах зданий, состоит почти исключительно из элемента
С. Теплотворная способность 0,2 кг угля, получающегося в результате сгора-
ния 1 кг абсолютно сухой древесины, составляет около 1570 ккал. Вследствие
этого 1 кг абсолютно сухой древесины в условиях пожара выделяет 4 450 —
— 1 570=2 880 ккал. Реально встречающаяся в зданиях влажность древесины
(примерно 10—20%) существенной роли не играет, так как на испарение 100—
200 г воды требуется всего 60—120 ккал. Якобы противоречащее этому обще-
известное большое снижение эффективности топки печей сырыми дровами в ос-
новном объясняется не уменьшением калорийности единицы объема дров (ко-
торое невелико), а резким ухудшением условий сгорания образующихся газов
в атмосфере, содержащей большое количество водяного пара.
В целом количество теплоты, выделяемой горящей древесиной, должно
быть признано значительным. Оно гораздо больше теплотворной способности
6* — 75 —
термита (примерно 775 ккал/кг), но ниже теплотворной способности нефтепро-
дуктов (в среднем 10500 ккал/кг).
Температура, при которой происходит возгорание древесины, зависит от
ряда условий.
Если древесина загорается от пламени, то температура возгорания колеб-
лется между 260 и 290°; при нагреве древесины в отсутствии открытого пламени
происходит самовозгорание по достижении температуры 360—470°. Однако эти
показатели относятся только к случаям быстрого нагрева древесины (1—2 мин.).
При длительном нагреве указанные температуры сильно понижаются; например,
наблюдалось самовозгорание древесины при температуре 166° в результате про-
грева ее в течение 20 час. Это явление необходимо учитывать при разработке
конструкций разделок у печей и труб в жилых и особенно промышленных зда-
ниях. При длительном действии нагрева температура деревянных элементов
не должна превышать +50°.
Более плотная древесина характеризуется большей теплоемкостью и боль-
шей теплопроводностью. Нагрев ее до температуры возгорания требует затра-
ты большего количества тепла и зажечь ее труднее. По той же причине труд-
нее возгорается строганый лесоматериал, чем нестроганый, имеющий разрых-
ленную поверхность. Сырую древесину труднее нагреть до возгорания, чем
сухую, например, для возгорания древесины с влажностью 10; 20; 30 и 40%
требуется тепла соответственно в 1,36; 1,73; 2,09 и 2,45 раза больше, чем для
возгорания абсолютно сухой древесины. Кроме того, сырая древесина более
теплопроводна, чем сухая.
Труднее загораются грани элементов, чем их ребра, так как древесина,
нагреваемая в ребре с двух сторон, прогревается интенсивнее; труднее загора-
ются деревянные элементы крупных сечений* зажечь спичкой бревно нельзя,
а щепу, приготовленную для растопки,—очень легко.
Интенсивность выделения тепла во время пожара, характе-
ризующая силу последнего, определяется произведением площа-
ди одновременно горящей поверхности на количество теплоты,
генерируемой единицей горящей поверхности в единицу времени.
Последнюю величину называем показателем активности поверх-
ности. Показатель активности поверхности деревянных элемен-
тов может быть определен на основании вышеизложенного: за
1 мин. древесина переугливается на глубину от 0,8 до 1 мм; вес
1 м2 слоя такой толщины для абсолютно сухой древесины со-
ставляет от 0,36 до 0,45 кг. С учетом теплотворной способности
древесины, сгорающей в уголь, указанные весовые количества
древесины способны выделить от 62 до 78 тыс. ккал!м2 в час, что
и является показателем активности горящей деревянной поверх-
ности. Для сравнения следует отметить, что показатель актив-
ности поверхности горящего авиационного бензина достигает
2100 тыс. ккал!м2час. Следовательно, активность деревянных
горящих поверхностей относительно невелика.
Продолжение и развитие самостоятельного горения зажжен-
ного деревянного элемента возможно только при условии, если
количество тепла, отдаваемое единицей “поверхности горящей
древесины в единицу времени в окружающее пространство, не
превышает выведенного выше показателя активности деревянной
поверхности. Так, например, обращенная вверх горизонтальная
поверхность плотного, без щелей, деревянного настила не может
самостоятельно гореть без дополнительного нагрева.
Иное наблюдается в случае взаимного обогрева горящих
— 76 —
б
Рис. 54. «Надья»
а — расколотое бревно;
б — мох или сухой лист,
служащие для разжига-
ния
поверхностей. Сохранение температуры, достаточной для продол-
жения самостоятельного горения, обеспечивается, например, вза-
имным обогревом лучистой теплотой по-
верхностей деревянных элементов в так
называемых «надьях» (рис. 54), при-
меняемых охотниками в тайге. По тем
же причинам горение, возникшее в про-
межутке между нижней поверхностью
наката и верхней поверхностью под-
шивки в деревянном междуэтажном
перекрытии, оказывается очень стой-
ким. Отсюда следует, что нецелесооб-
разно оставлять пустоты в деревянных
конструкциях или же надо заполнять
их несгораемыми материалами и при-
менять несгораемые подшивки и об-
шивки. Уменьшение эффекта взаимно-
го обогрева зданий во время пожара
достигается устройством противопо-
жарных разрывов достаточной ши-
рины.
§ 21. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ОТ ВОЗГОРАНИЯ
Огнезащитные пропитки. С начала XIX в. известно высокое
огнезащитное действие пропитки древесины растворами аммо-
нийных солей. В настоящее время практически применяют фос-
форнокислый аммоний и смеси его с сернокислым аммонием
(в пропорциях 1 : 1 или 3:7). При глубокой пропитке фосфорно-
кислый аммоний вводят в количестве не менее 50 кг на 1 м3 дре-
весины; смеси с сернокислым аммонием требуется не менее
75 кг/м3 (считая по весу сухой соли). Использование сернокис-
лого аммония оправдывается его дешевизной, но связано со зна-
чительным повышением гигроскопических свойств пропитанной
им древесины и развитием интенсивной коррозии черных метал-
лов. Добавка фосфорнокислого аммония в значительной мере
устраняет опасность коррозии черных металлов. В автоклавах
с применением вакуума и избыточного давления достигается глу-
бокая пропитка, при которой вводят растворы указанных солей
в количестве* 100—120% к весу хвойной и 60—90% к весу лист-
венной древесины. Применяют также поверхностную пропитку,
достигаемую нанесением огнезащитных растворов распылителя-
ми; такая защитная обработка задерживает развитие пожара на
Ю—15 мин. При поверхностной пропитке сухой древесины целе-
сообразна добавка к раствору 3% поверхностно-активных ве-
ществ — керосинового или солярового контакта.
Сущность огнезащитного действия аммонийных солей заклю-
чается в следующем: двузамещенный фосфорнокислый аммоний
— 77 —
[(NH4)2HPO4] разлагается при температуре 155°, сернокислый
аммоний [(NH4)2SO4] — при 388°, при этом освобождаются
сильные кислоты (фосфорная и серная), которые превращают
древесину в уголь. Остающийся углерод, обладая незначитель-
ной летучестью при температуре до 800—900°, не принимает
заметного участия в пламенной фазе горения. Количество не-
сгоревшего угля, получающееся в этих условиях, приближается
к полному количеству углерода в древесине, т. е. к 50% от веса
абсолютно сухой древесины.
Удельная теплотворная способность этого угля составляет
примерно 7 850 ккал/кг. Отсюда следует, что при пережигании
1 кг абсолютно сухой пропитанной древесины в уголь остаются
невыделившимися 3 925 ккал. Если дополнительно учесть расход
тепла на эндотермическое разложение соли (порядка 130 ккал)
и на испарение влаги, содержащейся в древесине (около
120 ккал), то от теплотворной способности натуральной древе-
сины (~4450 ккал/кг) остается не более 275 ккал/кг, т. е. всего
около 6% от 4 450 ккал/кг. Древесина с таким ничтожным тепло-
выделением практически теряет способность активно участвовать
в развитии пожара. Образующаяся при этом фосфорная кислота
создает на угле плотную тонкую пленку, которая не пропускает
к нему воздуха, что предотвращает тление образовавшегося уг-
ля. Вместе с тем необходимо отметить, что освобождающиеся
кислоты ускоряют переугливание древесины, вследствие чего
предел огнестойкости пропитанных деревянных несущих элемен-
тов снижается. Опыты показали, что пропитанные балочки в оди-
наковых условиях при огневом испытании разрушались под на-
грузкой на 17% скорее контрольных непропитанных.
При температуре 20° аммонийные соли не поглощают влагу
из воздуха с относительной влажностью ниже 81% (сернокис-
лый аммоний) и ниже 92% (фосфорнокислый аммоний); в этих
условиях влажность пропитанной ими древесины не отличается
от влажности непропитанной. В воздухе с большей относитель-
ной влажностью эти соли переходят в раствор, количество кото-
рого увеличивается с ростом влажности воздуха. При достаточ-
но большей относительной влажности воздуха возможно вытека-
ние образовавшегося раствора из древесины.
Пропитка древесины аммонийными солями снижает удель-
ную работу разрушения при ударном изгибе на 20—40%. Другие
показатели сопротивления пропитанной древесины в одних слу-
чаях на 10—20% увеличиваются, в других на 5—15% уменьша-
ются.
Учитывая увеличение в определенных условиях гигроскопич-
ности, уменьшение вязкости пропитанной древесины, а также
снижение предела огнестойкости пропитанных элементов, следу-
ет воздержаться от глубокой огнезащитной пропитки напряжен-
ных деревянных элементов несущих конструкций. Огнезащитной
пропитке, резко снижающей калорийность древесины, целесооб-
— 78 —
разно подвергать основную массу лесоматериалов — в виде при-
легающих к несущим конструкциям настилов, обшивок, налични-
ков, карнизов и других малонапряженных элементов мелких се-
чений; в результате огнезащитной пропитки этих легко возгорае-
мых деталей в случае пожара резко уменьшится термическое
воздействие и на несущие конструкции. Повысить предел огне-
стойкости последних можно применением огнезащитных обма-
зок, а также использованием элементов массивных сечений без
щелей и зазоров.
Огнезащитную пропитку деревянных элементов следует про-
изводить после механической обработки их, поскольку при про-
ведении последней могли бы быть удалены наиболее интенсивно
пропитанные слои. Кроме того, механическая обработка древеси-
ны, содержащей большое количество кристаллов солей, вызы-
вает ускоренный износ пил и ножей.
Огнезащитные краски. Во время второй мировой войны
в СССР, Англии и других странах широко применялись сили-
катные краски, состоящие из жидкого стекла и наполнителей
(мел, тальк, кирпичный порошок, асбестовая пыль, молотый
кварцевый песок и т. п.). Огнезащитный эффект силикатных
красок основан на том, что их -слой, пришедший под влиянием
нагрева в пластичное состояние, вспучивается и в таком виде
оказывает теплоизолирующее действие.
Эти краски, как правило, не обладают водостойкостью. Су-
щественным недостатком их является также постепенное хими-
ческое разложение жидкого стекла углекислотой воздуха с об-
разованием на поверхности слоя краски белых пылевидных на-
летов соды. Обычно через 6—12 месяцев требуется возобновле-
ние окраски. Некоторыми добавками слой силикатной краски
можно сделать химически несколько более устойчивым, но это
достигается за счет снижения ее огнезащитной эффективности
В годы войны в Ленинграде успешно применялась огнезащит-
ная окраска суперфосфатом (на 1 м2 1400 г суперфосфата и
600 г воды).
Для наружных поверхностей применяются огнезащитные кра-
ски, основанные на использовании хлорированных углеводоро-
дов. Эти краски обладают значительной водостойкостью, что
позволяет применять их для обработки поверхностей, подвергаю-
щихся действию атмосферных осадков.
Для изготовления красок, применяемых в сухих помещениях, могут быть
использованы: сульфолигниновый экстракт, древесный сахар, крахмал и т. п.
Эти краски, нанесенные на деревянный элемент слоем толщиной всего в 1 мм,
под действием огня образуют пышную мелкоячеистую твердую пену толщиной
до 30—40 мм. Под этим слоем даже после получасового воздействия сильного
огня сухая перегонка древесины еще не начинается.
Эти краски гигроскопичны, поэтому их можно применять лишь при усло-
вии, что относительная влажность окружающего воздуха не будет превышать
90%. В противном случае краски стекают с поверхностей.
— 79 —
Более подробные сведения об огнезащитных красках приве-
дены в инструкции И 119-56 [14].
Огнезащитные обмазки и штукатурки. Отличительной осо-
бенностью обмазок и штукатурок является то, что они наносятся
слоем большей толщины, чем краски. Огнезащитное действие
обмазок основано в первую очередь на их теплоизолирующих
свойствах.
В рецептуры обмазок целесообразно включать вещества, ко-
торые разлагаются при нагреве с поглощением теплоты. Наилуч-
шим в этом отношении является магнезит; за ним следует доло-
мит. Во многих составах обмазок перечисленные вещества це-
ментируются жидким стеклом.
Рис. 55. Штукатурка по реечным матам
а — заготовка реек таврового сечения; б — оштукатуренный потолок в разрезе
В качестве эффективной огнезащитной обмазки может быть
использована также обычная штукатурка. Лучшие результаты
дает применение известковых и известково-алебастровых слоев.
Под слоем известковой штукатурки температура защищаемой
поверхности остается ниже 160° до тех noip, пока не завершится
обжиг штукатурки. Если последняя плотно прилегает к защища-
емому материалу, то при воздействии на лицевую поверхность
штукатурки температуры 950—1100° процесс обжига продол-
жается при толщине слоя 20 и 30 мм соответственно 20 и 43 мин.
С момента окончания обжига извести температура штукатурки
быстро поднимается. Штукатурка, в которой известь уже пре-
терпела обжиг, трескается и крошится; она легко смывается
водяной струей, а также теряет прочность и осыпается под дей-
ствием собственного веса. Огнезащитное действие штукатурки,
— 80 —
еще не претерпевшей обжига, во время пожара часто прекра-
щается преждевременны^ ее обрушением в результате слабого
спепления с защищаемой поверхностью. Лучшие результаты
получаются при нанесении штукатурки не по обычной драни, а
по проволочной сетке1 или по деревянным рейкам таврового се-
чения (рис. 56).
Применяются для обмазок и другие простейшие составы:
глиняные, глино-известковые, глино-известково-алебастровые,
смеси глины с сульфитным щелоком и др. Многие из них были
с успехом применены для огнезащиты деревянных поверхностей
во время Великой Отечественной войны.
Детальные указания о том, какие элементы зданий подлежат
огнезащитным обработкам, а также о приготовлении огнеза-
щитных составов и о способах их применения приведены в
И 119-56[14].
§ 22. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОГНЕЗАЩИТЕ ДЕРЕВЯННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
В защите деревянных конструкций от огня важную роль иг-
рают конструктивные мероприятия.
В ограждающих частях деревянных зданий по возможности
не должно быть пустот; если же пустоты неизбежны, то их нуж-
но расчленять, чтобы не образовывалась тяга.
В деревянных ограждающих конструкциях следует применять
только несгораемые теплоизоляционные материалы, в частности
минеральный войлок, обладающий способностью плотно приле-
гать к д. к.
Сквозные несущие деревянные конструкции следует проек-
тировать из массивных, беспустотных элементов, отдавая пред-
почтение клееным.
В застройке необходимо оставлять между зданиями проти-
вопожарные разрывы, а здания большой протяженности разби-
вать на отсеки огнестойкими брандмауэрами и несгораемыми
зонами согласно действующим «Противопожарным нормам
строительного проектирования промышленных предприятий и
населенных мест» (Н 102-54); развитие производства сборных
железобетонных деталей и конструкций открывает широкие
возможности для выполнения этих требований.
В тех случаях, когда на тушение пожара не могут быть вы-
делены необходимые силы и средства, нужно оставлять между
зданиями увеличенные противопожарные разрывы, а также при-
менять несгораемые кровельные, облицовочные и изоляционные
материалы.
Наибольшую опасность представляют сгораемые кровли (со-
1 В случае применения алебастровых растворов необходима защита же-
лезной проволоки от ржавления путем покрытия ее кузбасслаком и т. п.
— 81 —
лома, кровельная щепа, тес). Поэтому первоочередной мерой
является переход к кровлям из волнистой асбофанеры, этерни-
та, черепицы. При таких кровлях достаточные размеры противо-
пожарных разрывов можно рассчитывать из условия, чтобы
температура наружных поверхностей деревянных элементов зда-
ний, нагреваемых тепловым излучением стоящего перед ними
горящего здания, не могла подняться до температуры возгора-
ния древесины. В табл. 6 приведены вычисленные по этому прин-
ципу размеры противопожарных разрывов между деревянными
зданиями, покрытыми такими кровельными материалами, кото-
рые не допускают разбрасывания горящих кусков.
Таблица 6
Противопожарные разрывы между деревянными зданиями (h — высота здания
до конька крыши)
Длина здания Безопасный разрыв Длина здания Безопасный разрыв
0.5 h 1,7 h 5 Л 5,ЗА
1Л 2,5 h 10 Л 7Л
2Л 3,5 h 30 Л 9,ЗА
ЗЛ 4,2 h 40 Л и более ЮЛ
Покрытие наружных поверхностей <тен штукатуркой позво-
ляет уменьшать размеры разрывов, приведенных в табл. 6.
Широкое внедрение наиболее эффективного средства — глу-
бокой огнезащитной пропитки деревянных элементов — не всег-
да возможно из экономических соображений. Поэтому в массо-
вом строительстве приходится ограничиваться поверхностными
огнезащитными обработками. Поверхностная пропитка эффек-
тивна для защиты от возгорания деревянных элементов мелких
сечений, расположенных у возможных мест первичного возник-
новения пламени.
Глава II
ЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ГНИЕНИЯ
§ 23. ДЕРЕВОРАЗРУШАЮЩИЕ ГРИБЫ И УСЛОВИЯ ИХ РАЗВИТИЯ
Гниением называют процесс разрушения древесины, вызывае-
мый жизнедеятельностью грибов. Все известные виды грибов,
развивающихся на древесине, делятся на четыре группы: пле-
сени, лесные, складские и домовые грибы, из которых только
— 82 —
плесени практически не вызывают понижения механической
прочности древесины. Разрушение лигнина, производимое лес-
ными и некоторыми видами складских грибов, называют корро-
зийной гнилью. Домовые грибы (мерулиус, кониофора, пория
и др.) и некоторые складские грибы разрушают основной скелет
древесины — целлюлозу — и вызывают деструктивную гниль.
Она характеризуется возникновением на пораженных ею поверх-
ностях деревянных элементов не только продольных, но и попе-
речных трещин (рис. 56).
Тело грибов, назы-
ваемое грибницей или
мицелием, состоит из от-
дельных микроскопиче-
ских клеток, которые сое-
диняются в тонкие длин-
ные нити (гифы). Гифы
развиваются как на по-
верхности деревянных
элементов, так и в тол-
ще последних. Совокуп-
ность большого числа
гифов образует пленки —
плотные скопления гифов
с общей толщиной 2—
3 мм и более и шнуры
различного строения,
толщины и цвета. На
определенной стадии раз-
вития на грибнице появ-
ляются плодовые тела,
на которых вызревают Рис, 56. Брус, пораженный деструктивной
гнил ью
споры, состоящие из од-
ной или нескольких кле-
ток. Количество спор, от-
деляющихся с одного плодового тела за один день спороношения, определя-
ют числом порядка 109—1010 шт. Средний размер спор домовых грибов
4Х8р, а средний вес одной споры около 1 • 10‘“10 г. Ничтожно малый вес спор
обусловливает их способность долго удерживаться в воздухе: чтобы удержать
их от падения, достаточно движения воздуха снизу вверх со скоростью всего
0,1 мм/сек. В связи с этим споры грибов переносятся ветром на сотни и ты-
сячи километров и в каждом кубическом метре воздуха одновременно можно
найти многие тысячи спор.
Биохимический процесс разрушения древесины деструктивной гнилью про-
текает по следующей схеме:
1-й этап — осахаривание целлюлозы под действием кислых ферментов, вы-
деляемых клетками гриба: (СвНюОв) я + пН2О-> лСвН^Ов с получением ©одо-
растворимой глюкозы;
2-й этап — окисление глюкозы в результате жизнедеятельности клеток
гриба: CgHjjOg -f- 6О2 6СО2 6Н2О.
На первом этапе потребляется некоторое количество воды, на втором этапе
поглощается кислород (из воздуха) и выделяются углекислый газ и вода; во-
ды выделяется в 6 раз больше, чем расходуется на первом этапе.
Развитие процесса гниения начинается в древесине с влаго-
содержанием не ниже 18—20% в присутствии воздуха и
при положительной температуре в интервале от 5 до 45°. В дре-
— 83 —
весине с очень высокой влажностью грибы развиваются замед-
ленно. Под водой гниения не происходит из-за отсутствия сво-
бодного воздуха. Грибы легко переносят длительное воздей-
ствие низких температур, но нагрев выше 100°, особенно при на-
личии паров воды, обеспечивает стерилизацию древесины.
Влияние доступа воздуха и распределения влаги по длине
деревянных столбов на развитие их гниения показано на рис. 57.
Воздух легко проникает в пористый песчаный грунт (рис. 57,а),
и песок быстро просыхает, что обусловливает невысокую влаж-
ность древесины около дневной поверхности; в связи с этим шей-
ка, т. е. зона наиболее сильного разрушения древесины гниением.
Рис. 57. Разрушение столбов в разных условиях
а — в песчаном грунте; б — в плотном глинистом грунте; в — свая в водоеме
В плотный глинистый грунт (рис. 57, б) воздух глубоко не
проникает, и шейка образуется у дневной поверхности, частично
поднимаясь выше грунта, поскольку древесина в этой зоне до-
статочно увлажняется капиллярным всасыванием воды из силь-
но увлажненного поверхностного слоя глины.
В сваях, забитых в дно водоема (рис. 57, в), шейка обра-
зуется на некотором расстоянии (30—40 см) выше горизонта во-
ды — там, где вследствие испарения влаги в окружающий воздух
влажность древесины уменьшается до величины, оптимальной
для гниения.
Следует учитывать, что не существует лесоматериалов, на
поверхности которых или в толще не было бы клеток грибов.
— 84 —
Здоровый внешний вид деревянных элементов еще не означает,
что в толще их нет живых грибных клеток. После удаления воз-
душного мицелия и зачистки пораженного грибом поверхност-
ного слоя древесины микроскопическим исследованием обнару-
живаются живые клетки грибов на расстоянии от совершенно
здоровой на вид поверхности до 65 мм в направлении поперек
волокон и до 400 мм — вдоль волокон. При благоприятных усло-
виях споры на наружных поверхностях прорастают, а живые
клетки в толще древесины продолжают развиваться.
Относительная влажность воздуха у> в %
Рис. 58. Кривые равновесной влажности древесины в воздухе с разной темпе-
ратурой и относительной влажностью
В зданиях и сооружениях (кроме подводных), в которых
влажность древесины поддерживается ниже 20% и эксплуати-
руемых при температуре выше +5°, возможность гниения исклю-
чена. Не подвержена гниению деревянная мебель в отапливаемых
помещениях, так как комнатная влажность древесины находит-
ся в пределах между 9 и 13%. Наличие в зданиях древесины с
влажностью ниже 20% соответствует также требованиям нор-
мальных санитарно-гигиенических условий жилья: согласно кри-
вым равновесной влажности (рис. 58) 20-процентная влажность
древесины при комнатной температуре находится в равновесии
с уже недопустимо высокой относительной влажностью воздуха
<р=88.5%.
Борьба с гниением деревянных элементов основывается на
проведении горячей сушки лесоматериалов и защите высушен-
— 85 —
ных деревянных элементов от увлажнения при транспортирова-
нии, хранении, во время постройки зданий, а также в процессе
эксплуатации. В тех случаях, когда в эксплуатации не удается
поддерживать влажность древесины на уровне ниже 18—20%.
приходится применять меры химической защиты от гниения —
антисептирование; при этом необходимо помнить, что для до-
стижения лучших результатов антисептической пропитки дре-
весина должна предварительно высушиваться.
$ 24. ИСТОЧНИКИ УВЛАЖНЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Стволы свежесрубленных деревьев имеют высокую среднюю
влажность, достигающую в сосне — 97%, ели—105%, березе —
92%, осине—118%. Древесина, доставленная сплавом, может
иметь еще более высокую начальную влажность.
В стволах деревьёв хвойных пород влага распределена не-
равномерно. Заболонная древесина сосны в свежесрубленном
состоянии имеет влажность до 125%, а ядровая древесина —
Рис. 59. Поперечное сечение сосно-
вого свежесрубленного ствола
только 31—35% (рис. 59). Сос-
новые доски имеют различную
среднюю влажность в зависи-
мости от содержания в их сече-
нии заболонной древесины.
Наиболее высокую влажность
имеют горбыли, которые часто
содержат только заболонную
древесину.
Дополнительным весьма ак-
тивным источником увлажне-
ния древесины в зданиях может
служить влага, выделяемая в
процессе жизнедеятельности
домовых грибов, — биологическая влага. Как выше было отме-
чено, при окислении глюкозы, полученной из одного мономера
целлюлозы, выделяется шесть молекул воды, а на осахаривание
одного мономера целлюлозы расходуется одна молекула воды
В итоге из каждого мономера целлюлозы, разрушенного деструк-
тивной гнилью, получается в избытке пять молекул воды. При
разрушении домовым грибом 1 ж3 древесины до потери '50%
первоначального веса выделяется до 125 кг воды; в подвалах и
других помещениях с недостаточной вентиляцией этой водой
дополнительно увлажняются участки деревянных элементов,
смежные с пораженными грибом.
Для доведения влажности свежесрубленного лесоматериала
до влажности, устанавливающейся в здании, неизбежен процесс
сушки. При изготовлении деревянных элементов зданий из сырой
древесины сушка происходит в самих зданиях, превращающихся
на первое время в своеобразные сушилки. Отметим, что высуши-
— 86 —
вание древесины в построенном здании требует специальных
режимов и приводит в первое время эксплуатации к значитель-
ному повышению влажности воздуха в помещениях; в процессе
сушки возникает коробление и образуются широкие щели в по-
лах и других деревянных частях зданий, что требует послеусу-
шечных ремонтов. Кроме того, покрывать деревянные элементы
штукатуркой или масляной краской можно только после их вы-
сушивания, в связи с чем задерживается окончание основных
строительных работ. Высушивание древесины в первые годы
эксплуатации зданий в целом снижает качество строительства
и может допускаться только как вынужденное решение при от-
сутствии предварительно высушенной древесины.
Деревянные элементы, как правило, следует изготовлять из
высушенной древесины.
Большое значение имеет защита древесины от увлажнения
атмосферными осадками и мокрыми процессами (штукатурка,
смазка и т. п.) во время строительства. В процессе монтажа
элементы совмещенной крыши не увлажняются осадками лишь
при условии применения сборных кровельных щитов (рис. 60).
При строительстве жилых зданий необходимо следить за тем,
чтобы смазку накатов и заполнение деревянных междуэтажных
перекрытий звуко- и теплоизоляционными материалами произ-
водили лишь после окончания всех кровельных работ. Смазку
накатов перекрытий глиняным раствором целесообразно заме-
нять засыпкой сухой измельченной глиной.
§ 25. КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С ГНИЕНИЕМ
ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ
Основная задача конструктивных мероприятий — исключить
возможность увлажнения деревянных элементов в период экс-
плуатации зданий. Конструктивные мероприятия дают также
возможность высушивать сырую древесину в зданиях, хотя ис-
пользование сырых лесоматериалов не рекомендуется (§ 24).
Защита деревянных конструкций от конденсационного ув-
лажнения. Самым опасным источником эксплуатационного
увлажнения д. к. является конденсация влаги. Во всех случаях
она связана с перепадом температуры. Конденсация влаги мо-
жет быть непрерывная — в течение длительных периодов вре-
мени (систематическая конденсация), или пульсирующая, дейст-
вующая кратковременно, но с многократным повторением (диф-
ференциальная конденсация). Сконденсировавшаяся жидкая
влага может выпадать как на поверхности, так и в толще мате-
риалов. Конденсация происходит в течение всего времени, пока
температура материала остается ниже температуры точки росы
для омывающего материал воздуха. При данной температуре
— 87 —
Рис. 60. Сборное щитовое
покрытие
а — коньковый узел (с аэра-
тором Борщевского) б —
щит покрытия (основной);
в — карнизный узел; г —
кровельный щит; щ, п. о.—
щит покрытия основной;
щ. кр. н- щит кровельный;
о. п. — осушающий продух;
шл. — шлаковая засыпка;
в. м — войлок минеральный;
п — пароизоляция, служа-
щая в процессе монтажа
временной кровлей; р — ру-
беройд в один слой (второй
слой настилают на крыше);
б. к. — бруски карнизные,
заанкеренные в стене; б.
)д. — бруски диагональные,
служащие опорой для кро-
вельных щитов; к. д. — кир-
пич дырчатый для утепле-
ния стены в нише опорного
гнезда. Все деревянные эле-
менты, соприкасающиеся с
каменной кладкой, покры-
ваются антисептической па-
стой
Рис. 61. Температура точек росы для воздуха с разными температурой и
относительной влажностью
воздуха температура точки росы тем выше, чем больше его от-
носительная влажность (рис. 61).
В случае применения паропроницаемых материалов в на-
ружной стене отапливаемого здания возникает систематическое
диффузионное движение водяного пара, направленное в сторону
меньшего парциального давления последнего. В районах с хо-
лодным климатом такое движение влаги устанавливается на весь
зимний период в направлении из помещения наружу. Если паро-
проницаемый материал стены однороден, то температура и дав-
— 89 — ~
ление водяного пара в толще стены падают согласованно; в та-
ком случае при достаточно высоком коэффициенте сопротивления
теплопередаче стены и нормальной влажности воздуха внутри
помещения конденсации влаги в толще стены не наблюдается.
Расположение паропроницаемых теплоизоляционных слоев с
внутренней стороны помещения нередко приводит к конденсации
влаги в тех слоях стены, где температура оказывается ниже тем-
пературы точки росы для водяного пара, проникающего из поме-
щения (рис. 62, схема 26). При утеплении стены снаружи кон-
денсации не происходит, так как температура слоев стены, при-
крытых теплоизоляционным мате-
риалом, остается выше температуры
точки росы (рис. 62, схема 36).
Пароизолирующий слой на хо-
лодной (наружной) поверхности1
стены препятствует выходу водяно-
го пара, и на внутренней поверхно-
сти этого слоя происходит конденса-
ция влаги (рис. 62, схема 2а). Уст-
ройство такого же слоя на теплой
поверхности стены, наоборот, пре-
пятствует прониканию пара из по-
мещения в стену (рис. 62, схема За);
такая конструкция обеспечивает вы-
сыхание материала стены, если пер-
воначальная влажность его была по-
вышенной.
, При необходимости сквозного
пропуска через толщу ограждающей
части здания металлических (тепло-
проводных) связей обязательна теп-
лоизоляция их с холодной стороны
и пароизоляция — с теплой стороны.
В' некоторых случаях строительной
практики, например в зданиях холо-
дильников, приходится ставить пароизоляционные слои на обе-
их поверхностях стен, разделяющих смежные холодильные ка-
меры (рис. 62, схема 4а). При возникновении перепада темпера-
туры в толще такой стены наблюдается внутреннее перемещение
влаги к холодной поверхности, приводящее иногда к выпадению
росы или инея на внутренней поверхности охлажденного паро-
изоляционного слоя. Увлажнение стены и загнивание ее древес-
ного материала возможно также в результате случайного пов-
реждения пароизоляционного слоя с теплой стороны; увлажне-
ние усиливается выделением биологической влаги, если гниение
? 1а
2а
За
Схемы 4
не рекомен-
дуются
Схемы 1 _
брусковая
кирпичная
шлакобетон-
ная и т.п.
стены
Схемы 2 “
недопустимы!
Схемы 3 _
основное,
рекомендуемое
решение
+ Отапливаемое помещение
Пароизоляция
Теплоизоляция
Рис. 62. Схемы расположения
пароизолирующих (а) и теп-
лоизолирующих (б) слоев. В
случаях применения схемы 4а
необходимо производить пол-
ное просушивание и антисепти-
рование органических мате-
риалов, образующих стену
1 В некоторых районах Закавказья и Дальнего Востока более холодной
является преимущественно внутренняя поверхность стены.
— 90
уже началось. Стены из древесных материалов по этой схеме
(4а) можно применять лишь в исключительных случаях, при этом
необходимо следить за тем, чтобы влажность материала к мо-
менту наклейки на него пароизолирующих слоев была минималь-
ной, пароизоляционные слои были защищены от механических
повреждений, а древесина и древесные теплоизоляционные ма-
териалы при помощи горячей, стерилизующей сушки и эффек-
тивного антисептирования были надежно защищены от гние-
ния.
Недопустимая схема 2а (рис. 62) может быть использована,
например, в конструкции совмещенной кровли, покрытой с хо-
лодной стороны паронепроницаемым руберойдом (рис. 63, а).
Чтобы водяной пар не проникал
материала, снизу вводят слой па-
роизоляции (рис. 63, б); при этом
конструкция приближается к не-
рекомендуемой схеме 4а (рис. 62).
Лучшее решение достигается уст-
ройством под кровельным мате-
риалом воздушной прослойки, со-
общающейся с наружным возду-
хом (рис. 63, в). Такая конструк-
ция сходна с рекомендуемой схе-
мой За (рис. 62), поскольку через
воздушную прослойку над тепло-
изоляционным материалом водя-
ной пар выводится наружу. В та-
ком решении (подобно обычному
чердачному перекрытию) может
быть обеспечено высыхание мате-
риала покрытия, даже если он
был замочен дождем при мон-
таже.
Пример совмещенной крыши,
соответствующей схеме на
рис. 63, в, представлен на рис. 6(
прослойки удаляют устройством
в толщу теплоизоляционного
Рис. 63. Схемы бесчердачных
утепленных покрытий
а — при совершенно сухом эксплуата*
ционном режиме в помещении; б — при
применении сухих неорганических утеп-
лителей; в — схема, рекомендуемаг
для деревянных покрытий; р. к. -
руберойдная кровля; п — пароизоля
ция; о. п. — осушающий продух
). Водяной пар из воздушной
сквозного холодного продуха
от карниза к коньку; по соображениям пожарной безопасности
эти продухи не должны сообщаться между собой вдоль здания.
При небольших влаговыделениях в перекрываемом помещении
выход осушающего продуха в коньке целесообразно совмещать
с аэратором Борщевского, обеспечивающим осушающую аэра-
цию самого помещения (рис. 60). Пропускная способность аэра-
тора, определяемая площадью его поперечного сечения и паро-
лроницаемостью заполняющего материала, не должна быть
меньше количества водяного пара, удаляемого в единицу вре-
мени. В противном случае в зимнее время в аэраторе замерзает
влага, и он перестает действовать.
— 91 —
При значительных влаговыделениях требуется устройство
специальной вентиляции.
Весьма часто загнивают деревянные полы первого этажа.
Они бывают двух типов: одинарные (холодные) над утепленным
подпольем (рис. 64) и двойные (утепленные) над холодным
подпольем, проветриваемым наружным воздухом.
Основную роль в сохранности одинарного пола играет влаж-
ностный режим утепленного подполья. В подполье влага может
поступать из жилого помещения через неплотности пола, особен-
но при его мытье, а также из грунта. Интенсивность переноса
Рис. 64: Пол «на лагах>
Пароизоляция (рулонная)
Легкий шлакобетон -
Пароизоляция (битум)
Шлакобетонная стяжка
Умр Крупнозернистый шлак
влаги из помещения в подполье и опасность конденсации ее там
увеличиваются с понижением температуры воздуха в подполье.
Для того чтобы поддерживать ее на уровне выше температуры
точки росы для воздуха помещения, необходимо прежде всего
сократить теплопотери через цокольную стенку уменьшением ее
теплопроводности и сокращением охлаждающей поверхности
цоколя; высота подполья не должна превышать 20—22 см. Цо-
кольные стенки следует делать каменными.
Если в подполье может проникать водяной пар из грунта, та
обязательно устройство сплошного пароизолирующего слоя
(плотный бетон, битум); при повышенном уровне грунтовых вод
под пароизоляцией должен быть расположен «капиллярный пре-
рыватель» толщиной 25—40 см из отсеянного шлака, крупнозер-
нистого песка и т. п.
Нижняя поверхность слоя бетона должна быть выше отмет-
ки водоотводной отмостки у наружной стороны цоколя не менее
— 92-^
чем на 10 см. Вентилируется утепленное подполье через накры-
тые решетками вентиляционные отверстия, прорезаемые в доща-
том полу по углам каждой комнаты. В случае применения сыро-
го леса для ускорения просушки подполья устраивают щелевые
продухи в плинтусах (рис. 64) и задерживают укладку крайних
досок пола у противоположных стен.
В капитальных жилых зданиях, возводимых в районах с теп-
лым климатом, можно вообще отказаться от подполья, сообща-
ющегося с жилым помещением, и применять беспустотные полы
с приклейкой, например, паркетных щитов к утепленной бетон-
ной подготовке.
Двойные (утепленные) цокольные перекрытия над холодным
проветриваемым подпольем и столбчатые фундаменты (из де-
ревянных стоек, подвергнутых эффективной противогнилостной
защитной обработке, или из сборного железобетона) следует
применять в легких одно- или двухэтажных жилых домах с дере-
вянными стенами, возводимых в зимнее время, в районах вечной
мерзлоты, при высоком уровне грунтовых вод, на торфяных и
пучинистых грунтах, на косогорах, а также при строительстве
инвентарных зданий, предназначенных для многократной сборки
и разборки.
Осушающий тепловлажностный режим (согласно схеме За
рис. 62) для таких перекрытий обеспечивается в основном паро-
непроницаемостью чистого пола и отсутствием пароизоляции под
утеплением перекрытия над подпольем, проветриваемым наруж-
ным воздухом (см. главу I девятого раздела).
Пример комбинированного способа защиты древесины от гни-
ения показан на рис. 65. Уменьшение толщины наружных стен
в местах устройства гнезд для концов балок междуэтажных пе-
рекрытий приводит к переохлаждению гнезда и к возможности
конденсационного увлажнения его в зимнее время. Чем больше
толщина кладки, отделяющей дно гнезда от наружного воздуха,
тем меньше вероятность конденсации влаги. По этой причине
в старинных зданиях с очень толстыми стенами было безопасно
оставлять гнезда открытыми со стороны помещения.
В современных зданиях, имеющих значительно меньшую тол-
щину стен, температура дна гнезда опускается ниже темпера-
туры точки росы для воздуха помещения. Чтобы избежать систе-
матической конденсации, приходится изнутри помещения наглу-
хо закрывать гнездо цементной штукатуркой, заполняющей про-
межутки между балкой и всеми четырьмя гранями гнезда
(рис. 65). Однако и после этого влага может проникать в гнездо
по телу балки и по образующимся при ее усушке продольным
трещинам, что приводит к увлажнению торцовой и боковых по-
верхностей балки в гнезде. Для борьбы с возникающей при
этом опасностью загнивания конец балки, заделываемый в клад-
ку, антисептируют (§ 26).
— 93 —
Дифференциальную конденсацию влаги вызывают кратко-
временные периодические колебания температуры воздуха. Об-
щеизвестное выпадение утренней росы связано с конденсацией
Влаги на поверхности предметов, дольше сохраняющих понижен-
ную ночную температуру. Чем более теплопроводен и теплоемок
материал, тем больше выпадает на нем росы; поэтому, например,
на верхней части кирпичного цоколя влаги выпадает больше, чем
на венцах рубленой деревянной стены. Следовательно, необхо-
димо отделять деревянные элементы зданий от каменных. Разоб-
щение их только водоизоляционной прокладкой из пергамина не
во всех случаях достаточно в связи с возможностью конденсации
влаги на обращенной к древесине поверхности пергамина, ох-
лаждаемого кладкой. Требуется прокладка, обладающая также
теплоизолирующим
действием, напри-
мер прокладка пер-
гамина в несколько
слоев или с прослой-
кой минерального
войлока и т.. п. Диф-
ференциальная кон-
денсация наблюдает-
Рис. 65. Опирание балок на стены
« — конец деревянной балки в гнезде наружной камен-
ной стены: а. п. — антисептическая паста: б — бандаж
из пергамина; наклонно обрезанный торец покрыт
только пастой: ц. р. — цементный раствор; д. а. п. — де-
ревянная антисептированная подкладка; п. — пори-
стая кладка, способствующая осушению гнезда; б —
способ опирания конца балки на железобетонный крон-
штейн (кр. ж/б): а — проволочный анкер; о. п. — осу-
шающий продух; а, п. — антисептическая паста
ся также в местах
прилегания к дере-
вянным элементам
металлических дета-
лей в открытых со-
оружениях и в об-
щественных зданиях,
в которых воздух
подвержен временно-
му нагреву и увлажнению дыханием людей. Для защиты от диф-
ференциальной конденсации обеспечивают свободное омывание -
воздухом деревянных элементов, отделяют древесину от камен-
ных и металлических частей водо- и- теплоизоляционными про-
кладками, а поверхности деревянных элементов, непосредствен-
но соприкасающиеся’ с металлическими и каменными деталями,
обмазывают антисептическими пастами.
Защита деревянных конструкций от грунтового и бытового
увлажнения. Под действием капиллярного всасывания грунтовая
вода поднимается вверх по грунту и по частям зданий, соприка«
саюшимся с ним. Чем меньше ширина капилляров, тем выше
поднимается вода. Капиллярное всасывание грунтовой воды по
кирпичной кладке пресекают устройством водоизоляционных
прокладок не менее чем из двух слоев пергамина. В каменных
цоколях зданий эти слои располагают над водоотводной отмост-
кой (см. рис. 64). Не следует опускать опорные узлы деревянных
арок и рам, а также нижние концы стоек капитальных со-
— 94 —
оружений ниже уровня этой основной водоизоляционной про-
кладки.
Полы санитарных узлов, как правило, должны быть железо-
бетонной конструкции. При необходимости применения в них де-
рева следует обеспечивать надежное антисептирование древеси-
ны и защиту ее от увлажнения двух-, трехслойным «корытом» из
руберойда на битумной мастике.
§ 26. АНТИСЕПТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ
Применение химической защиты от гниения — антисептиро*
вания — необходимо в случаях, когда деревянные элементы име-
ют начальную влажность выше 18—20% или могут приобрести
такую влажность в эксплуатации.
Антисептики. Существуют две основные группы антисепти-
ков— водорастворимые и маслянистые.
К водорастворимым относятся: кремнефтористый натрий (ма-
лая растворимость — не более 0,65%), фтористый натрий (рас-
творимость не выше 4%), кремнефтористый аммоний, цинк,
магний (высокая растворимость—более 20%), динитрофенолят
натрия (растворимость до 10%) и др. Наиболее часто применяют
фтористый натрий и кремнефтористый натрий. После обработки
последнего щелочью (кальцинированной содой) получается бо-
лее растворимый фтористый натрий:
Na2SiF6 + 2Na2CO3 -+ 6 NaF + SiO2 + 2CO2.
Применяют также смесь кремнефтористого натрия и серно-
кислого аммония; в присутствии последнего растворимость крем-
нефтористого натрия заметно увеличивается. При использовании
этой смеси необходимо учитывать ее корродирующее действие
на черные металлы.
К маслянистым антисептикам относятся антраценовое масло,
сланцевое масло и др.
Промежуточное положение занимает группа органических
веществ (оксидифенил, пентахлорфенол и др.), которые в воде
не растворяются. Их можно применять растворенными в органи-
ческих жидкостях: в фурфуроле, скипидаре, спирте, некоторых
нефтепродуктах и др., а их натриевые соли (феноляты) — в виде
водных растворов. После пропитки древесины водным раствором
фенолятов названные вещества вновь переходят в нерастворимое
в воде состояние. Защита древесины от гниения обеспечивается
введением на 1 м* следующих количеств сухой соли: фтористого
натрия 4 кг, динитрофенолята натрия 2,25 кг, оксидифенолята
или пентахлорфенолята натрия по 2 кг. Количество маслянистых
антисептиков (антраценовое и креозотовое масла), необходимое
для достаточно глубокой пропитки древесины, обычно намного
превышает то, которое требовалось бы с учетом их токсичности.
— 95 —
Поэтому их часто смешивают с дешевыми растворителями (ма-
зутом, сольвентнафтой и др.), чем снижают стоимость пропитки
и улучшают ее качество (благодаря понижению вязкости смеси).
Все антисептики в той или иной степени ядовиты. Поэтому
при работе с ними нужно соблюдать определенные правила тех-
ники безопасности, указанные в инструкции И 149-56(14].
Способы антисептирования. В толщу деревянных элементов
антисептики вводят путем пропитки или диффузионно. Пропитку
древесины жидкостями производят различными способами:
1) использованием сил капиллярного всасывания — пропитка
погружением в ванну с холодным или горячим раствором, а так-
же нанесение раствора на поверхность деревянных элементов
кистью или краскопультом;
2) созданием суммы давления капиллярного всасывания и
превышения атмосферного давления над пониженным давлени-
ем паровоздушной смеси в толще пропитываемых элементов —
пропитка по способу горяче-холодной ванны;
3) созданием значительного избыточного давления, под кото-
рым подводится жидкость к пропитываемой древесине,— про-
питка путем вытеснения древесного сока и пропитка в автокла-
вах.
Сущность диффузионных способов пропитки сводится к тому,
что кристаллы водорастворимого антисептика, расположенные
на поверхности сырого деревянного элемента или в толще слоя
антисептической пасты, постепенно растворяются во влаге, на-
ходящейся в древесине, причем молекулы антисептика диффун-
дируют во влагу, находящуюся в толще элемента, под действием
градиента концентрации образующегося раствора.
При пропитке погружением в открытую ванну жидкость вса-
сывается в кусок дерева через все поверхности, сжимая воздух
(находившийся первоначально в древесине) до достижения дав-
ления паровоздушной смеси в древесине, равного сумме атмо-
сферного давления и давления капиллярного всасывания данной
жидкости в данную4 древесину. Максимальное количество вод-
ного раствора, которое при этом может быть введено, достигает
0,09—0,1 от объема деревянного элемента (около 90—100 кг
раствора на 1 м* древесины).
Еще до окончания первого этапа пропитки начинается второй
этап, характеризующийся диффузионным удалением растворяю-
щегося сжатого воздуха из толщи древесины по проникшим в нее
нитям водного раствора. По мере удаления воздуха в древесину
поступает жидкость. Количество раствора, поглощаемого древе-
синой в единицу времени, в процессе пропитки непрерывно
уменьшается
Для приближения к полному насыщению древесины жидко-
стью требуется очень много времени: образцы сосновых досок
длиной 15 см достигают насыщения водой через 1,5—2 года.
Ясно, что пропитка в течение такого времени практически невоз-
— 96 —
можна. Обычно древесину вымачивают часами и, самое боль-
шее,— сутками, причем глубина пропитки получается весьма
небольшой. Ускорения пропитки лесоматериалов (в 2—2,5 раза)
достигают добавкой аммиака в количестве около 5 г на 1л
раствора (или соответственно увеличенное количество нашатыр-
ного спирта). При повышенной температуре такие добавки при-
менять не следует. Подогрев раствора в‘ванне и уменьшение
этим его вязкости также ускоряет поглощение.
При поверхностной обработке на деревянном элементе обра-
зуется слой жидкости толщиной около 0,3—0,4 мм, удерживае-
мый капиллярным всасыванием древесины. Из этого слоя
жидкость проникает в древесину аналогично тому, как при пол-
ном погружении. Одновременно из слоя водного раствора испа-
ряется влага, что приводит к уменьшению объема нанесенного
раствора и повышению его концентрации. При неблагоприятных
условиях может происходить весьма нежелательное выпадение
на обрабатываемой поверхности кристаллов соли; глубина про-
никания раствора в древесину при этом уменьшается. Отсюда
следует, что для улучшения качества такой обработки наносить
растворы желательно при пониженной температуре (конечно,
выше 0°) и повышенной влажности воздуха, по возможности не-
подвижного. За один раз удается нанести до 400 г водного рас-
твора на 1 м2 нестроганой поверхности и не более 200 г на стро-
ганую поверхность. Для усиления противогнилостной защиты
сразу же после впитывания раствора, не ожидая полного просы-
хания древесины, вторично обрабатывают поверхность. Обычно
раствор наносят не больше 2 раз.
В настоящее время для снижения трудовых затрат стремятся
заменять поверхностную обработку погружением в ванну. По-
гружение с немедленным выниманием лесоматериала из ванны
дает тот же защитный эффект, что и однократное нанесение рас-
твора; эффект, равный двукратному нанесению, достигается
выдерживанием в ванне без подогрева в течение 5—£ час. При
обработке сухих поверхностей деревянных элементов целесооб-
разно добавлять к раствору антисептика 2—3% поверхностно-
активных веществ, например керосинового или солярового кон-
такта.
Способ горяче-холодной ванны заключается в том, что лесо-
материал погружают сначала в горячую жидкость, а после того
как он прогреется и из него выйдет все возможное количество
воздуха, расширяющегося в соответствии с температурой нагре-
ва, древесину быстро переносят в жидкость с более низкой тем-
пературой, либо быстро заменяют горячую жидкость холодной
в той же ванне. Скорость поглощения и предельное количество
поглощаемой жидкости увеличиваются с повышением темпера-
туры горячей ванны, которую при пропитке водным раствором
желательно держать не ниже 95°. Не следует стремиться к воз-
можно большему снижению температуры «холодной» ванны, так
7 Зак. 7—2665
— 97 —
как с определенного предела (около 40—50°) тормозящее про-
питку увеличение вязкости раствора уже не компенсирует не-
большого дополнительного понижения давления паровоздушной
смеси в древесине, погружаемой в более холодный раствор. Ско-
рость проникания раствора в древесину, перенесенную в «холод-
ную» ванну, превышает в 3—4 раза таковую при простом выдер-
живании материала в* ванне с той же температурой. Таким об-
разом, при равной длительности пропитки поглощение раствора
при способе горяче-холодной ванны получается значительно
большим. Дополнительное ускорение поглощения раствора из
«холодной» ванны достигается добавкой аммиака, как было ука-
зано ранее. Если выдерживание в горячей ванне производится
недостаточно длительно, то понижение суммарного давления
паровоздушной смеси в древесине после охлаждения ее в «холод-
ной» ванне не достигнет требуемой величины, и поглощение
раствора получается гораздо меньшим.
Рис. 66. Резиновый колпак для пропитки бре-
вен «в торец»
в — вентиль для удаления воздуха из колпака
Способом вытеснения древесного сока (Бушери) производят
пропитку свежесрубленных, неокоренных бревен. На толстый от-
руб бревна надевают резиновый (или металлический) колпак,
плотно прилегающий к боковой поверхности бревна (рис. 66).
К отверстию в колпаке подводят трубу для подачи пропиточного
раствора под избыточным давлением 1—5 кг/см2. Раствор запол*
няет полость, колпака и входит в бревно через его торцовую по-
верхность. Спустя короткое время на противоположном торце
начинает выделяться древесный сок, в котором постепенно появ-
ляется антисептик. Особенно эффективна обработка этим спосо-
бом бревен лиственных заболонных пород (березы, ольхи, клена
и др.), которые пропитываются по всему объему. В бревнах яд-
ровых и спелодревесных пород пропитывается только заболонь.
Скорость пропитки березовых кряжей достигает 1—1,5 м/час,
сосновые бревна пропитываются в 6—10 раз медленнее.
Автоклавная пропитка — требует специального заводского
— 98 —
оборудования и применяется для защиты деревянных элементов
открытых сооружений (железнодорожные шпалы, столбы).
Результаты пропиток в ваннах оцениваются увеличением веса
пропитываемых элементов. Путем умножения приращения веса
Др на концентрацию раствора в ванне К определяют вес введен-
ной соли рс=АрК. Такой метод дает, однако, во многих случаях
не совсем точные результаты. Фактическое поглощение соли ока-
зывается большим, чем получается по приведенной формуле в
случаях пропитки древесины с повышенной влажностью по спо-
собам горяче-холодной ванны, выдерживания в горячем раство-
ре и длительного выдерживания в холодном растворе. В первых
двух случаях ошибка получается в связи с тем, что при нагреве
древесины с начальной влажностью 50—55% и выше в нее не
только поступает раствор, но одновременно из нее в ванну вы-
талкивается значительное количество влаги; вследствие этого
разность между конечным и начальным весом пропитываемых
элементов оказывается меньшей, чем истинный вес поглощенного
раствора. При длительном выдерживании сырой древесины в
холодном растворе фактически введенное количество сухой соли
также превышает вычисляемое по указанному выше методу, так
как в этом случае, кроме соли, проникшей в древесину в составе
раствора, значительное количество соли входит во влагу, нахо-
дящуюся в древесине, диффузионно. Аналогичная ошибка полу-
чается при вымачивании древесины с начальной влажностью
даже 30%, если давление водяного пара над раствором заметно
ниже, чем над поверхностью чистой воды Ч В этом случае проис-
ходит потеря влаги древесиной под действием разности парци-
альных давлений водяного пара в древесине и над менисками
раствора. :
При малой начальной влажности (10= 10—15%) древесины
в начале пропитки водным раствором увеличение веса обуслов-
ливается не столько поглощением раствора, сколько диффузи-
онным движением водяного пара в древесину. В этом случае
фактическое поглощение соли оказывается меньшим, чем вычис-
ленное по формуле.
В любой промежуточный момент пропиткй отмечается боль-
шая неравномерность распределения вводимой жидкости: по-
верхностные слои содержат большое количество ее, а глубже
расположенные — намного меньшее. В соответствии с этим ока-
зывается неравномерным и распределение растворенной соли.
Эта неравномерность уменьшается с приближением древесины
к состоянию полного насыщения раствором, но она оказывается
очень большой при вынужденном (по производственным сооб-
ражениям) прекращении пропитки в момент, еще далекий от
достижения насыщения.
1 Такое явление наблюдается при пропитке, например, растворами аммо-
нийных солей (огнезащита), но не относится к пропиткам растворами фтори-
стого натрия.
7*
— 99 —
Известно несколько разновидностей диффузионного способа
пропитки. Простейшим из них является выдерживание сырых
пиломатериалов сложенными в плотный штабель, в котором
каждый слой досок или брусьев обильно посыпан сухой солью
антисептика. Штабель укрывают сверху и с боков от высыхания.
Диффузия молекул антисептика в древесину с влажностью 60%
и более протекает успешно. В этих условиях пропитка заканчи-
вается через 2—3 месяца при температуре не ниже минус 3—4°.
При влажности древесины 40% диффузия весьма слаба, а при
30% она отсутствует.
Диффузионную пропитку производят также используя анти-
септические пасты, которые представляют собой смесь, как пра-
вило, фтористого натрия с клейким веществом (битум, экстракт
сульфитных щелоков или сульфолигниновая барда, жидкое стек-
ло). Пастой обмазывают поверхности деревянных элементов.
В варианте «бандажного» способа такую пасту наносят на одну
сторону куска толя и им обматывают защищаемый от гниения
участок деревянного столба, обращая обмазанную сторону бан-
дажа к древесине. В зависимости от толщины антисептируемых
элементов изменяют толщину слоя пасты, в которой относитель-
ное весовое содержание антисептика примерно постоянно. В ан-
тисептических пастах, особенно битумных остается не выщело-
ченным до 30% антисептика.
Если исключить использование в строительстве мокрой забо-
лонной древесины, то применение антисептических паст для за-
щиты деревянных элементов зданий эффективно только в тех
случаях, когда ими покрываются те поверхности деревянных
элементов, которые временно подвергаются опасности увлажне-
ния извне. Пастами обмазывают опорные узлы стропильных
ферм, концы деревянных балок в гнездах наружных стен, по-
верхности деревянных элементов, непосредственно примыкающие
к металлическим деталям, и т. п.
Для антисептирования деревянных элементов открытых со-
оружений, подверженных длительному эксплуатационному ув-
лажнению, применяют пропитку маслянистыми антисептиками
по способу горяче-холодной ванны или в автоклавах. В обоих
случаях величина поглощения зависит от начальной влажности
древесины: мокрая древесина плохо пропитывается маслянисты-
ми антисептиками, поверхностное же покрытие ими мокрой дре-
весины зачастую даже ускоряет разрушение ее гниением.
При применении всех описанных выше способов антисёптиро-
вания ядровая древесина практически остается непрочитанной:
в случае диффузионных пропиток — по той причине, что влаж-
ность ядровой древесины даже в свежесрубленных сосновых
стволах не превышает 30—32%, а при пропитке растворами--
из-за малой проницаемости ядровой древесины; за короткое вре-
мя, отводимое на пропитку, ядро пропитывается только на нич-
тожно малую глубину.
— 100 —
Перечисленные способы антисептирования, применяемые в
настоящее время, недостаточно надежным, так как не обеспечи-
вают глубокой пропитки ядра и не гарантируют того, что в тол
ще древесины не остается живых клеток грибов.
Для обеспечения высокой надежности антисептирования тре-
буется:
1) произвести стерилизацию деревянных элементов по всему
их объему;
2) исключить возможность образования в последующем усу-
шенных трещин, которыми легко разрывается тонкий поверх-
ностный слой древесины, пропитанный антисептиком (что откры-
вает доступ влаге и спорам грибов к внутренней зоне, в которой
нет или почти нет антисептика);
3) исключить возможность выщелачивания антисептика во-
дой.
Для деревянных элементов открытых сооружений все эти тре-
бования могут быть удовлетворены, если применять пропитку
антраценовым маслом по способу высокотемпературной горяче-
холодной ванны. При этом древесину сначала подвергают ско-
ростной высокотемпературной сушке в петролатуме1 *, а затем
еще горячую (примерно 120°) погружают в антраценовое масло
с температурой около 60—70°. В зависимости от местных условий
пропитку маслом можно производить в открытой ванне или в ав-
токлаве, в котором для дальнейшего ускорения процесса про-
питки применяют избыточное давление.
Для деревянных элементов зданий выполнение перечислен
ных требований обеспечивается высокотемпературной камерной
сушкой с последующей обработкой растворами органических ан-
тисептиков в органических же растворителях. Высокая (выше
100°) температура способствует ускорению сушки древесины,
сквозной стерилизации ее и существенной стабилизации объема
и формы деревянных деталей и конструкций.
На практике пока еще *в больших объемах применяют сырую
древесину. Использование в этом случае водорастворимых анти-
септиков далеко не всегда эффективно.
Для примера рассмотрим, насколько эффективна обработка
деревянной детали фтористым натрием. Концентрация его рабо-
чих растворов обычно не превышает 3%. Для пропитки 1 ж3 дре-
весины требуется 4 кг сухой соли фтористого натрия; эту соль
можно ввести в составе 4 :0,03= 133 кг раствора. Для поглоще-
ния такого большого количества раствора, особенно, элементами
крупных сечений (доски толщиной 3 см и больше), требуются
более эффективные способы пропитки — горяче-холодная ванна
и длительный режим пропитки. При обычных же режимах рас-
твор полностью не поглощается. С другой стороны, если бы весь
1 Петролатум— смесь парафинов <и церезинов, получаемая в ваде отхода
при очистке нефтяных смазочных масел.
— 101 —
раствор был полностью поглощен, влажность древесины повы-
силась бы на 30—35% и в сумме с начальной равнялась бы
60—80%. Поскольку деревянные элементы с такой высокой
влажностью ставить в здания нельзя, их нужно было бы основа-
тельно сушить. Однако сушка (особенно с нагревом) древесины,
пропитанной солевыми растворами, вызывает выделение на по-
верхности элементов значительного количества соли, которая сти-
рается и пропадает, поэтому пропитанную древесину избегают
сушить.
Недостаточность количества антисептика, вводимого в древе-
сину при поверхностной ее обработке, выявляется из следующе-
го. В случае нанесения на 1 м2 поверхности q г раствора с кон-
центрацией К% доска толщиной h см, обработанная с обеих сто-
рон, содержит z кг сухой соли на 1 м3 ее объема:
о q к 100 qK / ч
1000 100 h 500Л 1
При <7=400 г/м2 (однократное нанесение раствора), К=3%
и Л=5 см получаем z=0,48 кг/м3 вместо требуемых 4 кг!м3.
Следовательно, при обработке поверхностными способами не
удается достигнуть требуемого содержания соли фтористого на-
трия в досках толщиной 5 см. Если таким способом обработать
сырую древесину, например, накаты двойных (утепленных) по-
лов, то длительность защитного действия антисептирования ог-
раничивается временем, необходимым для диффузионного про-
никания молекул соли из поверхностных слоев горбылей в их
толщу, на что требуется 1—3 месяца. После этого концентрация
соли в единице объема древесины оказывается намного меньше
требуемой. Если за указанное время древесина не успевает вы-
сохнуть в здании, то она, как правило, загнивает. Таким обра-
зом, данная антисептическая обработка защищает древесину
лишь временно.
Количество введенного антисептика может быть увеличено
применением высокорастворимых солей — кремнефтористых ам-
мония, цинка или магния, легко допускающих концентрацию ра-
бочего раствора в 20%. В этом случае по приведенной выше фор-*
муле можно ввести до 3,2 кг/м3 антисептика, а при повторном на-
несении раствора величина z превысила бы количество сухой
соли, требуемое для сквозной защиты детали. Произвольно боль-
шое количество антисептика может быть нанесено на поверхно-
сти деревянных элементов при применении паст. Применение ан-
тисептиков высокой растворимости и фтористонатриевых паст
надежно защищает от гниения сырые деревянные элементы, ко-
торые могут быть пропитаны насквозь диффузионно; это отно-
сится к накату из горбылей, состоящему из сырой заболонной
древесины. Если же элементы в основном состоят из ядровой
древесины, то сквозного проникания антисептика не произойдет
и при соответствующих условиях внутренняя зона может быть
— 102 —
разрушена гниением; известны случаи полного разрушения из-
нутри бревенчатых балок, снаружи обильно покрытых антисеп-
тической пастой.
Антисептическая обработка сырых строительных деревянных
элементов, состоящих в основном из ядровой древесины, может
быть полезна только в сочетании с организацией их интенсивной
сушки в здании. Сырые элементы из заболони в случае обработ-
ки антисептиком с ограниченной растворимостью (например,
фтористым натрием) также необходимо быстро высушивать в
здании; сушку можно не форсировать лишь в том случае, если
они обработаны достаточным количеством фтористо-натриевой
пасты или раствора антисептика высокой растворимости.
Таким образом, можно сделать вывод, что, кроме некоторых
частных случаев, любой способ применения водорастворимых
антисептиков сам по себе не обеспечивает надежной защиты от
гниения сырых деревянных элементов в зданиях.
В условиях современного строительства с преобладающим
вынужденным применением из-за недостатка лесосушилок сырой
древесины решающее значение имеют конструктивные мероприя-
тия, с помощью которых ускоряется высушивание сырой древе-
сины и исключается возможность ее увлажнения во время экс-
плуатации. В этих условиях антисептирование представляет
собой дополнительное средство защиты для тех элементов, высы-
хание которых в здании может затянуться на 2—3 месяца.
Глава III
ЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
ОТ ЖИВОТНЫХ—ВРЕДИТЕЛЕЙ ДРЕВЕСИНЫ
§ 27. КРАТКИЕ УКАЗАНИЯ
Различают два вида вредителей: физиологические, развиваю-
щиеся на живых деревьях, и технические, поражающие мертвую
древесину.
К числу физиологических вредителей, вызывающих повреж-
дения древесины ствола, относятся жуки-усачи, златки, рого-
хвосты и т. п. Личинки этих насекомых часто попадают в соору-
жения в зараженных ими лесных строительных материалах и
здесь продолжают свою разрушительную деятельность вплоть до
вылета взрослых жуков. Однако нового заражения деревянных
частей зданий этими насекомыми в дальнейшем опасаться не
приходится, так как для откладки яиц им нужна кора, а для пи-
тания личинок—свежая сырая древесина.
Технические вредители могут повторно заражать деревянные
части одного и того же сооружения и доводить их до полного
— 103 —
разрушения. Главнейшими техническими вредителями наземных
деревянных конструкций являются жуки-корабельщики, точиль-
щики (мебельный и домовый), усачи, термиты. К числу техниче-
ских вредителей древесины подводных морских сооружений от-
носятся моллюски: корабельный червь (тередо, банкия) и рако-
образные — лимнория и хелура.
Сроки, требующиеся для развития жуков (яйцо, личинка,
куколка — взрослое насекомое), различны — от нескольких дней
до нескольких лет; на морозе развитие их приостанавливается.
Основными разрушителями деревянных частей зданий являются
личинки жуков. Существуют разновидности жуков-точильщиков,
которые проходят все стадии развития в течение нескольких по-
колений, не вылетая из пораженных деревянных элементов
вплоть до полного разрушения древесины, сопровождающегося
массовым вылетом жуков.
Жуки встречаются в зданиях и деревянных сооружениях
почти на всей территории СССР, за исключением Крайнего Се-
вера.
К числу предупредительных мер по борьбе с жуками относят-
ся: ускоренное корчевание пней на лесосеках, уборка горелых
деревьев и буреломов, вывозка заготовленной древесины из
леса до начала периода лёта жуков, мокрое (подводное) хране-
ние неокоренных бревен летом, очистка лесоскладов от древес-
ного хлама, быстрое (до наступления оттепели) снятие коры
с бревен, подлежащих сухому хранению.
Защитными мерами являются: пропитка антраценовым мас-
лом (для столбов проволочной связи, мачт электропередач, мос-
тов и других деревянных элементов и сооружений, не защищен-
ных от атмосферных осадков), а для элементов зданий — поверх-
ностная антисептическая пропитка, масляная окраска и лаки-
ровка при условии полной непрерывности защитного слоя.
Истреблять жуков, поселившихся в древесине, можно путем про-
грева в камерах при температуре > 80° (пригодно для пилома-
териалов, мебели и т. д.); окуривания в специальных камерах
хлорпикрином и другими отравляющими газами; пропитки дре-
весины впрыскиванием гексахлорана, а-хлорнафталина или ДДТ
(дихлордифенилтрихлцрэтана) в органических растворителях.
Термиты особенно широко распространены в тропических
странах, но встречаются также в Закавказье, Туркменской, Тад-
жикской, Узбекской и Киргизской ССР. Термиты гнездятся в
земле; на зиму они впадают в спячку. Извилистыми ходами они
пронизывают древесину стоек, обвязок и других элементов, рас-
положенных наиболее близко к земле. Борьба с термитами ве-
дется заливкой их гнезд нефтью, изоляцией деревянных элемен-
тов от земли каменными фундаментами и цоколями с защитными
козырьками, пропиткой древесины антраценовым маслом и пен-
тахлорфенолом.
— 104 —
Морские древоточцы встречаются в СССР в портах Черного
моря и на Дальнем Востоке. Корабельный червь тередо в Чер-
ном море имеет длину 12—14 см, иногда достигает 25 см. В се-
верной части Японского моря встречается разновидность кора-
бельного червя банкия, достигающего 60 см в длину при 19 мм
в диаметре. Вбуравливаясь в древесину при помощи острых кра-
ев двух известковых раковин, тередо поражает почти все породы
строительного леса. В условиях, благоприятствующих его жиз-
недеятельности, например в Новороссийском порту, тередо раз-
рушает толстые сваи за одно лето (июль—сентябрь); в осталь-
ные месяцы года его разрушительная деятельность приостанав-
ливается.
Основным методом борьбы со всеми видами морских древо-
точцев-является глубокая пропитка древесины антраценовым
маслом. Долговечность пропитанных деревянных элементов мор-
ских гидротехнических сооружений находится в прямой зависи-
мости от количества масла, введенного в древесину и вымывае-
мого постепенно водой. Для надежной защиты деревянных час-
тей от морских древоточцев в течение 30 лет вводят по 200 кг
креозотового масла в 1 м3 древесины. Хорошие результаты дает
также обработка древесины нафтенатами меди.
8 Зак. 266С
Раздел третий
Расчет и проектирование элементов
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
Глава 1
ОСНОВЫ РАСЧЕТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ состояниям
§ 28. ВВЕДЕНИЕ
Расчет деревянных конструкций производится в настоящее
время по разработанному в СССР методу предельных состоя-
ний, основы которого заключаются в следующем.
Целью расчета любой конструкции является получение над*
лежащей гарантии в том, что за время своего существования
она будет удовлетворять требованиям эксплуатации. При этом
на изготовление и монтаж конструкции должно быть затрачено
возможно меньшее количество материалов и труда. Деревянная
конструкция перестает удовлетворять требованиям эксплуатации
и переходит в предельное состояние, если она:
а) теряет способность сопротивляться внешним воздействиям,
т. е. нарушается ее прочность или устойчивость (первое предель-
ное состояние);
б) получает недопустимые деформации — прогибы, колеба-
ния (второе предельное состояние).
Возможность наступления предельного состояния зависит от
многих факторов, из которых основными являются:
а) внешние нагрузки;
б) качество и механические свойства материала;
в) условия работы конструкции или ее элементов.
Внешние нагрузки, например снеговая, указываемые в нор-
мах в виде определенных постоянных величин, в действительно-
сти обладают известной изменчивостью и могут превысить нор-
— 106 —
мативные величины. Учет этой изменчивости производится вве-
дением коэффициента перегрузки (n> 1), на который надо умно-
жить нормативную нагрузку, чтобы получить расчетную.
Показатели прочности древесины также обладают известным
разбросом и уклоняются в ту и другую сторону от средних вели-
чин, устанавливаемых на основании испытаний большого числа
стандартных образцов.
Минимальное вероятное значение длительного сопротивления
древесины, определенное путем испытаний малых чистых (без
пороков) стандартных образцов, называется нормативным дли-
тельным сопротивлением. При переходе от нормативных сопро-
тивлений к расчетным учитывается влияние пороков, размеров
сортиментов и пр.
Эти факторы учитываются коэффициентом однородности ма-
териала (k< 1). Нормативное сопротивление, умноженное на ко-
эффициент однородности, дает величину расчётного сопротивле-
ния.
Помимо учета изменчивости нагрузок и рассеяния показате-
лей качества материала, учитываются также (путем введения
коэффициентов условий работы т) разные условия работы кон-
струкции и ее элементов: например, концентрация напряжений
в местах отверстий и врезок, форма сечения элементов, нерав-
номерность распределения скалывающих напряжений по длине
площадки скалывания, дополнительные напряжения изгиба в
составных элементах на податливых связях и пр.
Основное требование, которому должен удовлетворять рас-
чет, может быть записано в следующем виде: наибольшая воз-
можная (предельная) нагрузка должна быть меньше наимень-
шей несущей способности конструкции, определенной с учетом
рассеяния показателей качества материала и с учетом условий
работы конструкции.
В соответствии с изложенным расчетная формула первого
предельного состояния в общем виде пишется так:
Ф (S; т),
где N — усилие (или изгибающий момент) от расчетных на-
грузок;
S — геометрическая характеристика сечения;
k — коэффициент однородности материала;
R*—нормативное сопротивление древесины;
Тп — коэффициент условий работы.
В практических расчетах пользуются расчетными сопротивле-
ниями или же R = mkR*. Для удобства расчета коэффи-
циент условий работы т включается в величину расчетного со-
противления. Запись расчетной формулы удобно применять в
виде сравнения получаемого напряжения с расчетным, что не
меняет существа расчета.
8*
— 107 —
Покажем на примере, как может быть определено расчетное сопротивле-
ние для случая растяжения вдоль волокон.
По данным многочисленных испытаний на испытательных машинах стан-
дартных образцов на растяжение вдоль волокон среднее значение предела
прочности (при влажности 15%) для сосны и ели составляет 1 000 кг/см2. Коэф-
фициент изменчивости (вариационный коэффициент) для растяжения равен
20%. Принимая отклонение от среднего значения предела прочности равным
2,25а (о — среднеквадратичное отклонение), получим минимальное вероятное
значение предела прочности
/?" = 1000 — 2,25(0,2-1000)= 1000 — 450 = 550 кг/см2.
При этом согласно теории вероятности в 975 случаях из 1 000 предел проч
ности будет отличаться в^ту или иную сторону от среднего значения. Таким
образом, только в --------=13 случаях из тысячи (т. е. для 1,3% случаев)
предел прочности может оказаться ниже 550 кг/си2. Учитывая, кроме того, что
математическая вероятность совпадения минимальной прочности материала со
всеми остальными факторами, влияющими отрицательно на работу конструкции
(максимальные величины нагрузок, минимальные значения коэффициентов усло-
вий работы и пр.), является сравнительно малой величиной, считается (при-
нимая также во внимание опыт проектирования и эксплуатации деревянных
конструкций), что принятая выше величина среднеквадратичного отклонения
(а=2,25) дает гарантию безаварийной работы конструкций, выполненных с соб-
людением всех требований к качеству материала и изготовления.
Для перехода к нормативному длительному сопротивлению следует величи-
ну 550 кг/см2 умножить на экспериментальный коэффициент £длит» учитываю-
щий длительность действия нагрузки и представляющий собой отношение дли-
тельной прочности древесины к ее пределу прочности, определяемому при
стандартных испытаниях образцов. Учитывая, что в большинстве случаев прак-
тики конструкции рассчитываются не только на постоянно действующие, но
также на временные нагрузки, благодаря чему вероятная продолжительность
нахождения конструкций под полной расчетной нагрузкой сравнительно неве-
лика, в расчеты вводится несколько повышенный коэффициент &ДЛИт > учиты-
вающий ограниченно длительное сопротивление чистой древесины &ДЛИт =0,67,
что дает величину нормативного сопротивления 550-0,67=370 кг/см2. Затем
вводится коэффициент однородности, учитывающий влияние размеров и поро-
ков элементов конструкции. По данным испытаний &Одн =0,27, откуда расчетное
сопротивление 370-0,27=100 кг/сл<2, что и принято в нормах.
В тех случаях, когда превалирует постоянная нагрузка, величина Лдлит
снижается на 20%: *длит =0,8-0,67=0,53, что близко к экспериментально най-
денному пределу длительного сопротивления, равному в среднем 0,5. В этом
случае расчетное сопротивление принимается: 100 • 0,8=80/сг/ш2. Ниже ука-
зываются случаи расчета, когда следует вводить коэффициент 0,8.
§ 29. ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Значения расчетных сопротивлений для древесины сосны и
ели приведены в табл. 7.
Для других пород древесины данные табл. 7 умножаются на
коэффициенты табл. 8.
Величины расчетных сопротивлений и модулей упругости для
строительной фанеры приведены в табл. 9.
Учет влияния влажности и температуры древесины и дли-
тельности загружения для постоянных сооружений производится
согласно табл. 10.
— 108 —
Таблица 7
Расчетные сопротивления сосны и ели в кг] см1
№ Расчетные сопротивления
п/п
постоянных I временных
сооружений । сооружений
Вид напряженного состояния и характеристика
элементов
1
2
3
4
5
6
7
Изгиб /?и:
а) элементы с высотой сечения до
50 см, за исключением упомянутых
в п. б и в.........................
б) элементы сплошного прямоуголь-
ного сечения с размерами сторон
14 см и более при высоте сечения
до 50 см...........................
в) бревна, не имеющие врезок рас-
четном сечении ....................
Растяжение вдоль волокон /?р:
а) элементы, не имеющие ослабления
в расчетном сечении ...............
б) элементы, имеющие ослабление
в расчетном сечении ...............
Сжатие Rz и смятие /?см вдоль волокон
Сжатие /?с и смятие /?см по всей по-
Чо 90
верхности поперек волокон . . .
Смятие местное поперек волокон 7?см :
а) в опорных плоскостях конструкций
б) в лобовых врубках и шпонках . .
в) под шайбами при углах смятия от
90 до 60°..........................
г) на части длины при длине свобод-
ных концов не менее длины пло-
щадки смятия и толщины элемента
130 150
150 . 170
160 180
100 S5
80 70
130 150
18 20
24 28
30 35
40 45
Скалывание вдоль волокон при изгибе
и в соединениях (для максимального
напряжения) /?Ск....................
Скалывание поперек волокон (для мак-
симального напряжения) /?ск . . .
По формуле примеча-
ния 1
24
12
24
12
Примечания. 1. Расчетное сопротивление древесины местному смятию попе-
волокон на части длины при длине свободных концов не менее длины площадки
смятия и
таблицы)
рек
толщины элемента (за исключением случаев, оговоренных в п. 5, а, б, в,
определяют
где Rc
«о
по формуле
R-u = R- (1 + --------8----\ кг/см»,
см»о с«> \ ZCM + 1,2 )
сопротивление древесины смятию по всей поверхности поперек
4 таблицы):
— расчетное
волокон (п.
^см ~длина площадки смятия вдоль волокон древесины в см.
2. Расчетное сопротивление изгибу бревен, имеющих врезки в расчетном сече-
нии, принимается как для элементов прямоугольного (описанного) сечения соответ-
ствующих размеров в месте ослабления.
3. Расчетные сопротивления древесины опалубки, не подвергающейся пропари-
ванию, повышаются умножением на коэффициент 1,2 (за исключением скалывания).
4. Расчетное сопротивление древесины смятию и скалыванию под углом к во-
локнам определяется по формуле
₽
7?
__sin’a
где R и/? — расчетные сопротивления смятию или скалыванию соответственно
90
вдоль и поперек волокон.
— 109 —
Таблица 8
Поправочные коэффициенты к расчетным сопротивлениям для древесины
разных пород
Наименование породы Поправочные коэффициенты
растяжение, изгиб, сжитие ( и смятие вдоль волокон сжатие и смя- тие поперек волокон скалывание
Хвойные
Лиственница 1,2 1,2 1,0
Кедр сибирский 0,9 0,9 0,9
Пихта 0,8 0,8 0,8
Т в е р д]ы е лиственные
Дуб 1,3 2,0 1,3
Ясень, клен, граб 1,3 2,0 1,6
Акация 1,5 2,2 1,8
Береза, бук 1,1 1,6 1,3
Вяз, ильм 1,0 1,6 1,0
Мягкие лиственные
Ольха, липа 0,8 1,3 1,1
Осина, тополь 0,8 1,0 , 0,8
Таблица 9
Расчетные сопротивления и модули упругости для строительной
березовой фанеры сортов НВ и В
№ п/п Вид и направление дей- ствующего усилия Расчетные сопротив- ления /?ф в кг/см* при числе слоев и сорте фанеры Модули упругости в тыс. кг1см* при чис- ле слоев и сорте фанеры
3 5 7 и более 3 5 7 и более
НВ В НВ В НВ 1 В НВ 1 В НВ 1 в НВ В
1
2
3
4
Сжатие
Вдоль волокон наруж-
ных шпонов..........
Поперек волокон на-
ружных шпонов ....
Растяжение
Вдоль волокон наруж-
ных шпонов .........
Поперек волокон на-
ружных шпонов ....
100 100 100
50 20 70
100 100 100
50 20 70
90 100
26 75
90 100
26 75
70 100 100 90
30 50 40 60
70100100 90
30 50 40 60
80
50
80
50
ПО
Продолжение табл. 9
Вид и направление дей-
ствующего усилия
Расчетные сопротив-
ления в кг 1см*
при числе слоев
и сорте фанеры
Модули упругости
в тыс. кг 1см* при чис-
ле слоев и сорте
фанеры
с
*в
5
6
7
9
3 5 7 и более
НВ Г в НВ В нв| В
3 5 7 и более
НВ | В НВ | в нв| в
Изгиб
Вдоль волокон наруж-
ных шпонов .........
Поперек волокон на-
ружных шпонов . . .
Сдвиг
Вдоль волокон наруж-
ных шпонов .........
Поперек волокон на-
ружных шпонов . . .
140 140140
7 0 40
60 50 55
75 60 70
105 105
45 35
. 75,5
7 5,5
Примечания. 1. Расчетные сопротивления сдвигу даны для средневодо-
стойкой фанеры. Для фанеры повышенной водостойкости эти напряжения увеличи-
вают на 20%.
2. Для фанеры сорта ВВ величины, приведенные в таблице для сорта В,
уменьшаются путем умножения расчетных сопротивлений на коэффициент ОД а
модули упругости — на коэффициент 6,9.
3. Величины, приведенные в таблице для изгиба, относятся к изгибу фанер-
ного листа из его плоскости при направлении, нормальных напряжений соответствен-
на вдоль и поперек волокон наружных шпонов.
4. Для ольховой и сосновой фанеры расчетные величины умножаются на поп-
равочный коэффициент 0,65.
Поправочные коэффициенты
Таблица 10
Условия эксплуатации конструкции и виды нагрузок Коэффициенты
к расчетному сопротивлению к модулю упругости
Конструкции, подвергающиеся увлажнению: кратковременному с последующим высы- ханием (в незащищенных от атмосферных 0,85 0,85
воздействий сооружениях и т. п.) .... длительному (в воде, в грунте, в производ-
ственных помещениях) Конструкции при воздействии установившейся температуры воздуха 35—50е (в производст- 0,75 0,75
венных помещениях) Конструкции, рассчитываемые на воздействие 0,80 0,80
только постоянной нагрузки 0,80 0,80
— 111 —
Продолжение табл. 10
Условия эксплуатации конструкции и виды нагрузок Коэффициенты
к расчетному сопротивлению к модулю упругости
Конструкции, рассчитываемые на ветровую или монтажную нагрузку: кроме расчета на смятие поперек волокон 1,2
при расчете на смятие поперек волокон 1,4 —
Конструкции, рассчитываемые на сейсмиче- скую нагрузку: кроме расчета на смятие поперек волокон 1,4
при расчете на смятие поперек волокон 1,6 —
Примечание. Коэффициент 0,8 для конструкций, рассчитываемых на воздей-
ствие только постоянной нагрузки, вводится в тех случаях, когда усилия в элементах
и соединениях, возникающие от расчетных постоянно действующих нагрузок, пре-
вышают 0,8 от расчетной полной нагрузки. К постоянно действующим нагрузкам
относятся: собственный вес конструкции, полезные нагрузки складских и библиотеч-
ных помещений, давление воды, давление сыпучих тел, т. е. нагрузки, действующие
на конструкцию в течение большей части срока ее службы.
Для временных сооружений (за исключением опалубки), дли-
тельно находящихся в увлажненном состоянии, расчетные со-
противления уменьшаются умножением на коэффициент 0,85.
В некоторых типах деревянных конструкций применяются
элементы, состоящие из пакета гнутых досок, например верхние
пояса сегментных ферм, арки. При гнутье свыше определенного
предела возникают начальные напряжения от изгиба, которые
снижают прочность гнутых элементов по сравнению с прямоли-
нейными. Снижение прочности зависит от радиуса гнутья и учи-
тывается в расчетах введением специального коэффициента со-
гласно данным табл. 11.
Таблица 11
Коэффициент снижения расчетных сопротивлений для гнутых элементов
в зависимости от отношения радиуса кривизны гнутого -элемента г к размеру а
сечения одной доски или бруска в направлении радиуса кривизны
Вид напряженного состояния Коэффициент для отношения г/а
125 150 200 250 500 и более
Сжатие и изгиб 0.7 0,8 0,9 1,0 1,0
Растяжение - j 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0
Подсчет деформаций, т. е. расчет по второму предельному со-
стоянию производится на нормативные нагрузки, т. е. без введе-
ния коэффициентов перегрузки. При этом модуль упругости
древесины для постоянных и временных сооружений (в том числе
— 112 —
и опалубки), защищенных от увлажнения и нагрева, принимает-
ся независимо от породы древесины равным £=100 000 кг! см?.
Учет в постоянных сооружениях повышенной влажности, тем-
пературы и пр. производится путем введения снижающих вели-
чину модуля упругости коэффициентов по табл. 10.
Таблица 12
Нормативные нагрузки и коэффициенты перегрузок
Вид HirpySOK Нормативная нагрузка в Ковффицинт перегрузки
Собственный вес: конструкций, за исключением засып- ки и плитных утеплителей засыпок и плитных утеплителей . . Снеговая нагрузка Ветровая нагрузка На чердачных перекрытиях На перекрытиях жилых зданий .... В залах и коридорах театров, кино, клубов, школ, вокзалов, на трибунах В производственных помещениях про- мышленных предприятий По проектным данным То же 75 150 400 По техноло- гическим данным 1,1 1,3 1,4 1,2 1,4 1,4 1,25 1,2
Для временных сооружений и опалубки снижение модуля
упругости производится по данным той же таблицы только для
кратковременно и длительно увлажняемых конструкций.
Некоторые основные величины нормативных нагрузок и ко-
эффициентов перегрузки даны в табл. 12*.
При одновременном воздействии нескольких нагрузок следу-
ет учитывать расчетные сочетания их в соответствии со строи-
тельными нормами и правилами (СНиП).
Для временных сооружений величины нагрузок и коэффици-
ентов перегрузки устанавливаются в соответствии с данными
норм.
Глава II
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Расчет элементов производится на прочность и устойчивость
(первое предельное состояние) от воздействия расчетных уси-
лий, т. е. усилий, вычисленных с введением коэффициентов пе-
регрузки.
* Более подробные данные приведены в строительных нормах и правя
лах (СНиП).
— 113 —
Расчет на деформативность — прогибы, колебания (второе
предельное состояние) — производится от воздействия усилий,
определенных от нормативных нагрузок, т. е. без введения ко-
эффициентов перегрузки.
§ 30. ЦЕНТРАЛЬНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ
Расчет растянутых деревянных элементов производится с уче-
том имеющихся ослаблений сечения от отверстий, врезок и вру-
бок. Ослабления считаются совмещенными в одном сечении,
если они расположены в пределах 20 см по длине элемента. Опы-
ты показывают, что прочность растянутых стержней снижается
дополнительно вследствие концентрации напряжений в местах
ослаблений. Это обстоятельство учитывается пониженной для
этого случая величиной расчетного сопротивления.
Расчет производится по формуле
где А — расчетная растягивающая сила;
Rp — расчетное сопротивление растяжению по табл. 7;
Fm — ослабленная площадь сечения.
§ 31. ЦЕНТРАЛЬНОЕ СЖАТИЕ - РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
Расчет на прочность центрально сжатых стержней произво-
дится с учетом ослаблений сечения. Опыты показывают, что кон-
центрация напряжений у мест ослаблений при сжатии значи-
тельно менее снижает прочность, чем при растяжении. Это объ-
ясняется более пластичной работой древесины при сжатии.
Расчет производится по формуле
° = (2)
1 нт
где N — расчетная сжимающая сила;
Rc — расчетное сопротивление сжатию.
Сжатые стержни, имеющие более или менее значительную
длину и не закрепленные в поперечном направлении, должны
быть, помимо расчета на прочность, рассчитаны на продольный
изгиб.
§ 32. ЦЕНТРАЛЬНОЕ СЖАТИЕ - РАСЧЕТ НА ПРОДОЛЬНЫЙ ИЗГИБ
Явление продольного изгиба, как известно, заключается в
том, что гибкий центрально сжатый прямой стержень теряет
свою прямолинейную форму (теряет устойчивость) и начинает
— 114 —
выпучиваться при напряжениях, значительно меньших предела
прочности.
Теоретическая величина критической нагрузки или критиче-
ского напряжения для абсолютно упругого стержня определяет»
ся по формуле Эйлера
t&EJ т&Е
= иакр=—, (3)
где Е — модуль упругости материала;
J — минимальный момент инерции сечения стержня;
/о — расчетная длина стержня, зависящая от схемы опира»
ния его концов.
При шарнирном опирании обоих концов /о=/— действитель»
ной длине стержня. Это основной случай расчета, по которому
рассчитываются, например, все элементы сквозных деревянных
конструкций: сжатые элементы поясов и решетки. Для других
случаев опирания расчетные длины даны на рис. 68; они несколь-
Рис. 67. Переменный модуль упругости для на-
пряжений сжатия, лежащих выше предела про-
порциональности
ко превышают теоретические значения, так как в деревянных
конструкциях жесткую заделку концов конструктивно осущест-
вить затруднительно.
Отношение критического напряжения окр к пределу прочно»
сти /?пр дает величину коэффициента продольного изгиба <рз
Отсюда акр = <р/?пр.
Таким образом, коэффициент <р<1 можно рассматривать как
поправочный коэффициент, меньший единицы, на который надо
умножить предел прочности, чтобы получить критическое напря-
жение упругого стержня.
— 115 —
Поскольку при расчете по предельным состояниям пределом
прочности Rnp является длительное сопротивление древесины,
постольку критическое напряжение Окр и модуль Е должны
быть определены с учетом длительного действия нагрузки. По
многочисленным испытаниям деревянных образцов на сжатие,
произведенных на испытательных машинах с обычными скоро-
стями (т. е. без учета длительного действия нагрузки), отноше-
Е
ние — почти неизменно и может быть принято равным 312.
При длительном действии нагрузки предел прочности древе-
сины /?пр снижается. Одновременно снижается и модуль упру-
гости Е. Приближенно принимается, что модуль упругости сни-
жается в том же отношении, что и предел прочности и что, сле-
довательно, отношение длительного модуля упругости к длитель-
ному пределу прочности такое же, как и при скоростных испы-
таниях, т. е.
^ЛЛИТ ___ Е __ 212
^?длит
(5)
Опытных данных по непосредственному определению <гкр из
длительных испытаний мало. Они показывают, что принятая вы-
ше предпосылка идет несколько в запас прочности. Коэффициент
продольного изгиба
_ *»ЕДЛИТ _ 312 _ 3100 .
? Ь’Ядлит
В координатах <р — Л формула (6) представляет собой урав-
нение гиперболы (гипербола Эйлера).
Формула (6) в соответствии с предпосылкой об упругой ра-
боте материала справедлива при критическом напряжении, мень-
шем предела пропорциональности. За пределом пропорциональ-
ности модуль Е становится переменным, зависящим от величины
напряжения. Известно, что формулу Эйлера можно распростра-
нить и за предел упругости, если ввести в расчет приведенный
модуль упругости Ек. Для прямоугольного сечения
Здесь Ео — переменный модуль упругости, определяемый по
экспериментальной диаграмме сжатия материала
(рис. 67) в той ее точке, для которой ищут крити-
ческую гибкость
£0 = -T- = tg₽;
ае.
— 116 —
Е —обычный модуль упругости E=tga.
Экспериментальная кривая ф за пределом упругости впервые
построена для дерева в СССР в ЦНИПС и подтверждена опы-
тами. Коэффициент ф за пределами упругости определяется
при расчетах пе формуле 1
<Р = 1 — 0,8 ) • (7\
чмо/ (7;
Кривая по этой формуле мало отличается от теоретической
Рис. 68. Расчетный график коэффициентов продольного изгиба
1 Предложена Д. А. Кочетковым.
— 117 —
Расчет на продольный изгиб производится по формуле
Здесь —расчетная сжимающая сила;
Re — расчетное сопротивление на сжатие по табл. 7;
Ф —коэффициент продольного изгиба, определяемый
для гибкости Х>75 по фо|рмуле (6), для гибко-
сти Л>75 по формуле (7) или же по графику
рис. 68;
Fpac, —расчетная площадь, принимаемая:
а) при отсутствии ослаблений Fpac4 = F6p;
б) при ослаблениях, не выходящих на ребро, Fpac4 = F6p, если
площадь ослаблений не превышает 25% от Г6р и Грасч =4/з F„,
если площадь их превышает 25% от Гбр;
в) при симметричных ослаблениях, выходящих на ребро,
F «F
* расч 1 нт*
Максимальная (предельная) гибкость сжатых элементов кон-
струкций ограничивается нормами во избежание чрезмерного
провисания элементов от собственного веса или их вибраций;
она не должна превышать следующих значений: для основных
элементов конструкций — 120 (пояса, опорные раскосы и опор-
ные стойки ферм, колонны и т. п.), для прочих элементов— 150,
для связей — 200.
§ 33. ПОПЕРЕЧНЫЙ ИЗГИБ
1. Расчет на прочность и жесткость
Расчет на поперечный изгиб заключается в проверке проч-
ности и жесткости. Проверка прочности производится в месте
наибольших изгибающих моментов с учетом имеющихся ослаб
лений сечения.
Если значительные ослабления расположены за пределами
наибольших изгибающих моментов, следует дополнительно про
верить сечение в месте наибольших ослаблений.
При расчете элементов из круглых или окантованных бревен
момент сопротивления в расчетном сечении определяется по диа-
метру, рассчитанному с учетом естественной конусности—сбега
бревна, принимаемого равным 1 см на 1 м длины бревна.
Расчет на прочность производится по формуле.
— 118 —
Здесь М — расчетный изгибающий момент;
ЧТнт — момент сопротивления нетто поперечного сечения;
ослабления, расположенные на участке длиной
20 см, принимаются совмещенными в одном сечении;
7?и — расчетное сопротивление на изгиб по табл. 7.
Повышенное расчетное сопротивление для крупных брусьев
и бревен дано в табл. 7 в соответствии с опытными данными, по-
казывающими большую прочность на изгиб таких элементов,
главным образом вследствие меньшего влияния пороков и от-
сутствия в бревнах перерезанных крайних волокон.
Помимо проверки нормальных напряжений, в некоторых
случаях бывает необходима проверка изгибаемых элементов на
прочность по скалыванию в местах наибольших сдвигающих уси-
лий. Такая проверка мвжет понадобиться, например, при двутав-
ровой форме поперечного сечения, когда толщина стенки значи-
тельно меньше ширины поясов; при расположении больших гру-
зов близко к опорам, когда имеются большие поперечные силы,
в особенности в случае коротких балок при отношении —<^5.
h
Для прямоугольной балки на двух опорах при действии равномерно рас-
пределенной нагрузки наибольшие напряжения изгиба и скалывания равны:
3 ql2 3ql I аи 130 ₽
ои=—• — и т = — • —; отсюда — = — = — «о, т- е- в рассматривае-
4 Ьп2 4 Ьп Л т 24
мом случае напряжение скалывания не достигает предельной величины при
полном использовании напряжения изгиба только в достаточно длинных бал-
ках при l> 5h.
Проверка на скалывание производится по форхмуле
Q^6p
Jqp b
RZK.
(9)
Здесь Q —расчетная поперечная сила;
J6p—момент инерции брутто рассматриваемого сечения;
S6p — статический момент брутто сдвигаемой части сече-
ния относительно, нейтральной оси;
b— ширина сечения;
—расчетное сопротивление скалыванию по табл. 7.
Расчет на жесткость заключается в определении прогиба и
сравнении его с предельным. Расчет производится при наиболее
невыгодном загружении балки. Расчетный момент инерции в
большинстве случаев принимается без учета местных ослабле-
ний, так как протяженность их по длине балки обычно незначи-
тельна. Для бревен со сбегом расчетное сечение с достаточной
точностью может приниматься по середине длины бревна.
— 119 —
Предельные прогибы изгибаемых элементов перекрытий и покрытий зданий
при воздействии нормативных нагрузок
1) междуэтажные перекрытий1........................ 1:250 /
2) чердачные перекрытия............................ 1:200 I
3) покрытия (кроме ендов):
а) прогоны, стропильные ноги...................’ 1:200 I
б) обрешетка и настилы.......................... 1:150 I
4) ендовы ......................................... 1:400 I
Необходимость расчета на жесткость вытекает из сравнитель-
но небольшой величины модуля упругости древесины, благодаря
чему балка, прочность которой достаточна, может оказаться
чрезмерно гибкой. В таком случае сечение балки следует подби-
рать из условия жесткости, а не прочности. При этом напряже-
ния в балке могут получиться значительно менее расчетных.
Рис. 69. Разложение нагрузки при косом из-
гибе
С целью наиболее полного использования прочности мате-
риала и получения, следовательно, более экономичных сечений
следует применять такие схемы изгибаемых элементов, в кото-
рых величины изгибающих моментов и прогибов были бы воз-
можно меньшими. К таким схемам относятся различные типы
консольно-балочных и неразрезных прогонов.
2. Косой изгиб
В случаях когда направление действия нагрузки не совпада-
ет с направлением одной из главных осей сечения, имеет место
так называемый косой изгиб (рис. 69).
1 При .наличии штукатурки прогиб элементов междуэтажных перекрытий
только от полезной нормативной нагрузки не должен превышать 1 :350 /.
— 120 —
Расчет на косой изгиб производится по формуле
Мх Л*у
Wy
«и •
(10)
Здесь Мх — изгибающий момент относительно оси х, опреде-
ляемый от составляющей ^2 расчетной нагрузки q
Яч —Я cos а;
Му — то же, от составляющей q 1 = z/sin а;
/?и — имеет прежнее значение.
Полный прогиб равен геометрической сумме прогибов fx и
/у:
f=Vf2X+f2y . (11)
Косой изгиб существенно увеличивает размеры прямоуголь-
ного сечения прогонов. Следует поэтому стремиться путем кон-
структивных мероприятий к тому, чтобы основная нагрузка дей-
ствовала в плоскости наибольшей жесткости. Для этого жела-
тельно, например, прогоны наклонной кровли опирать на
подкладки, обеспечивающие вертикальное расположение сече-
ния. В случаях когда это неудобно, скатная составляющая q\
может быть воспринята элементами кровли, если она состоит из
настилов двух направлений; вспомогательные стропильные йоги
следует использовать для той же цели, скрепляя их друг с дру-
гом в коньке, и прикреплять к ним прогоны кровли.
Для прямоугольного сечения hxb наименьшее значение площади попереч-
h
кого сечения при косом изгибе получается из условия прочности при — =
Мх
Му
ctga, а из условия прогиба —при
= /ctga.
Д
b
§ 34. СЖАТО-ИЗОГНУТЫЕ СТЕРЖНИ
Сжато-изогнутыми стержнями называются стержни, находя-
щиеся под одновременным воздействием изгибающего момента
и продольной сжимающей силы.
Изгибающий момент может создаваться поперечной нагруз-
кой, внецентренно приложенными продольными сжимающими си-
лами, кривизной стержня, «несимметричным ослаблением попе-
речного сечения врезками и т. д. (рис. 70),.
При расчете сжато-изогнутых стержней учитывается, что, по-
мимо основного изгибающего момента М от всех действующих
сил (кроме Af), определяемого исходя из недеформированного
очертания стержня, появляется дополнительный момент Nf от
продольной силы N. Здесь f — полный прогиб стержня от дей-
ствия всех нагрузок, в том числе н силы N.
— 121 —
Далее исходят из условия, что под действием расчетных на-
грузок наибольшее сжимающее краевое напряжение не должно
превышать расчетного сопротивления. При этом краевое напря
жение определяется с учетом полного изгибающего момента и
нормальной силы
Для всех видов симметричных нагрузок прогиб f принимает-
ся приближенно -равным прогибу от синусоидальной нагрузки
при синусоидальной форме изогнутой оси:
(13)
Рис, 70. Схемы работы сжато-изогнутых
стержней
Здесь /0 — прогиб от поперечной нагрузки, а также от началь-
ного момента Ne (рис. 70);
— критическая Эйлерова сила N9 = —— при любой
гибкости стержня.
При изгибе по синусоиде прогиб fo в середине стержня может
быть выражен через изгибающий момент М в середине стержня
формулой
МР
N9
(14)
— 122 —
Следовательно,
М
N3-N
Подставляя значение f по формуле (15) в формулу (12), полу*
чим
N . М , NM N . М( . . W \
G = — -I---------------------/ 1 -4- ————— ।
F \V (N9 — N)W F W\ (N9—N) J
HO
следовательно,
(16)
Величину 1------= 5 преобразуем, заменив N9 = ^ep/?c?»> где
3100
?9 к» ’
Следовательно,
(17)
3100 FбрЯс
Для предельного состояния, принимая во внимание, что рас-
четные сопротивления /?с и /?и могут быть не равны, и учитывая
возможное ослабление сечения, получим расчетную формулу
а = < R,. (18)
FНТ Ни
Здесь Wh/И — расчетные значения сжимающей силы и изги-
бающего момента, определяемого, как указано
выше;
$ — коэффициент (действительный в пределах от 0
до 1), учитывающий дополнительный момент от
продольной силы W при деформации элемента.
При вычислении коэффициента g гибкость X определяется по
расчетной длине стержня так же, как при центральном продоль-
ном изгибе.
При небольшом изгибающем моменте, когда —- не превы*
N ' б₽
шает 10% от напряжения — , разрешается проверять стер-
^бр
жень на продольный изгиб от силы W без учета М.
— 123 —
Из плоскости изгиба сжато-изогнутые стержни рассчитыва-
ются на сжимающую силу без учета изгибающего момента.
Поперечные и сдвигающие силы определяются с учетом их
возрастания вследствие изгиба стержня. При сохранении пред-
посылки о синусоидальной форме изогнутой оси влияние изгиба
стержня учитывается введением коэффициента £ [формула (17)].
При этом значения поперечной и сдвигающей сил определяются:
Q— у иТ= где Qo и То определены обычным образом, т. е.
исходя из недеформированного очертания стержня.
§ 35. РАСТЯНУТО-ИЗОГНУТЫЕ СТЕРЖНИ
Расчетные формулы для растянуто-изогнутых стержней ос-
таются теми же, что и для сжато-изогнутых [формулы (17), (18)],
но в них растягивающая сила уменьшает, прогиб от поперечной
нагрузки и знак у силы W должен быть изменен на обратный
(рис. 71),.
Рис. 71. Схема деформации растянуто-изогнутого
стержня
В связи с этим величина g становится большей единицы. В за-
пас прочности при расчетах обычно пренебрегают коэффициен-
том £ и ведут расчет по формуле
3 = _А_ + _А_.*₽</?р
FНТ ^НТ
(19)
Пример расчета. Проверить верхний пояс деревянной фермы при. следую-
щих данных: сечение пояса 18X22 см, где 22 см — высота пояса в плоскости
фермы, длина панели верхнего пояса /1=2,8 м. Нагрузки на пояс:
а) расчетная сжимающая сила (с учетом коэффициентов перегрузки) W=
=19 000 кг;
б) расчетный изгибающий момент от поперечной нагрузки в панели М=
=890 кгм.
Проверку верхнего пояса как сжато-изогнутого стержня производим по
формуле
_N_ ЛН?С
fht + 1гнте/?и " с’
— 124 —
здесь 5=1 —----------
3100 Рбрл
. 280
0,289-22
N , 442 19000
= 1 —-------• —— = 1 — 0,23 = 0,77;
3100 396-130
^бр = ^нт = 18 • 22 = 396 см9;
W6p=W,
18-222
нт = -т— =1452 см*;
О
19000 89000-130 Jn „„ ,лл ,
а = ____ + , - =48 + 69 = 117< 130 кг см9
396 1452-0,77-150
Глава Ш
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАСТИЛОВ И БАЛОК
§ 36. НАСТИЛЫ
Настилы из досок и брусков применяются в междуэтажных
перекрытиях (доски пола и подшивки потолка), в виде обрешет-
ки или сплошного настила под разные виды кровель, в проезжей
части мостов, в лесах и подмостях и пр. Под рулонные кровли
применяется двойной перекрестный настил, в котором верхний
слой располагается обычно под углом 45—60° к нижнему. Двой-
ной настил способствует распределению сосредоточенной нагруз-
ки, плавности прогибов и тем самым сохранению рулонного ков-
ра. Он используется так же, как жесткая пластинка (в своей
плоскости), для предотвращения косого изгиба наклонно постав-
ленных прогонов и, как правило, обеспечивает без всяких допол-
нительных мероприятий пространственную жесткость деревян-
ных покрытий зданий.
Расчет настилов и обрешетки, работающих обычно на попе-
речный изгиб, производится на прочность и прогиб от следующих
нагрузок:
а) от собственного веса и снега — на прочность и прогиб;
б) от собственного веса и сосредоточенного груза 100 кг
с коэффициентом перегрузки 1,2 — на прочность.
При сплошном настиле или при расстоянии между осями до-
сок или брусков не более 15 см сосредоточенный груз считается
приложенным к двум доскам или брускам поровну. При двой-
ном перекрестном настиле или при однослойном настиле с при-
шитым снизу распределительным бруском сосредоточенный груз
считается распределенным на ширину 0,5 м рабочего настила.
Расчет настилов рекомендуется производить исходя из схе-
мы двухпролетной балки. Расчетные сопротивления древесины
принимаются, как для временных зданий и сооружений, а для
случая «б» они дополнительно умножаются на коэффициент 1,2
(как для монтажной нагрузки).
— 125 —
§ 37. БАЛКИ
Балки и прогоны цельного сечения выполняются из досок на
ребро, брусьев и круглых или окантованных бревен.
Следует избегать ослабления подрезками нижних крайних
растянутых волокон. Вредность подрезок заключается не только
в уменьшении момента сопротивления сечения. При изгибе в ме-
сте подрезки начинается отщепление перерезанных волокон
вследствие слабой работы древесины на отрыв поперек волокон.
По этой же причине глубина подрезок на опорах должна быть
строго ограничена (рис. 75).
С целью уменьшения сечения балки, в особенности в тех слу-
чаях, когда оно определяется из условия жесткости (прогиба),
рекомендуется в многопролетных покрытиях выполнять балки
неразрезными, что уменьшает расчетные значения моментов и
прогибов.
Эффект неразрезности может быть в известной мере достиг-
нут путем применения при разрезных балках подбалок или пу-
тем устройства консольно-балочных прогонов.
1. Балки, усиленные подбалками
Подбалка подкладывается на опоре под стык прогонов и
скрепляется с ними болтами (рис. 72)|. Длина а консоли подбал-
ки определяется из условия, чтобы общая касательная упругих
— 126 —
линий подбалки. и прогона располагалась у конца' консоли
(рис. 72). Конструктивная длина подбалок принимается на 10 см
больше, в целях обеспечения достаточной площади смятия в
концах подбалки.
Максимальный момент в подбалке Мподб= —а полу-
чается при полном загружении прилегающих пролетов (рис.
72, а). Расчетный же момент в прогонах, равный:
__ 9 G 2а, )3
/И пр - 8
определяется при отсутствии временной нагрузки в прилегаю-
щих пролетах (рис. 72, б). Здесь ai — уменьшенная за счет не-
симметричного поворота подбалки длина консоли в рассчитыва-
емом пролете; при этом второй вылет подбалки равен аз=а+
+10 см. Длина ai определяется из условия равновесия подбал-
ки при данном загружении
•Мподб= <Ъу =«> у,
откуда
ai = а2у •
2. Консольно-балочные прогоны
Многопролетные консольно-балочные прогоны (рис. 73) на-
ходят широкое применение в виде прогонов кровель и балок под-
весных чердачных перекрытий. Шарниры прогонов в количест-
ве, равном числу промежуточных опор, могут располагаться ли-
бо по два через пролет (схема а рис. 73), либо по одному в каж-
дом пролете (схема б рис. 73).
Исключением являются крайние пролеты, которые либо не
имеют шарниров, либо имеют только один шарнир.
В случае применения схемы по рис. 73, б обязательно спа-
ренное расположение прогонов, так как при одиночном прогоне
разрушение его в каком-либо пролете может привести к обру-
шению всего покрытия. Изменяя расстояние х от шарниров до
опоры, можно менять величину опорных и пролетных моментов,
а также величину прогибов,.
Нормы разрешают рассчитывать консольно-балочные прого-
ны при одновременном расположении временной равномерно рас-
пределенной нагрузки во всех пролетах. При равных пролетах и
при х=0,1465/ получается равномоментное решение (рис. 73, а),
при котором Л40П = Л4пр = ; при х = 0,2113/ — равнопрогиб-
ное решение, при котором Л40П = у и 7Ипр = . . Величины
прогибов в обоих случаях меньше, чем при разрезных балках
(рис 73).
— 127 —
Оо
Pwc. 73. Консольно-балочные прогоны
Из рис. 73 следует, что заготовочная длина лесоматериала
для случая а больше длины пролета, что ограничивает величину
последнего, а для случая б эти величины совпадают друг с дру-
гом.
Конструктивные решения шарниров показаны на рис. 73. В
спаренных прогонах гвозди у шарниров должны обеспечить пере-
дачу изгибающего опорного момента (рис. 73); их количество
должно определяться по формуле-
В крайних про-
летах, где величина
изгибающих момен-
тов больше, чем в
средних, сечения
прогонов увеличи-
ваются обычно пу-
тем постановки до-
полнительной доски
(рис. 73,6).
Желательно, если
это возможно,
уменьшать на 20%
величину крайних
пролетов, чтобы из-
бежать перегрузки
(на 10—15%) бли-
жайших к торцам
здания ферм и сох-
ранить без измене-
ния сечения прого-
нов.
3. Наслонные
стропила
При расположе-
нии стропильных ног
или вспомогатель-
ных прогонов вдоль
ската, т. е. перпен-
дикулярно коньку, в
них, помимо изгиба-
ющих моментов от
поперечной нагрузки
qcos а кг/м, появится
продольная нагруз-
ка, равная (/sin а
кг/м (рис. 74).
(20)
_ Afon
2лгвТгв
Рис. 74. Продольные усилия в наклонно
расположенных стропильных ногах
9—2665
— 129 —
При закреплении прогонов в коньке и свободном опирании
внизу нормальная сила вызывает в них растяжение W= (q sin a) I
(рис. 74, а). При опирании только внизу возникнет сжимающая
сила (рис. 74, б), а при опирании внизу и вверху (рис. 74, в) в
верхней части стропильной ноги будет растяжение, а в нижней —
сжатие. При расчете обычных стропил нормальной силой пре-
небрегают, так как дополнительные напряжения от нее неве-
лики.
4. Подрезки на опорах
При опирании вспомогательных прогонов или стропильных
ног на главные прогоны, а также при устройстве наката «в под-
резку» приходится делать подрезки у опор (рис. 75). Благодаря
резкому изменению сечения в этом месте появляются большие
местные напряжения, которые при большой глубине подрезки
могут привести к расщеплению древесины вследствие ее слабой
сопротивляемости отрыву поперек волокон. Еще более опасны
подрезки при применении сырого леса, когда места разрывов мо-
гут совпасть с усушенными трещинами.
На основании опытных данных глубина подрезок а ограниче-
на и должна приниматься по графику рис. 75.
— 130 —
Кроме того, в зависимости от высоты h сечения элемента глу«
бина подрезки а должна быть: при h> 18 см а<0,ЗЛ; при h от
18 до 12 см а<0,4й и при й< 12 см a<C0,5/i.
Следует избегать подрезок и опирать прогоны на балки при
помощи металлических хомутов (рис. 156). При больших грузах
у опор нормы запрещают устройство подрезок.
9*
Раздел четвертый
Соединения элементов деревянных
конструкций
Глава I
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
§ 38. КЛАССИФИКАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ
В целях повышения несущей способности д. к. применяют
сплачивание (в поперечном направлении), наращивание (в про-
дольном направлении) и узловые соединения бревен, брусьев,
досок и брусков.
В современных д. к. соединение элементов осуществляют
большей частью при помощи специальных деревянных, металли-
ческих, пластмассовых и других рабочих связей. Исключение со-
ставляют сжатый стык и врубки, решаемые, как правило, путем
непосредственного упора соответственно опиленных элементов.
В зависимости от вида работы связей, по конструктивному
признаку различают основные виды соединений, перечисленные
в табл. 13.
Следует иметь в виду, что признак работы на сжатие, изгибу
растяжение и сдвиг относится лишь к самой связи, а не к соеди-
нению в целом. Так, например, растянутый стык может быть вы-
полнен и на изгибаемых связях, т. е. на нагелях. Работа связей
на смятие не может служить определяющим признаком, посколь-
ку она характеризует поверхностное действие и противодействие
соединяемых частей, свойственное всем видам врубок, шпонок,
нагелей и растянутых связей; например, растянутые болты пере-
дают усилие обычно через шайбу, взаимодействующую с поверх-
ностью древесины тоже путем смятия. Только в соединении на
клеях передача основного усилия происходит путем работы кле-
евого шва не на смятие, а на сдвиг.
— 132 —
Таблица 13
Основные виды соединений (при сплачивании)
Виды соединений
Схемы соединений
На врубках, работающих без
специальных рабочих связей. Сое-
динения безраспорные; требуются
лишь вспомогательные поперечные
связи (устаревший вид сплачива-
ния)
На шпонках, работающих в ос-
новном на сжатие (с), аналогично
сжатым раскосам фермы (с). Рас-
пор 0шп воспринимается рабочими
поперечными связями (р) — болта-
ми, хомутами и т. п., работающими
на растяжение аналогично растя-
нутым стойкам фермы (р)
На нагелях, работающих в ос-
новном на изгиб (и), аналогично
стойкам (и) безраскосной фермы.
Соединения безраспорные; требу-
ются лишь вспомогательные попе-
речные связи
На клею, работающем в основ-
ном на сдвиг (т), аналогично свар-
ному шву в металлических балках.
Поперечная связь обычно обеспе-
чивается самим клеевым швом
§ 39. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СОЕДИНЕНИЯМ ЭЛЕМЕНТОВ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И РЕКОМЕНДУЕМЫЕ
ВИДЫ СОЕДИНЕНИЙ
Несущая способность составных д. к. в большой мере зависит
от способа соединения их элементов.
Наибольшие трудности представляет соединение растянутых
деревянных элементов, как правило, связанное с местным ослаб-
лением их. В ослабленном сечении растянутых деревянных эле-
ментов могут концентрироваться опасные, не учитываемые рас-
— 133 —
четом, местные напряжения (например, вследствие поперечного
Изгиба неразрезного растянутого пояса фермы в результате про-
висания конструкции). Кроме того, в стыковых и узловых сое-
динениях растянутых деревянных элементов наибольшую опас-
ность представляют скалывающие и раскалывающие (местные
0 ) напряжения, особенно в тех случаях, когда они суммиру-
ются с напряжениями от усушки.
Как скалывание, так и разрыв вдоль и поперек волокон отно-
сятся к хрупким видам работы древесины. В отличие от работы
строительной стали в древесине не происходит пластического вы-
равнивания напряжений. Для того чтобы уменьшить опасность
последовательного, по частям, хрупкого скалывания или разрыва
в растянутых элементах д. к., приходится обезвреживать природ-
ную хрупкость древесины вязкой податливостью работы их сое-
динений. К наиболее вязким видам работы древесины, характе-
ризуемым наибольшим количеством работы прочного сопротив-
ления, относится работа древесины на смятие. Следовательно,
требование вязкости, предъявляемое ко всем видам соединений
элементов д. к., сводится к следующему: обеспечить выравнива-
ние напряжений (усилий) в параллельно работающих брусьях
или досках, а также в зубьях, нагелях и т. п. путем использова-
ния вязкой податливости работы древесины на смятие, прежде
чем могло' бы произойти хрупкое разрушение от разрыва или ска-
лывания наиболее напряженного волокна.
Вязкость соединений сжатых деревянных элементов обеспечи-
вается вязкой работой древесины на смятие; в сжатом стыке,
всегда решаемом простым лобовым упором, вообще не прихо-
дится опасаться хрупкого разрушения древесины.
Для обеспечения вязкости соединения растянутых деревян-
ных элементов, как правило, используется «принцип дробности'»,
позволяющий избежать опасности скалывания древесины путе^м
увеличения числа площадок скалывания.
В качестве примера на рис. 76 приведен результат опытной проверки эф-
фективности использования принципа дробности в соединении на нагелях рас-
тянутых досок одинакового сечения. Применение вместо одной сосредоточенно
приложенной связи (чрезмерно жесткой для досок толщиной 5 си) 16 рассре-
доточение (дробно) приложенных вязко-податливых связей при одинаковой
затрате стали показало значительное увеличение несущей способности дробного
соединения и еще большее увеличение его вязкости (Д16 в диаграмме ра-
боты соединений на рис. 76), измеряемой количеством работы сопротивления
Aw При работе одного стального нагеля (диам. 2,4 см) остался неисполь-
зованным высокий ^предел прочности Ст.З на изгиб и древесины на смятие
вследствие ранее наступившего хрупкого скалывания и раскалывания древеси-
ны (см. обрыв диаграммы Л>). Умелое применение в д. к. принципа дробности
уменьшает опасность случайного совпадения площадки скалывания с сердце-
винной плоскостью, с усушенными трещинами и> другими природными порока-
ми древесины; выключается из работы лишь одна из многих связей.
- 134 —
Эффективность применения принципа дробности обусловли-
вается равномерным распределением усилий между многими па-
раллельно работающими связями; степень равномерности этого
распределения в большой мере зависит от точности изготовления
соединения, от начальной плотности прилегания рабочих поверх-
ностей в связях.
Рис. 76. Проявление принципа дробности в работе стыкового соединения
растянутых досок (5X12 см) при замене одного стального нагеля диаметром
2,4 см 16 тонкими нагелями диаметром 0,6 см
Следовательно, обеспечение плотности соединения путем пре-
дотвращения нерабочих, рыхлых деформаций является вторым
из основных требований, предъявляемых ко всем видам соедине-
ний элементов деревянных конструкций.
Исходя из вышеизложенных требований вязкости и плотно*
бплчюединений элементов д. к. и учитывая растущие возможно-
сти совершенствования производственных процессов как на за-
воде, так и в условиях применения облегченных средств меха-
низации, рекомендуется использование соединений, указанных
в табл. 14.
§ 40. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ СОЕДИНЕНИИ
Расчетное усилие, действующее на соединение (с учетом
коэффициентов перегрузки), не должно превышать расчетной не-
сущей способности соединения (с учетом породы древесины, ус-
ловий эксплуатации и т. п.).
Если несущая способность связи определяется по расчету
соединяемых элементов на смятие и на скалывание, то влияние
угла а между силой и волокном учитывается по формулам или
— 135 —
Рекомендуемые разновидности соединений элементов деревянных конструкций
Таблица 14
Назначение соединений В д. к., изготовляемых в заводских условиях В д. к., изготовляемых с применением облегченных средств механизации
из высушенных пиломатериалов из брусьев и досок | из местного круглого леса
Сплачивание На водостойком клее На дубовых или березовых пластинках Деревягина; на гвоздях и тонких нагелях из круглой стали, из пластмасс1 На колодках, болтах, ско- бах
Наращивание В сжатом стыке В растянутом стыке Лобовым упором Зубчатым стыком на водо- стойком клее Накладками с клеесталь- ными шайбами Лобовым упором Деревянными накладками и прокладками на нагелях из круглой стали, на болтах, гвоздях Накладками с шайбами на глухих нагелях и шурупах Лобовым упором Деревянными накладками на нагелях из круглой стали, на болтах Стальными накладками с шайбами на глухих нагелях и глухарях
Узловые примыкания Сжатых стержней Растянутых стерж- ней Стержней, восприни- мающих знакопере- менные силы • Еще не внедрены Лобовым и трехлобовым упором Стальными тяжами или хо- мутами через накладки и прокладки на клее или наге- лях и болтах Центровым болтом через клеестальные шайбы в производство. Лобовой врубкой; лобовым Стальными тяжами или хо- мутами через накладки и прокладки на гвоздях или нагелях и болтах Нагелями, штырями кресто- вого профиля1, гвоздями Центровым болтом, через когтевые шайбы1, шайбы на глухих нагелях, шурупах, штырях крестового профиля1 или на гвоздях и трехлобовым упором Стальными тяжами или хо- мутами через накладки на нагелях и болтах; скобами крестового профиля1 Нагелями, штырями кре- стового профиля1 Центровым болтом через шайбы на глухих нагелях, глухарях или на штырях кре- стового профиля1
Рис. 77. Расчетные сопротивления древесины сосны и ели смятию Reua
и скалыванию 7?скв под углом а. Пунктиром показаны повышенные значения
/?см< для д. к. временных сооружений. R ска для д. к. временных сооруже-
ний не повышаются
графикам на рис. 77. Под словом сила здесь разумеются прило-
женные к единице сминаемой площади элементарные силы (на-
пряжения) смятия; эти силы считаются направленными перпен-
дикулярно площадке смятия, поскольку разгружающее действие
трения не учитывается. Угол асм принимается равным большему
(в пределах 90°) из углов между перпендикуляром к площадке
смятия и направлением волокон древесины элементов, примыка-
ющих к этой площадке.
10—2665 _ 137 —
Так, например, при лобовом упоре наклонного под углом 45° подкоса в го-
ризонтальный ригель' ригельно-подкосного моста расчетная сила D сжатия в
подкосе, по условию смятия волокон ригеля не должна превышать Усм=
= Ясм« Л:м- При правильном (под углом 90° к силе D) расположении площад-
ки смятия (рис. 78, а) угол смятия волокон ригеля (аСм=45°) больше угла
смятия волокон подкоса (аСм=0°) и, следовательно, расчетное сопротивление
смятию в упоре для временного сооружения не должно превышать
^*СМ45 —
#см
150
' 7?см
^СМ 90
Sin3 а
sin3 45°
= 69 кг/см2,
хотя торец подкоса мог бы выдержать /?См =150 кг/см2.
Рис. 78. Примеры.
а — правильного соединения сжатого подкоса с ригелем ортогональным лобовым упором
и б — неправильного применения биссектрясного упора (в варианте б равнодействую-
щая сил D и ЛГСМ фактически уравновесилась силой Т лишь после вмятия ребра под
коса в прогон при общей просадке пролетного строения моста)
Такая неравнопрочность соединения по смятию не может быть устранена
применением биссектрисного упора по варианту рис. 78, б, поскольку осевая
сила D не уравновешивается силой NCM, направленной перпендикулярно пло-
щадке смятия (см. поле сил и силовой многоугольник на рис. 78, б). Опыт
применения биссектрисного варианта в одном из временных мостовых соору-
жений показал, что фактически ни силы трения \ ни (неудачно поставлен-
♦ Обычно определяется по графику на рис. 77.
1 Нормы вообще не разрешают учитывать разгружающее действие сил
трения.
— 138 —
ная) скоба в данном случае не смогли воспрепятствовать скольжению верх-
него конца подкоса по наклонной плоскости, местному вмятию его в прогон
(рис. 78, б) и общей просадке пролетного строения моста.
Площадь смятия Гсм в растянутых элементах следует назна-
чать без излишних запасов, поскольку она увеличивается за счет
ослабления растянутого элемента, что в свою очередь увеличи-
вает опасность хрупкого разрыва древесины в ослабленном се-
ченииь Согласно нормам глубина врубок (врезок, пропилов) в
промежуточных узлах сквозных конструкций не должна превы-
шать V4 полной высоты (или толщины) элемента. В опорных уз-
лах глубина лобовой врубки не должна превышать !/з полной
высоты бруса (рис. 81).
На скалывание расчетная несущая способность соединения
Г=/?ср FcK определяется не по действительному, максимально-
Т
му значению тмакс а по условному, среднему значению тск= — ,
СК
которое по нормам должно быть не более =
^*ск
1 Н" Р 4:к/£
кг) см2.
Лишь в изгибаемых цельных (или монолитно склеенных) эле-
ментах действительное тмакс= ^ма кс^г -, определяемое для наи-
более напряженного слоя по максимальному значению попереч-
ной силы, непосредственно сопоставляется с расчетным (макси-
мальным) сопротивлением скалыванию /?ск, приведенным в нор-
мах.
Во всех видах соединений деревянных элементов действитель-
ное тмакс существенно превышает среднее тср вследствие нерав-
номерности распределения скалывающих напряжений по длине
скалываемого шва. Степень этой неравномерности зависит от
схемы приложения сил и от отношения длины площадки скалы-
вания /ск к плечу е сдвигающих сил (рис. 79).
Схема одностороннего скалывания характеризуется располо-
жением площадки скалывания по одну сторону от места прило-
жения сил Мр и Afc (рис. 79, а, б). Скалывающие напряжения
при этом концентрируются в начале площадки скалывания на
границе между зонами максимального удлинения волокон растя-
нутой и максимального укорочения волокон сжатой частей эле-
мента. Эпюра т имеет несимметричное очертание, приближаю-
щееся к треугольному. Для одностороннего скалывания коэффи-
циент 3 = 0,25; как видно из графика (рис. 79, кривая /), расчет-
ное среднее 7?ск ПРИ этом составляет от 0,57 до 0,29 расчетного
максимального /?ск (в пределах /ск / е от 3 до 10).
Схема промежуточного скалывания характеризуется проме-
жуточным расположением площадки скалывания между места-
ми приложения сил Nc (рис. 79, в, г). В этом случае наблюдает-
ся меньшая степень концентрации скалывающих напряжений,
поскольку они в обоих концах площадки скалывания возникают
10*
— 139 —
Рис. 79. Зависимость среднего расчетного сопротивления скалыванию
эт /ск/е в соединениях (график дает отношение к максимальному рас-
четному сопротивлению скалыванию RCKa )
/ — при одностороннем скалывании (по 3 =0,25), например, в лобовой врубки в нижнем
поясе фермы (а) или в растянутой стойке, висящей на подкосах (б);
2 — при промежуточном скалывании (по 3=0,125), например в колодке (в)
В лабораторном образце (г), разработанном В. И. Норовским, достигается
^ск|^ск * °»8(Для /ск/е <2, не обозначенного на графике) благодаря высокой
степени равномерности распределения напряжений промежуточного скалывания в
поперечного прижима
на границе между зонами максимального и нулевого укорочения
волокон, подверженных напряжениям лишь одного знака. Эпю-
ра т имеет очертание, приближающееся к симметричному, пря-
моугольному. По нормам для промежуточного скалывания коэф-
фициент 3=0,125; как видно из графика (рис. 79, кривая 2),рас-
четное среднее /?ск ПРИ этом составляет от 0,73 до 0,44 расчет-
ного максимального /?ск (в тех же пределах I ск/ е от 3 до 10).
— 140 —
Чем больше длина /ск площадки скалывания по сравнению с
плечом е сдвигающих сил, тем больше степень неравномерности
распределения т по длине площадки скалывания и тем более зна-
чение среднего /?£р отличается от значения основного расчетно-
го /?ск, приведенного в нормах для максимального напряже-
ния!.
Увеличение длины площадки скалывания за пределами десяти глубин
врезки по нормам в расчете на скалывание не учитывается, поскольку при
наличии допускаемого нормами косослоя выкалывание может произойти на
длине /Ск = 10 ЛВр и при большей длине запроектированной площадки ска-
лывания.
Все же длину площадки скалывания, если не учитывается
влияние косослоя, особенно при одностороннем скалывании, ре-
комендуется принимать достаточно большой, чтобы предотвра-
тить опасное влияние отдирающих напряжений, т. е. краевых рас-
тягивающих напряжений поперек волокон, и опасное влияние
торцовых усушечных трещин на несущую способность соедине-
ния. Нормы требуют, чтобы при всех условиях длина площадки
скалывания была не менее lZK> 3 е.
Экспериментально-теоретические исследования [15], положен-
ные в основу методов и норм расчета соединений элементов д. к.
на скалывание, выявили существенное, а иногда и решающее
значение местных растягивающих напряжений поперек волокон.
П-ри отсутствии или недостаточности прижима скалываемых ча-
стей расчет соединений следовало бы вести по краевым растяги-
вающим напряжениям (на отдирание) поперек волокон. При
этом пришлось бы учесть, что сопротивление древесины растяже-
нию поперек волокон в 3—4 раза слабее ее сопротивления ска-
лыванию вдоль волокон и что несущая способность таких сое-
динений в наибольшей мере зависит от внутренних усушечных
напряжений.
Следовательно, при проектировании соединений растянутых
элементов д. к. большое внимание должно уделяться конструк-
тивным и технологическим мерам защиты древесины от появле-
ния усушечных напряжений и трещин в плоскостях скалывания.
Во всех случаях рекомендуется автоматическое обеспечение при-
жима скалываемой части. Согласно нормам обжатие по плоскос-
тям скалывания должно служить обязательной предпосылкой
для применения расчетных коэффициентов 3 = 0,25 и 0 = 0,125.
Наличие приж'има скалываемой части является характерным
признаком, отличающим лобовые врубки (рис. 80, а) от ложно-
лобовых (рис. 80, в) и от щековых (рис. 80,г).
В ложнолобовых врубках поперечная составляющая сила Wc
не только не обеспечивает требуемого прижима скалываемой
части, но, напротив, способствует местному отдиранию ее вслед*
ствие упора «пяткой» (рис. 80, в) или «носком» (при усушке) не
в скалываемую часть, а в основание, от которого отдирается ска-
лываемая часть.
— 141 —
В щековых врубках поперечная составляющая силы Nc вмес-
то прижима скалываемой части вызывает дополнительные мест-
ные напряжения скалывания под углом а=/=0 к волокнам. Час-
тичный прижим, создаваемый первоначальной затяжкой «хвос-
товых» болтов, может ослабнуть и утратить свое значение в слу-
чае усушки древесины (рис. 80» г в плане). Применение щековых
врубок в несущих деревянных конструкциях вообще не 'рекомен-
дуется.
§ 41. СИЛЫ ТРЕНИЯ В СОЕДИНЕНИЯХ
Разгружающее действие трения при расчете соединений эле-
ментов д. к., как правило, не должно учитываться. Учет его до-
пускается лишь в случае кратковременного (аварийного, мон-
тажного и др.) действия прижимающих сил, разгружающее вли-
яние которых не может быть нарушено знакопеременными де-
формациями усушки и разбухания, вибрационными колебаниями
и т. п. В таких случаях разгружающее действие сил трения учи-
тывается следующими коэффициентами трения дерева по де-
реву:
при скольжении торца по пласти.....£Тр = 0,3 « tg 17е
> » пласти » > ........#Тр = 0,2 « tg 17°
Разгружающее действие трения, создаваемого начальной бол-
товой стяжкой, клиньями и т. п., при расчете д. к. постоянных
сооружений не учитывается, поскольку усушка дерева поперек
волокон и остаточные деформации обмятия древесины, увеличи-
вающиеся с течением времени, могут ослабить или даже вовсе
нарушить действие'начального обжатия.
В случаях когда трение вызывает в элементах деревянных
конструкций дополнительные напряжения, учет его обязателен;
при этом принимается k Tp = 0,6~tg ЗГ.
§ 42. ДЕФОРМАЦИИ СОЕДИНЕНИИ
Деформации различных видов соединений элементов д. к. за-
висят от точности их изготовления, размеров усушечных дефор-
маций, величины напряжения и от продолжительности действия
нагрузки.
Продольные деформации от усушки, так же как и темпера-
турные деформации вдоль волокон древесины, при проектирова-
нии и расчете д. к., как правило, не учитываются ввиду малого
их значения.
Деформации усушки поперек волокон учитываются в зависи-
мости от начальной и конечной влажности древесины; для назем-
ных конструкций из невысушенной древесины их принимают в
размере ~6% от поперечного размера элемента.
— 142 —
Рабочие деформации соединений при длительном полном ис-
пользовании их расчетной несущей способности приближенно
учитываются (в зависимости от точности изготовления) в сле-
дующих размерах:
во врубках под углом аСм<30°, в сжатых стыках и в
нагельных соединениях всех видов ...... 1,5—2 мм
во врубках поперек волокон и под углом аСм>30°, а
также в шпоночных соединениях...................~3 мм
в соединениях на колодках.........................~ 4 мм
Глава II
СОЕДИНЕНИЯ НА ВРУБКАХ
Врубкой называют соединение, в котором усилие передается
от одного элемента другому непосредственно без вкладышей или
иных рабочих связей. За этим видом соединения сохранилось
название «врубка», хотя в настоящее время соответственные
зубья и гнезда, как правило, не вырубают топором, а вырезают
электро- или мотопилой, цепнодолбежником и т. п.
В простейшем случае, в основном решении сжатого стыка,
усилие передается непосредственным упором точно опиленных
в кондукторе или «приторцованных»1 концов бревен, брусьев или
досок.
Раньше врубки применяли не только в сжатых, но и в растянутых сое-
динениях. Сложные, трудоемкие в производстве врубки «сковороднем», «на-
тяжным голландским зубом», «ласточкиным хвостом» и т. п. даже при тща-
тельном изготовлении не способны воспринимать большие усилия; не удовлет-
воряют они и производственным требованиям современного строительства.
В современных д. к. врубку, так же как и упор, применяют
для присоединения в стыке или узле только сжатых элементов.
Соединяемые во врубке элементы д. к. должны быть скрепле-
ны вспомогательными связями: болтами, хомутами, скобами
и т. п. Эти связи, не учитываемые в основной работе врубки,
должны обеспечивать плотное прилегание элементов не только
под эксплуатационной нагрузкой, но также и при монтаже и воз-
действии случайных сил.
§ 43. ЛОБОВЫЕ ВРУБКИ
В нормальном решении лобовой врубки площадку смятия про-
пиливают перпендикулярно направлению сжимающей силы Nc =
= NCM (рис. 80, а). Поперечная составляющая сжимающей силы
1 Приторцовкой называют ныне устаревший способ подгонки при сборке
сопрягаемых элементов путем неоднократного пропила уплотняемого шва меж-
ду прижатыми друг к другу торцами элементов.
— 143 —
Ne sin у = А при этом прижимает зуб нижнего пояса в зоне мак-
симальных скалывающих напряжений. Продольная составляю-
щая Nc cos 7 = Л/р = Тск должна быть надежно воспринята со-
противлением скалыванию вдоль волокон древесины; среднее
скалывающее напряжение должно быть не более
_ср_ Т'ек_ NcCOSf рср _____ /?ск
тск — Кек — ~ ; »
Fск 1 + Р 4кМ
где /?« —основное (максимальное) расчетное сопротивление
скалыванию вдоль волокон /?Ск =24 кг] см*, умноженное на соот-
ветственные коэффициенты, учитывающие породу древесины, ре-
жим эксплуатации и пр.
Угол скалывания в лобовых врубках равен аСк =0; в щековых врубках
(рис. 80, г) поперечная составляющая непосредственно участвует в скалыва-
ющем воздействии под углом аСк=асм = 7- В этом отличительная особенность
щековых врубок, а также и «ножничных», «треугольных», «трехплоскостных»
и подобных им устаревших разновидностей соединений, не рекомендуемых к
применению в современном строительстве вследствие недостаточной несущей
способности в эксплуатации.
На рис. 80, б и в показаны еще две разновидности врубок; несмотря на
внешнее сходство, они по существу не могут быть отнесены к нормальным ло-
бовым врубкам и не могут быть рекомендованы к применению. Замена обыч-
ной лобовой врубки биссектрисной (рис. 80, б) в случаях присоединения рас-
тянутых элементов не обеспечивает повышения ее несущей способности, по-
скольку решающее значение здесь имеет не смятие, а скалывание. В биссект-
рисной же врубке скалывающая сила Т несколько увеличивается (см. сило-
вой многоугольник на рис. 80, б), а полезный прижим зуба существенно
уменьшается, поскольку половина вертикальной составляющей прилагается не
к скалываемому зубу, а к основной части растянутого элемента.
Еще хуже в этом отношении работа врубки, ортогональной к растянутому
элементу (рис. 80, в). Здесь вся вертикальная составляющая силы ЛГС прила-
гается к основной части растянутого элемента, способствуя отдиранию зуба
в зоне наибольшей концентрации скалывающих напряжений. По общему пра-
вилу благоприятное, прижимающее, действие сил трения во врезке /—II учи-
тывать нельзя, тем более, что эти силы в случае разбухания древесины или
в случае поворота опорной части сжатого элемента из прижимающих превра-
щаются в отрывающие, отдирающие зуб от основной части растянутого эле-
мента.
Из четырех вариантов врубок, показанных на рис. 80, реко-
мендуется применять только основное, нормальное решение ло-
бовой врубки по рис,. 80, а.
Для того чтобы вся вертикальная составляющая силы Nc на-
дежно прижимала скалываемый зуб через упор /—II, в нерабо-
чем примыкании //—III следует оставлять зазор (до 2—3 см в
конце///).
Рис. 81 иллюстрирует нормальное решение лобовой врубки в
опорном узле малопролетной брусчатой фермы при узловом на-
гружении ее.
При конструировании узловых сопряжений сквозных д. к. не-
обходимо соблюдать центрировку по ослабленным сечениям.
В приведенной на рис. 81 конструкции опорного узла брусча-
той фермы центрировка сжимающей силы Nc по площадке смя-
— 144 —
Рис. 80. Простейшие врубки
а — нормальная лобовая врубка с надежным прижимом скалываемого зуба; б — биссек*
трисная врубка (допустима лишь при отсутствии опасности скалывания или при
7^60°); в — ложнолобовая врубка; г — щековая врубка
- 145 —
тия FCM осуществляется путем расположения центра тяжести
площадки смятия на оси сжатого пояса. Полагая, что в предель-
ном состоянии напряжения асм равномерно распределены по
площадке смятия, можно рассчитывать сжатый пояс на действие
силы #с, центрально приложенной в узле.
Равномерность распределения напряжений <ур в ослабленном
врубкой сечении растянутого пояса обеспечивается целесообраз-
ным назначением места расположения центра опоры. Во избежа-
ние смещения его при монтаже фермы положение опорной по-,
душки должно быть заранее фиксировано (например, прибоиной,
рис. 81).
На рис. 81 для нормальной лобовой врубки графически представлена
связь между положением опорной реакции А и эпюрой ар в сечениях ГИ1
и Рбр нижнего пояса фермы. Вырезая из конструкции концевую часть растя-
нутого элемента и рассматривая ее равновесие, нетрудно построить эпюры
напряжений в соответственных сечениях. Складывая геометрически усилие
верхнего пояса с опорной реакцией, получаем приложенную в точке их пере-
сечения (Ц) горизонтальную силу, равную усилию Afp в нижнем поясе. Точка
пересечения этой горизонтали с рассматриваемыми сечениями нижнего пояса
определяет соответственный эксцентрицитет приложения силы Ар. При целе-
сообразной центрировке сил этот эксцентрицитет должен равняться нулю для
сечения, подвергшегося наибольшему ослаблению.
Если бы, например, для случая, когда hBp= — центрировка была
о
произведена по неослабленному сечению Гбр растянутого пояса (рис. 81, б),
то максимальное напряжение в ослабленном сечении увеличивалось бы в
2,5 раза. А если бы опору расположить непосредственно под сечением, ослаб-
ленным врубкой, то Ор Макс возросло бы почти в 6 раз.
Центрировка растянутого бруса в лобовой врубке по ослабленному сече-
нию приводит к Внецентренной работе неослабленной зоны его (рис. 81, а),
однако даже при максимальном значении глубины врубки /гВр = "7" Лбр,
и
допускаемом нормами, эксцентрицитет ер — — ЛбР не может вызвать пере-
напряжения нижнего пояса в неослабленном сечении его.
Центрировка по сечению нетто требуется для обеспечения наибольшей не-
сущей способности лобовой врубки также и по скалыванию; расчетные нормы
исходят из еск’= — в предположении равномерного распределения нап-
ряжений смятия и растяжения. При центрировке по сечению брутто плечо
скалывающих Сил уменьшилось бы в данном случае (рис. 81, б) до еск=
1 / 1 \
= — Лбр < — ЛбР I и, следовательно, степень неравномерности распределения
о \ 2. /
скалывающих напряжений при той же длине /ск=2Лбр возросла бы, а^несу-
щая способность соответственно уменьшилась (рис. 79): при —— =
^СК
л *_
—------— =6 (^>4) среднее расчетное сопротивление одностороннему скалы-
Va Лбр
ванию уменьшилось бы до =0*4 Кек (<0,5 ₽Ск)« Причиной дополнительно-
го увеличения концентрации напряжений скалывания является вызываемое
изгибом дополнительное удлинение растянутых волокон, прилегающих к ска-
лываемому шву снизу (рис. 81, б).
— 146 —
Центрировка лобовой врубки по сечению нетто обязательна
также в случаях распределенного приложения нагрузки к сжа-
тому поясу (рис. 82). При этом центр узла Ц и соответственное
положение опорной реакции определяются пересечением усилия
в нижнем поясе, центрированного по сечению нетто, с уси-
Рис. 81. Нормальное решение лобовой врубки
а — правильная центрировка (Ц) опорного узла по FHT ; б — неправильная центрировка
опоры по ^бр(Ц')', возрастает неравномерность распределения не только ар (по ослаб-
ленному сечению), но и т
лием в верхнем поясе, отклоненным в центре площадки смятия
от направления оси сжатого пояса под воздействием поперечной
составляющей внеузловых нагрузок (см. графическое построе-
ние на рис. 82).
Опорный узел треугольных бревенчатых или брусчатых ферм
является самым ответственным конструктивным узлом фермы.
— 147 —
поэтому в нем должны встречаться комлевые концы, нижнего и
верхнего поясов. Рекомендуется применение обзольных брусьев»
у которых при минимальной опиловке тонкого конца ‘бревна в
опорном узле сопрягаются обрезные комлевые концы почти без
обзола.
Опорная подбалка (рис. 81 и 83), конструктивно подкрепляю»
щая нижний пояс фермы в месте максимального ослабления его
зрубкой, одновременно должна защищать его от непосредствен-
- кого соприкосновения с опорой. Подбалка и опорный лежень, как
правило, должны быть антисептированы.
Рис. 82. Нормальное решение лобовой врубки в опорном узле простейшей
треугольной фермы из бревен при действии распределенной по верхнему
поясу нагрузки (штрих-пунктиром показана осевая центрировка, практически
достаточно точная для бревенчатых д. к.)
Пример конструирования и расчета опорного узла на простой лобовой
врубке треугольной стропильной фермы из еловых бревен для сооружения по-
стоянного назначения.
Нагрузка приложена в узлах верхнего пояса (рис. 83)
tg 7 =—-— = 0,667; т = 33°40'; sin 7 = 0,55; cos 7 = 0.83.
ь 1 0,5-12 1
Расчетная узловая нагрузка задана:
Р = Р£Н . 1,4+ GH • 1,2 + Gc.b • 1,1 =4000 кг.
Расчетная опорная реакция
1 / Р\
А = — |ЗР + 2— ) = 2Р = 8000 кг.
2\ 2 /
- 148 —
Построением силового многоугольника (рис. 83) или аналитически опре
делнем
sin 7
8000 — 2000
0.55
— 10 900 кг.
При угле смятия ОсМ <= 7=33°40' расчетное сопротивление смятию
/?см зз°40'=33 кг/см2 (рис. 77). Требуемая несущая способность лобовой вруб-
ки по смятию NCM = /?см« Л:м должна быть не менее 10 900 кг. Отсюда тре-
буемая площадь смятия
10 900
83
FCM >
= 132 см2.
Рис. 83. К примеру конструирования и расчета лобовой врубки
Из рис. 83 видно, что площадка смятия является сегментом косого (эллип-
тического) сечения растянутого пояса; этому эллиптическому сегменту соот-
ветствует круговой сегмент площадью
FCerM = Fcm cos 7 = 132-0,83 « 109 см2.
Задаваясь (после нескольких попыток) диаметром комлевых концов по-
ясных бревен d = 24 см .и принимая рекомендуемую глубину врубки
Лвр < — Лбр при глубине подтески бревна снизу на опоре Лподт =2 см,
3
получаем АбО=24— 2=22 си, Лво = ~7“~7,3 см и -^ = -— = 0,304.
r г 3 а 24
Для вычисления геометрических характеристик ослабленного поперечного
сечеьия используем приложение 3. Площадь интересующего нас кругового
сегмента
к-242
/*сегм = Л>р (1 - ) = —— (1 — 0,74) = 117 см2 (> 109 см2).
— 149 —
Это обеспечивает несущую способность лобовой врубки по смятию
117
дгсм==83——= 11700 кг (> кг).
0,83
Требуемая несущая способность лобовой врубки по скалыванию Т=
= FCK должна быть не менее Np = Nc cos 7=9 000 кг.
Принимаем рекомендуемую длину площадки скалывания /Ск= 2Лбр =
=2*22 =44 см; тогда согласно рис. 79 при /Ск/^=4, для ели /?££=0,5 RCk—
=0,5-24=12 кг/см2.
По графику приложения 3 (или по чертежу в натуральную величину)
определяем bCK = cceru — dkc; при ~ =0,304 ссегм = 24-0,92 = 22 см;
а
Т = 12-44 22 = 11600 кг > Np = 9 000 кг.
Проверка несущей способности нижнего пояса на разрыв по ослабленно-
му сечению при соблюдении правил центрировки 1 и при Лвр < —- ЛбР для
3
лобовых врубок не требуется; в данном случае, например,
те- 242
/?р FHT = 80 —— (0,74 — 0,05) « 25 000 кг (» Np = 9 000 кг).
Применив для подбалки пластину диаметром 24 см и для
опорной подушки шпалу с шириной поверху Ьоп = \5см (рис. 83).
обеспечиваем несущую способность узла по смятию опорной по-
душки /?смно ^см = 24•24•15 = 8 640^2 > А = 8 000 кг.
Длину подбалки и крепление ее согласуем с постановкой ава-
рийной связи.
§ 44. АВАРИЙНЫЕ СВЯЗИ
В опорных узлах треугольных деревянных ферм, несущая спо-
собность которых по скалыванию зависит от возможного (при
случайном совмещении плоскости скалывания с сердцевинной
плоскостью) образования усушечных трещин с торца растянуто-
го пояса, следует ставить так называемые аварийные связи, ис-
пользуя для этого сборочные (монтажные) крепления (болты,
хомуты, скобы).
Работа аварийных связей в основном расчете элементов д. к.
не учитывается, поскольку начальная жесткость их сопротивле-
ния сдвигу, особенно после усушки древесины, ничтожно мала по
сравнению с начальной жесткостью работы врубки на смятие и
скалывание.
Аварийная связь должна полностью включиться в работу
лишь в случае скалывания зуба растянутого пояса (рис. 84).
1 В бревенчатых фермах, несущих узловую нагрузку, расположение опор-
ной реакции под точкой пересечения осей брутто бревенчатых поясов обеспе-
чивает центрировку лобовой врубки с достаточной для практики точностью
(см., например, рис. 83).
— 150 —
При этом она должна обеспечить временное закрепление ниж-
него конца верхнего пояса, достаточно вязкое для того, чтобы
погасить работу сил инерции после хрупкого скалывания зуба.
Экспериментальные исследования выявили решающее влия-
ние местного вмятая верхнего пояса в волокна нижнего пояса на
отклонение силы отпора (Nmn) °т направления перпендикуляра
к плоскости скола., В случае упора ребром верхнего пояса под
углом 60—55° к пласти нижнего пояса местная вмятина, уве-
Рис. 84. Работа аварийного болта в случае скалывания зуба в лобовой
врубке
личиваясь по мере увеличения силы упора, предотвращает сдвиг
верхнего пояса даже при отсутствии связей. В случаях упора
верхнего пояса под углом т < 60—55° необходима постановка
аварийных связей, которые должны увеличить угол наклона упо-
ра до 60—55° к плоскости скола (т. е. до 30—35° к перпендику-
ляру) для того, чтобы сила упора (равнодействующая сил Nc и
NaBt св) полностью могла быть воспринята отпором (М>тп) в
— 151 —
случае скалывания зуба. Полагая расчетный угол между на-
правлением отпора и перпендикуляром равным ЗГ (tg ЗГ=0,6),
можно с достаточной надежностью определить расчетное усилие
в болте и подобрать сечение аварийного болта или иного вида
связи.
На рис. 84 приведена схема работы аварийного болта и дано
графическое определение силы его натяжения применительно к
решению опорного узла, рассмотренному в предыдущем примере.
Расчет проведен исходя из статического приложения нагрузки.
По существу в случае хрупкого скалывания врубки следовало бы
учесть динамическое действие инерционных сил путем введения
динамического коэффициента, зависящего от характера разру-
шения несущих д. к., от поддерживающего влияния пространст-
венных связей и ограждающих конструкций и от вязкости рабо-
ты самого аварийного крепления. Заранее, расчетным путем, рас-
крыть неопределенность сложного значения Адин затруднитель-
но; однако при условии достаточной вязкости работы аварийно-
го крепления можно все же коэффициент динамичности не вво
лить, поскольку необходимое увеличение сопротивления для дре
веСины обеспечивается кратковременностью приложения нагруз
ки и для стали Ст. 3 — работой ее за пределом текучести.
Пример конструирования и расчета аварийного крепления опорного узла
решенного в предыдущем примере.
Располагаем аварийную связь (болт) перпендикулярно оси сжатого поя
са, за пределами существенного ослабления врубкой растянутого пояса (см
рис. 84).
Рассматриваем равновесие нижнего конца сжатого пояса.
После скалывания зуба лобовой врубки на выделенную часть конструк
ции действуют силы: 7УС=Ю9ОО кг, натяжение болта Мб через гайку и шай-
бу, сминающую древесину поперек волокон, и отпор ЛГОтп поверхности скола,
противодействующий вмятию в нее нижнего края торца сжатого пояса.
Если бы поверхность была совершенно гладкой и достаточно твердой, то
сила #Отп была бы направлена перпендикулярно этой поверхности и соглас
но пунктирному силовому треугольнику натяжение аварийного болта соста
АГС 10 900
вило бы ------= - " = 16 400 кг.
tg 7 0,667
Учитывая отклонение силы Мотп на угол «31° от перпендикуляра к
плоскости скола в сторону, противоположную ожидаемому скольжению,
вследствие местного вмятия торца верхнего пояса, определяем силу натя-
жения аварийного болта согласно заштрихованному силовому треугольнику
(рис. 84).
N6 =NC tg (90° — 31е — 33°40') = 10 900- tg 25°20' = 5 160 кг. .
Несущая способность аварийного болта J?pFHT =2100 • 0,8Гнт должна
быть не менее 5 160 кг и, следовательно, требуемое сечение болта Fm>
5160
> - ~ =3,07 см2. Принимаем ближайший больший по сортаменту (при
ложёние 8) диаметр болта dep=24 мм, имеющего Fm =3,165 см2 (>3,07 см2)
в сечении, ослабленном нарезкой.
г, 5160
Требуемая площадь смятия под шайбой гш = = 129 см2.
Принимаем ближайшую по сортаменту шайбу 120X120X12 мм, имеющую
Гш« 139 см2 (>129 см2).
— 152 —
Нижняя шайба аварийного болта упирается в скошенный обрез подбал-
ки, пришитой гвоздями к нижнему поясу фермы. Горизонтальную составляю-
щую силы ^б» равную 5160 sin 7 =2 860 кг, можно было бы воспринимать
гвоздями без учета сил трения. Однако в данном случае, ввиду кратковре-
менности и однократности действия аварийной нагрузки, имеется основание
к тому, чтобы вычесть из 2 860 кг те силы трения, которые вызываются неиз-
бежными прижимающими силами:
Р
А — — = 8 000 — 2 000 = 6 000 кг и cos 7 = 5 160-0,83 = 4 300 кг.
2
Принимая для дерева коэффициент трения пласти по пласти #тр =0,2»
~tg 11° (рис. 84), находим силу сдвига, остающуюся на долю гвоздевого забоя,
Т = 2 860 — 0,2 (6 000 + 4 300) = 800 кг.
При толщине подбалки а = 8 см, длине гвоздя 17,5 см и t/rB=0,55 см рас-
четная несущая способность одного гвоздя Тгв = 121 кг (приложение 7). При-
нимаем четыре пары гвоздей, обеспечивающие несущую способность гвозде-
вого забоя 8 Тгв = 968 кг (>800 кг).
В простейших треугольных фермах, несущих распределенную
нагрузку (рис. 82), сила /?, действующая на узел со стороны
верхнего пояса, обычно имеет угол наклона к оси нижнего пояса,
близкий к 60—50°. В таких опорных узлах при нормальном реше-
нии лобовой врубки опасность скалывания исчезающе, мала и
аварийными связями могут служить даже скобы.
§ 45. ЛОБОВАЯ ВРУБКА ДВОЙНЫМ ЗУБОМ
Если в бревенчатой ферме простая лобовая врубка не мо-
жет быть применена из-за недостаточности данного сечения бре-
вен, иногда применяют более сложную лобовую врубку — двой-
ным зубом (рис. 85), позволяющую несколько уменьшить сече-
ния поясов. Повышение несущей способности такой врубки до-
стигается лишь при условии обеспечения совместной работы
обоих зубьев. Расчет врубки двойным зубом на смятие произво-
дят в предположении распределения сжимающего усилия А/с
между двумя площадками смятия пропорционально их площа-
дям F'CM (первой от торца) и F"CM (второй от торца).. Недоста-
точная плотность пригонки одной из площадок не опасна -с точки
зрения сопротивления смятию, поскольку р результате перена-
пряжения другая площадка подомнется и неравномерность рас-
пределения усилий уменьшится. Хуже обстоит дело с восприня-
тием сил скалывания. В случае неплотного примыкания второго
зуба вся или почти вся сдвигающая сила TCK=NP может ока-
заться приложенной к первому зубу. Принято рассчитывать пер-
вый зуб на повышенное усилие
т' = Т
1 ск 1 ск
^7— 1,25.
СМ “I" F1 см
В случае неплотного примыкания первого зуба все усилие ска-
лывания должно быть воспринято вторым зубом. Во избежание
опасности скалывания второго зуба по длине между зубьями
— 153 —
глубина врезки его h "вр должна превышать глубину врезки пер-
вого зуба не менее чем на 2 см. При разметке врубки вершину
второго зуба рекомендуется располагать приблизительно на оси
сжатого элемента.
Проверку сопротивления скалыванию на глубине Л"вр в преде-
лах Г'ск производят с учетом длины ZCK< 10Л"вр на всю силу
Np. При этом учитывается уменьшение концентрации т введени-
ем к /?ск специального коэффициента условий работы, равного
1,15). Нормы и технические условия обусловливают применение
врубки двойным зубом «особо тщательной пригонкой» упорных
плоскостей обоих зубьев.
Рис. 85. Лобовая врубка с двойным зубом
Основные нормативные требования:см; Вр+2 см; < ^бр,
1> > 20 см
ск
Исходя из изложенных выше общих тоебований к основным
видам соединения элементов д. к., можно рекомендовать приме-
нение лобовой врубки двойным зубом лишь в Х'СЛОВИЯХ, когда
решающее значение имеет не скалывание, а смятие, т. е. при
больших значениях угла I и преимущественно при внеузловом
приложении нагрузки к верхнему поясу бревенчатых и брусча-
тых ферм. Чем круче направление силы Nc (под углом 1) или
равнодействующей R (под углом у + б), тем более пологи рабо-
чие площадки смятия, тем больше компенсирующее влияние де-
формаций обмятия и тем меньше опасность последовательного
хрупкого скалывания зубьев.
— 154 —
На рис. 85 дан пример целесообразного применения лобовой
врубки двойным зубом (при 7 4- д>45°).
§ 46. ЛОБОВОЙ УПОР (ПРОСТОИ И ТРЕХЛОБОВОИ)
В опорных узлах деревянных ферм пролетом более 12—15 м
рекомендуется вместо лобовой врубки одиночным или двойным
зубом применять простой или трехлобовой упор, позволяющий
использовать принцип дробности, чтобы уменьшить зависимость
несущей способности растянутого пояса конструкции от случай-
ной трещины.
Рис. 86. Простой лобовой упор с применением тяжей из круглой стали.
Показана опорная часть растянутого пояса
На рис. 86 показан пример применения простого лобового
упора в опорном узле брусчатой треугольной фермы покрытия
с подвесным потолком. Торец верхнего пояса всей поверхностью
упирается во вкладыш, передающий вертикальную составляю-
щую опорной подушке через подбалку, а горизонтальную состав-
ляющую — нижнему поясу через стальные натяжные хомуты и
деревянные накладки. Рассредоточенное, вязкое и плотное присо-
— 155 —
единение накладок к растянутому брусу при помощи большого
числа глухих и сквозных стальных нагелей (в том числе болто-
вых) малого диаметра надежнее одностороннего ослабления рас-
тянутого пояса врубкой на 7з его сечения; оно исключает опас-
ность хрупкого разрушения узла от скалывания даже в случае
появления усушечных трещин.
Рис. 87. Трехлобовой упор — биссектрисный
На фасаде узла сквозная лицевая накладка подкоса условно не показана
Недостатком этого вида соединений является повышенный
расход металла и многодельность изготовления. Однако произ-
водственное усложнение относится лишь к заготовительному эта-
пу; при монтаже полностью обеспечивается сборность конструк-
ции без прирезки и подгонки деталей.
При конструировании опорных узлов с крутым примыканием
верхнего пояса или опорного подкоса (под углом 40—60°), а так-
же во входящих углах рамных д. к. (рис. 87) простой лобовой
упор целесообразно заменять трехлобовым упором. Этот вид сое-
динения трех сжатых элементов (или вкладышей) позволяет при-
— 156 —
менять биссектрисное сопряжение, поскольку в нем исключено
скольжение косо упертых элементов. Разложение сил на состав-
ляющие. нормальные к плоскостям смятия, в 2 раза уменьшает
расчетный угол смятия по сравнению с ортогональным упором
(рис. 87) и значительно повышает расчетное сопротивление смя-
тию /?сма-
Как в простом, так и в трехлобовом упоре рабочие поверхно-
сти соединяемых элементов и вкладышей должны быть заранее,
при заготовке, точно опилены в кондукторах.
При разборке опорного узла для перевозки укрупненных де-
талей на постройку вкладыши, накладки и хомуты остаются
скрепленными с растянутым поясом; вынимается из гнезда лишь
сжатый элемент.
Глава III
СОЕДИНЕНИЯ НА ШПОНКАХ
§ 47. ОСНОВЫ РАСЧЕТА
Шпонками в д. к. называются вкладыши, которые препятству-
ют взаимному сдвигу соединяемых элементов и работают в ос-
новном на сжатие (табл. 13). Отличительным признаком шпо-
ночных соединений является распор, требующий постановки ра-
бочих стяжных связей (болтов и т. п.).
Применяются шпонки различных видов: деревянные, сталь-
ные (штампованные), чугунные (литые) и др.
Характерные особенности работы соединений на шпонках и
основы их расчета выявляются путем рассмотрения равновесия
призматической наклонной шпонки (рис. 88). Противодействуя
сдвигу сплачиваемых брусьев, сама шпонка подвергается дейст-
вию двух пар сил: Тшп с плечом ешп и <2ШП с плечом 1Ш„, причем
-у = Лвр. Поворачиваясь (на рис. 88 — против ча-
совой стрелки), шпонка распирает сплачиваемые брусья. Для то-
го чтобы предотвратить раскрытие шва между брусьями, необхо-
димо обжать их поперечными силами, равными полной силе рас-
пора. К самой шпонке силы Qmn приложены через ее торцы с
плечом /шп , тем большим, чем больше длина шпонки. Момент
поперечной пары сил ФшпАлп уравновешивает момент продоль-
ной пары силТшпешп; отсюда определяется распорРшп = Тшп—"
^шп
Из рис. 88 видно, что на шпонку фактически действуют силы
— равнодействующие продольных сил Гшп и поперечных сил
Qmn. Две силы Nctl взаимно уравновешиваются, они лежат на
— 157 —
прямой, соединеяюшей центры тяжести сминаемых торцов на-
клонной шпонки, и подвергают ее центральному сжатию.
Чем короче шпонка, тем больше сила распора Ршп. Корот-
кая шпонка (рис. 88, б) заметно вминается в древесину сплачи-
ваемых брусьев или бревен. Вследствие поворота шпонки плечо
вращающей (действующей) пары сил увеличивается (£2>ei), а
плечо удерживающей (противодействующей) пары сил умень-
шается (/г</х). Это приводит к дальнейшему увеличению силы
распора и деформации соединения.
Рис. 88. Призматическая наклонная шпонка:
а — нормальная (^шп=5Лвр б — недопустимо короткая (£шп З^вр)
Во избежание чрезмерной деформативности шпоночных сое-
динений в эксплуатации, а также в целях уменьшения затраты
стали на изготовление стяжных болтов нормы требуют, чтобы
длина шпонки была не менее /шп^-Зйвр* т. е. — = у5- < ,
и, следовательно, РШп<“^шп- Глубина врезки шпонок в брусья
О
должна быть не менее 2 см и не более — высоты бруса
5
и соот-
— 158 —
ветствен'но в бревна — не менее 3 см и не более — диаметра
бревна.
Расчет соединений на призматических наклонных (продоль-
ных) шпонках* подобно расчету соединений на лобовых врубках
сводится к проверке расчетной несущей способности по смятию и
скалыванию древесины сплачиваемых брусьев или бревен. При
расчете на! скалывание в многорядовых соединениях расчетная
несущая способность снижается умножением на коэффициент
0,7 в связи с вероятностью неравномерного распределения уси-
лий между шпонками. Для воспринятая распора требуется под-
бор сечений рабочих болтов и шайб (приложение 8).
От изложенного выше метода расчета соединений на наклон-
ных шпонках мало отличается расчет соединений и на других
разновидностях призматических шпонок.
В частности, при сплачивании брусьев или бревен с зазором
на укрупненных шпонках, называемых в таком случае колод ка-
ми (рис. 89, г), остается в силе основная формула для определе-
ния распора Qko« = Т’кол 5 различие заключается лишь в
^кол
увеличении плеча вращающей (продольной) пары сил на вели-
чину зазора s0 (в свету между брусьями) и в соответственном
увеличении плеча удерживающей (поперечной) пары сил для
того, чтобы при сплачивании на колодках сохранить рекомендуе-
мое для шпоночных соединений значение patnopa
____ у ^вр *+• $0 _ у 1
кол 1 кол ".—— — 1 кол .
чсол
Шпоночные соединения элементов д. к. не рекомендуются к
широкому применению. Для пояснения целесообразности заме-
ны этих устаревших видов соединений новыми, в большей мере
отвечающими требованиям современного строительства, полез-
но проследить ход развитая шпоночных соединений.
Рис. 89 иллюстрирует развитие основных видов соединений
на деревянных призматических шпонках, приведшее к механизи-
рованному в изготовлении и безраспорному в эксплуатации спла-
чиванию брусьев в балках Деревягина на пластинчатых нагелях
(см. § 52 рис. 94).
Рис. 90 иллюстрирует развитие основных видов соединений
на центровых шпонках, приведшее к новому, сборно-разборному
узловому соединению на когтевых шайбах (см. § 50 рис. 91).
§ 48. РАЗВИТИЕ СОЕДИНЕНИИ НА ПРИЗМАТИЧЕСКИХ ШПОНКАХ
В"условиях кустарного производства малопролетных плотничных конст-
рукций применение поперечной натяжной дубовой шпонки (рис. 89. а) обес-
печивало, хотя и трудоемкое в изготовлении, но достаточно плотное сплачи-
вание брусьев в составных балках и даже в растянутых стыках. Для совре-
— 159 —
менногс механизированного производства инженерных конструкций такое
соединение непригодно. Оно не обеспечивает требуемой несущей способности:
слишком мало сопротивление, хотя бы и дубовой шпонки, смятию и скалыва-
нию поперек волокон.
Переход к продольной прямой шпонке (рис. 89, б) значительно повысил
сопротивление смятию самой шпонки. Однако фактическая несущая способ-
ность соединения на таких шпонках повышается при этом лишь в малой сте-
пени, поскольку решающее значение имеет хрупкость сопротивления скалы-
ванию зубьев самих брусьев. Вследствие отсутствия уравнивающего подкли-
нивания, свойственного натяжной поперечной шпонке, и уменьшения вязкости
работы на смятие самой шпонки, в многорядовых соединениях на продоль-
ных шпонках наблюдается последовательное хрупкое скалывание перенапря-
женных зубьев.
Рис. 89. Развитие соединений на призматических (линейных) шпонках
а — поперечных натяжных: б — продольных прямых; в — продольных наклонных; г —
то же, с зазором s9 между брусьями (колодки)
Дальнейшее развитие соединений на призматических деревянных шпон-
ках связано прежде всего со стремлением упростить их изготовление и умень-
шить расход дубовой древесины. Этим объясняется переход от продольной
прямой к наклонной шпонке (рис. 89, в). Сама наклонная шпонка работает
на сжатие; скалывание ее исключено. Несущая способность соединений на на-
клонных шпонках определяется сопротивлением скалыванию древесины спла-
чиваемых брусьев.
В нормально решенных соединениях на наклонных шпонках, подобно ло-
бовой врубке, обеспечивается прижим скалываемого зуба. И все же, несмотря
на это, при экспериментальном исследовании многорядовых соединений на
наклонных продольных шпонках даже при тщательном изготовлении их наб-
людалось последовательное хрупкое скалывание перенапряженных зубьев,
прежде чем успевали включиться в работу смежные недонапряженные зубья.
Пля компенсации производственных дефектов недоставало вязкой подат-
ливости работы соединения.
Этот конструктивный недостаток соединений на продольных призматиче-
ских шпонках, так же как и недостатки их изготовления (низкие темпы и
большая трудоемкость), могут б’.уть устранены заменой их более индустри-
альным и надежным сплачиванием брусьев на пластинчатых нагелях (§ 52).
С развитием производства брусчатых балок на пластинчатых нагелях (раз-
дел пятый) отпадает необходимость в применении брусчатых балок на шпон-
ках.
Сплачивание на соединениях шпоночного типа в виде коло-
док (рис. 89, г) может оказаться целесообразным в случае ис-
пользования местного круглого леса при изготовлении составных
прогонов для временных сооружений.
— 160 —
Оставление зазора между 'бревнами увеличивает момент
инерции сечения составной балки, упрощает изготовление ее в
полевых условиях с использованием природного сбега бревен,
способствует осушающему проветриванию древесины и соответ-
ственному увеличению срока службы сооружения. Относитель-
ное увеличение ширины площадки скалывания в основании зуба
при сегментном очертании поверхности смятия его в неоканто-
ванных бревнах увеличивает вязкость работы соединения.
Поперечную усушку бревен следует обезвреживать подтяги-
ванием стяжных болтов; небольшое усушенное раскрытие шва не
нарушает надежности работы соединения при условии примене-
ния колодок нормальной длины (рис. 89, г). Как правило, следу-
ет ориентироваться на применение в бревенчатых составных бал-
ках более надежных наклонных колодок вместо прямых. В сое-
динениях на наклонных колодках, как и в лобовых врубках, обес-
печивается прижим скалываемых зубьев; кроме того, длина пло-
щадки скалывания между смежными колодками фактически
оказывается значительно больше длины просвета между колод-
ками sK<WI (рис. 89, г); длина площадки скалывания в расчете
принимается равной /ск = «кол + 0,5 /кол, поскольку учитывается
влияние возможного косослоя (рис. 89, г).
§ 49. РАЗВИТИЕ СОЕДИНЕНИЙ НА ЦЕНТРОВЫХ ШПОНКАХ
Призматические шпонки, приспособленные к продольному
сплачиванию брусьев, не могут быть использованы для соедине-
ния элементов д. к. в узлах под различными углами. Для этой
цели применяют круглые центровые шпонки, развитие которых
схематически изображено на рис. 90.
Характерным признаком, общим для всех центровых шпонок,
является наличие в центре узла стяжного болта. Болтовое от-
верстие, просверленное электросверлилкой при помощи кондук-
торного шаблона, может быть использовано для установки шпин-
деля фрезы при врезке круглых или кольцевых гнезд в каждом
из элементов порознь.
Переход от устаревшего способа врезки призматических
гнезд при помощи поперечной пилы, по карандашной разметке,
к фрезерованию цилиндрических гнезд по центровым болтовым
отверстиям, положение которых не зависит от усушечных дефор-
маций, значительно повышает класс точности изготовления.
Развитие основных форм центровых шпонок шло по пути повышения
прочности самой шпонки; результатом этого явился переход от деревянной
дисковой шпонки к чугунной тарельчатой (рис. 90, а, б).
В начале текущего столетия вместо массивных литых тарельчатых шпо-
нок стали применять легкие разрезные кольцевые шпонки, выгнутые из тонкой
полосовой стали (рис. 90, в). На кольцевые шпонки меньше расходуется ме-
11—2665
— 161 —
талла. изготовление их проще и, кроме того, применение их существенно уве-
личивает несущую способность соединения, поскольку пружинящий (незамк-
нутый) стальной кольцевой обруч превращается из односрезной шпонки в
двусрезную: в отличие от дисковой и тарельчатой шпонок такая кольцевая
шпонка более надежно вовлекает в работу на смятие и скалывание не только
внешнее «окаймление» гнезда, но и внутренний, охватываемый кольцом, «сер-
дечник». Это увеличение несущей способности достигается при одновременном
уменьшении ослабления поперечного сечения соединяемых элементов. Сущест-
венно упрощается заготовка соединяемых элементов, поскольку фрезерование
узкого кольцевого желобка менее трудоемко, чем выемка цилиндрического
Рис. 90. Развитие соединений на круглых (центровых) шпонках
а — дисковых деревянных; б — тарельчатых чугунных; в — гладкокольцевых; г — зуб-
чатокольцевых
гнезда для дисковой или тарельчатой шпонки. Однако применение гладко-
кольцевых шпонок не оправдало ожиданий строителей: несущая способность
соединений на гладкокольцевых шпонках оказалась в растянутых стыках зна-
чительно ниже, чем в сжатых образцах, с которых в лабораторных условиях
снимались расчетные характеристика. На практике решающее значение при-
обретало скалывание «сердечника». В растянутых элементах оно происходило
по схеме одностороннего скалывания при большой концентрации скалываю-
щих и отдирающих напряжений, особенно в случаях применения сырой дре-
весины. Недостаток вязкости растянутых соединений на гладкокольцевых
шпонках иногда, даже при небольшой перегрузке, приводил к хрупкому раз-
рушению вследствие неравномерности включения их в работу многорядовых
и многослойных стыковых и узловых сопряжений. Неравномерность распре-
деления усилий между параллельно работающими досками объяснялась не
только дефектами, допущенными при изготовлении деталей, но и неоднород-
ностью древесины: чем больше сучковатость и косослойность одной из досок,
тем больше усушечное укорочение ее и тем большая доля растягивающего
усилия приходилась именно на дефектную доску, обладающую наименьшей
несущей способностью.
Строительная практика требовала дальнейшего совершенствования узло-
вых соединений элементов д. к. Очередным этапом в развитии шпоночных сое-
динений явился переход к зубчатокольцевым шпонкам (рис. 90, г). В отличие
от гладкокольцевых шпонок, закладываемых более или менее свободно в за-
— 162 —
ранее вырезанные кольцевые желобки, зубчатокольцевые шпонки запрессовы-
ваются своими остро отточенными зубчатыми краями в цельную древесину
сплачиваемых досок. Вследствие этого они обеспечивают (как и гвозди) совер-
шенную плотность соединения. Кроме того, выемки между режущими зубцами
зубчатскольцевой шпонки исключают опасность сплошного скалывания «сер-
дечника*: последний остается привязанным к «окаймлению* гнезда пучками
неперерезанных волокон. Это обеспечивает большую вязкость работы соеди-
нений на зубчатокольцевых шпонках с использованием несущей способности
их по смятию древесины.
Вследствие «дробности* приложения к древесине сминающих сил и свя-
занному с этим поддерживающему влиянию прилегающих волокон несущая
способность соединений на зубчатокольцевых шпонках вдоль и поперек во-
локон практически одинакова (в соединениях на гладкокольцевых шпонках
несущая способность поперек волокон примерно в 2,5 раза меньше, чем вдоль
волокон).
Несмотря на большое число вариантов центровых шпонок,
разработанных.за рубежом и в Советском Союзе, даже наиболее
совершенные из них уже не удовлетворяют конструктивным и
производственным требованиям современного строительства.
Соединения на гладкокольцевых шпонках недостаточно надежны
в эксплуатации. Надежные в эксплуатации соединения на зуб-
чатокольцевых шпонках слишком трудоемки в сборке, произво-
димой на постройке: больших затрат труда и времени требуют
запрессовка шпонок специальными домкратами и замена вре
менных стяжных болтов постоянными.
Все разновидности центровых шпоночных соединений предус-
матривают, как правило, многослойную компоновку узлов из
5—7 и более досок (см. на рис. 92 угоревший вариант). Для то»
го чтобы избежать при этом опасных напряжений изгиба досок
решетки «в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы, и ос-
лабить распирающее действие поясных досок, подверженных
кручению подобно колодкам в распорных соединениях шпоноч-
ного типа, — приходится применять сравнительно тонкие, широ
кие доски. Это создает дополнительные трудности при отборе ле-
соматериалов, поскольку даже небольшие сучки, безопасные в
брусьях, могут оказаться катастрофически опасными на кром-
ках досок.
Кроме того, многослойная компоновка узлов сквозных д. к.
на шпонках неприемлема теперь также и потому, что шпоночные
соединения не допускают предварительной сборки укрупненных
транспортабельных (линейных) блоков; многослойные раскосы,
стойки и панели поясов фе*рм приходится на стройке набирать из
отдельных досок, прокладок, болтов, шпонок, гвоздей и прочих
мелких деталей, поскольку при сборке узлов ферм надо послойно
раздвигать доски для закладки между ними шпонок.
Современные требования сборного крупноблочного строитель-
ства привели в итоге развития центровых шпонок к новому типу
соединений — на когтевых шайбах, сохраняющему преимущества
зубчатокольцевых шпонок, но лишенному основных их недостат
ков.
!!•
— 163 —
§ 50. СОЕДИНЕНИЯ НА ШАЙБАХ ШПОНОЧНОГО ТИПА
Шайбой в д. к>. называют стальную пластинку, обеспечиваю-
щую рассредоточенную передачу деревянному элементу усилий,
сосредоточенно воспринимаемых ею от стального болта, тяжа,
хомута и т. п. Общеизвестным примером может служить шайба,
подкладываемая под головку и гайку болта в целях рассредото-
чения сминающих напряжений (приложение 8).
Различают шайбы шпоночного типа (§ 50), шайбы с крепле-
нием нагельного типа (§ 57) и клеестальные шайбы (§ 65) в за-
висимости от того, как работает основная связь между шайбой и
древесиной: преимущественно на сжатие (с распором), 'на изгиб
(без распора) или на сдвиг (при помощи клея).
К шайбам шпоночного типа условно можно отнести так называемые
«гребенки*, представляющие собой стальные призматические шпонки, заранее
приклепанные или приваренные к стальной планке и врезаемые в деревянный
брус. Этот устаревший, трудоемкий способ стыкового соединения не обеспе-
чивает требуемой надежности в эксплуатации вследствие большой вероятности
хрупкого скалывания зубьев между шпонками, неодновременно вступающими
в работу. Надежнее и проще прикреплять стальную планку к деревянному
брусу глухими нагелями, гвоздями, шурупами или глухарями.
Из предложенных до настоящего времени вариантов центровых шайб наи-
более технологичными и надежными для сборных узловых соединений в сквоз-
ных д. к. при знакопеременной работе решетки являются штампованные ког-
тевые шайбы В. Г. Леннова. На рис. 91 показан рекомендуемый сортамент
этих когтевых шайб, разработанный Военно-инженерной академией. Прове-
денные в ВИА поверочные испытания соединений на шайбах № 12 позволили
в первом приближении устаноАть их несущую способность. Как и следовало
ожидать, испытания выявили практически одинаковую несущую способность
когтевой шайбы в соединениях вдоль и поперек волокон сосновой древесины
вследствие «дробности» приложения сминающих усилий. Исследование пока-
зало что для надежного защемления когтя в древесине угол заострения его
в вершине должен быть не более 45°, а само вдавливание когтевой шайбы
должно производиться ударным способом. Забивка когтевых шайб способст-
вует (как и в гвоздевых соединениях) плотному обжатию когтей волокнами
древесины без образования надрывов («каверн») в гнезде. Такой способ вдав-
ливания шайб не требует прессового оборудования. В простейшей копровой
установке направляющая стальная штанга (диаметром 20 или 24 мм) должна
обеспечивать совмещение осей болтового отверстия, заранее просверленного в
бруске, болтового отверстия в шайбе и направляющего отверстия вдоль оси
копровой бабы. Для ударного вдавливания когтевой шайбы № 12 достаточно
энергии, развиваемой при падении бабы весом 50 кг с высоты 2 м. Вдавли-
ваются только когти; для «кольца усиления» фрезеруется гнездо* глубиной
3—5 мм. Врезка донца самой шайбы, штампуемой из тонкой листовой стали,
не требуется; остающийся между деревянными элементами просвет (с на
рис. 91, б) облегчает производственный контроль и способствует осушающе-
му проветриванию древесины.
По вязкости и плотности работы соединения когтевая шайба не уступает
зубчатокольцевой шпонке, а по всем производственным показателям значи-
тельно превосходит ее. Изготовление когтевых шайб может быть организо-
вано на базе отходов автомобильного производства; оно во много раз быст-
рее и дешевле изготовления зубчатокольцевых шпонок; в частности, оно не
требует заточки режущей кромки. Вдавливание когтевых шайб в деревянные
элементы должно производиться на деревообрабатывающем предприятии. Там
же может выполняться укрупнительная сборка всех составных стержней, по-
скольку при сборке фермы на строительной площадке не требуется раздвижки
— 164 —
Сортамент шайб (Шб)
Диаметр^М) ногтевой шайбы в см 8 10 12 15
Диаметр болта в см Минимальные размеры болтовых шайб 2 2 2,4 2,4
в см 0,4 0,5 0,6 0,7
Расчетная несущая способность 1 к. шб. в кг (на 1 срез болта): * 5X6 6X6 8X8 9X9
для постоянных сооружений 7'шб=1548шб 960 1500 2160 (3380)
- а для временных сооружений 7шб=20 Плошадь ослабления сечения доски одной 1280 2000 2880 (4500)
шайбой в см9 8 12 18 28
Минимальные размеры сечения доски в см Минимальное расстояние от центра шай- бы до торца доски и между центрами 5хЮ 6X13 7,5X15 9X18
16 20 24 30
Рис- 91. Рекомендуемый сортамент штампованных когтевых шайб (Левнова)
и ориентировочные расчетные данные для одного среза соединений сосновых
элементов независимо от угла аСм
а —ногтевая шайба; б — стальной монтажный наконечник, облегчающий сборку узлов
на рабочих болтах
— 165 —
слоев. При постановке узловых и стыковых болтов рекомендуется применять
съемные направляющие наконечники (рис. 91, б) для защиты от поврежде-
ния резьбы рабочих болтов.
Применение когтевых шайб целесообразно главным образом
в сборно-разборных фермах покрытий и других сквозных д. к., в
которых необходимо крепление раскосов на знакопеременные
усилия. На рис. 92 показан пример конструирования на когтевых
шайбах одного из узлов пятиугольной фермы в сопоставлении с
устаревшим решением того же узла на гладкокольцевых шпон-
ках.
Рис. 92. Пример использования когтевых шайб (I вариант) взамен
устаревших кольцевых шпонок (II вариант)
Глава /V
СОЕДИНЕНИЯ НА НАГЕЛЯХ
§ 51. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Нагелями называются стержни, пластинки или иные вклады-
ши, которые, препятствуя взаимному сдвигу сплачиваемых эле-
ментов д. к., сами работают в основном на изгиб (табл. 13). Раз-
рушение нагельного соединения может произойти и вследствие
среза нагеля, если он сделан из слабого материала (рис. 93, а),
или вследствие скалывания и отдирания древесины сплачивае-
мых брусьев (рис. 93, д), если допущена слишком частая расста-
— 166 —
новка нагелей. Однако для практически применяемых нагелей из
стали или твердой древесины расчетная несущая способность на-
гельного соединения определяется по условию изгиба самого на-
геля и по условию смятия древесины нагеля или сплачиваемых
брусьев (рис. 93, б, в, г), если соблюдены требования нормаль-
ной расстановки нагелей. Обозначение «срез» сохранилось по
аналогии с обозначением, принятым для заклепочных соедине-
ний в металлических конструкциях.
Рис. 93. Схемы разрушения соединений на плас-
тинчатых нагелях
* а — срез нагеля: б — смятие нагеля; в— изгиб нагеля;
г — смятче древесины сплачиваемых брусьев (в торец);
д — скалывание (и местное отдирание) древесины в про-
свете между гнездами
В отличие от шпоночных соединений нагельные соединения
не распирают сплачиваемых брусьев или досок: повороту наге-
ля, защемленного в гнезде, противодействуют продольные силы
Г и Г". Равнодействующая этих сил совпадает по положению и
по величине с -силой Тнаг, действующей вдоль плоскости сдвига
(шва), и отличается от нее только знаком. Поперечные связи по
условиям равновесия нагеля не требуются. В нагельных -соедине-
ниях нерасчетные, стяжные болты (приложение 8) требуются
для обеспечения плотного прилегания брусьев или досок, глав-
ным образом на время сборки и монтажа конструкции.
С развитием производства инструментов для сверления от-
верстий нагельные соединения стали основным, наиболее распро-
страненным видом соединения элементов в современых д. к. При-
менение дубовых или березовых пластинчатых нагелей для спла-
чивания брусьев связано с использованием электродолбежника,
а цилиндрических нагелей в стыковых и узловых соединениях
элементов брусчатых и дощатых д. к. с использованием электро-
сверлилок.
— 167 —
к цилиндрическим нагелям относятся и гвозди, забиваемые
в цельную древесину (хвойных и мягких лиственных пород) без
предварительного сверления гнезд. Штыри (крупномерные гвоз-
ди) из круглой стали диаметром 12—20 мм можно применять
в качестве расчетных связей, не вызывая раскалывания древеси-
ны, лишь при условии сверления для них гнезд того же диа-
метра.
В дальнейшем в результате перехода к производству и применению об-
легченных штырей и скоб на базе проката специального «крестового» профиля
можно будет избежать сверления гнезд и для штырей, гГолучая вязкие и
плотные соединения гвоздевого типа и при дГЛ > 6 мм [5].
Для прикрепления стальных планок «и шайб к элементам д. к.
иногда применяются нагели в виде глухарей и шурупов, завин-
чиваемых при помощи электрогайковерта или электроотвертки в
гнезда, просверленные в древесине сверлом несколько меньшего
диаметра. Глухари и шурупы, так же как и болтовые нагели,
целесообразно применять в тех случаях, когда они одновремен-
но могут быть использованы в качестве растянутых связей.
Расчетная несущая способность нагельных соединений опре-
деляется при помощи упрощенных формул, выведенных на осно-
ве обширных экспериментально-теоретических исследований и
включенных в нормы и технические условия; принимается мень-
шее из значений, полученных из условий изгиба самого нагеля и
смятия древесины. Расчетная несущая способность нагельного
соединения относится к одному «срезу» нагеля, т. е. к работе его
в одной плоскости сдвига (в одном шве); при этом учитывается
меньшее из значений, полученных из условия смятия древесины
элементов, прилегающих к этому шву. Проверка прочности со*
противления срезу самого нагеля в д. к,. не требуется, поскольку
не только стальной, но и деревянный нагель при отсутствии ме-
стного его ослабления в зоне шва не может разрушиться от сре-
за, если обеспечена достаточная несущая способность его из ус-
ловия изгиба и смятия.
На эту предпосылку должно быть обращено внимание также
и при разработке и исследовании соединений на нагелях из
стеклопластиков и других новых строительных материалов, кото-
рые не подвержены коррозии и в дальнейшем успешно смогут
заменить стальные нагели.
В нормах не предусмотрена проверка несущей способности
нагельных соединений из условия скалывания и раскалывания
древесины соединяемых элементов. Достаточная равнопрочность
их в этом отношении обусловливается соблюдением обязатель-
ных норм расстановки нагелей. Не допускается при этом совме-
щение плоскости скалывания или раскалывания с плоскостью
расположения сердцевинных лучей, т. е. с радиальной плоско-
стью, в которой вероятнее всего образование усушечных тре-
щин.
— 168 —
§ 52. ПЛАСТИНЧАТЫЕ НАГЕЛИ
Пластинчатые нагели (пластинки Деревягина) *, сделанные
из дуба или иных твердых пород древесины, закладываются в
гнезда (рис. 94), прорезаемые электродолбежником поперек
шва после окончательной плотной стяжки сплачиваемых брусь-
ев и придания им строительного подъема (производственного
выгиба). Применение пластинчатых нагелей целесообразно для
сплачивания брусьев только в составных балках или*сжато-изги-
баемых поясах, работающих на поперечный изгиб с ясно выра-
женным направлением действия поперечной нагрузки.
Большое значение имеет стерилизующая сушка черновых за-
готовок для пластинчатых нагелей. Влажность древесины пла-
стинчатых нагелей при сборке балок должна быть существенно
ниже эксплуатационной влажности древесины сплачиваемых
брусьев, чтобы последующее разбухание пластинок поперек во-
локон способствовало уплотнению соединения.
Механическое заклинивание нагелей, подобное заклиниванию
поперечных натяжных шпонок, недопустимо. Волокна деревян-
ных пластинок-нагелей должны быть направлены перпендикуляр-
но шву сплачивания. Набор пластинок забивается легким дере-
вянным молотком не в торец, а в кромку пластинки.
На рис. 94 показаны основные нормы расстановки пластинча-
тых нагелей. При условии соблюдения этих норм расчетная несу-
щая способность Тил одного пластинчатого нагеля (или двух
«полунагелей» при &>15 ом), сделанного из сухой дубовой дре-
весины и примененного при сплачивании сосновых или еловых
брусьев в составных балках для нормальных условий эксплуата-
ции в постоянном сооружении, определяется меньшим из двух
значений (в кг):
ТщС 14 /плйпл (из условия смятия древесины пластинча-
того нагеля) и
Тпл -С 63 8ПЛ&ПЛ (из условия его изгиба),
где 4л, &пл и ^пл — длина, толщина и ширина пластинчатого
нагеля в см.
При нормальном соотношении /пл = 4,56 пл обе формулы да-
ют одно и то же значение отклонения от этого соотношения
не должны превышать ±10%. Особенно опасна избыточная глу-
бина врезки пластинчатого нагеля, приводящая к недопустимым
отдирающим напряжениям в основании скалываемого зуба. По-
этому глубина врезки (лвр = -у- /пл + 0,1 см^ в сплачиваемых
брусьях должна быть одинакова и расстояние между осями пла-
стинок должно быть не менее s 2/пл ^-98.
1 Предложены В. С. Деревягиным в 1932 г. для сплачивания брусьев в со-
ставных балках.
12—2865 — 169 —
Нормальное отношение толщины дубового пластинчатого нагеля к его
длине (V4,5) определилось в итоге экспериментальных поисков равнопрочного
решения. Для того чтобы пояснить физический смысл эмпирических формул,
приселенных в нормах, на рис. 95 показаны ориентировочные схемы и эпюры
предельного состояния дубового пластинчатого нагеля. Судя по оттискам тор-
цов сосновой древесины на пластях экспериментальных дубовых нагелей нор-
мальных размеров (рис. 95, е), зона пластических деформаций смятия попе-
Рис. 94. Геометрические характеристики нормальных соединений на дубовых
пластинчатых нагелях
Нормальные размеры толщины («Пл) и Длины (/пл) пластинчатого нагеля (пластинки
Деревягина) 1,2 X 6,4 или 1,6 X 7,2 см; соответственные размеры гнезда: 1,2 X5,6 или
1,6 Х7,4 см (большие размеры — для сплачивания брусьев высотой более 20 см)
Рис. 95. Схемы и эпюры упруго-пластической работы нормально защемлен-
ного однюсрезного нагеля, характеризующие предельное состояние нагельного
соединения (пунктиром показаны эпюры упругой стадии работы нагеля)
а — энюры <усм; б — Т' и Г" — равнодействующие асм ; Г'е' = Т"е"; в — эпюра Qnar;
в плоскости шва сплачивания Qnar =^пл; 7’пл = 7''—7"; г— эпюра ЛТнаг- д — деформи-
рованная ось нагеля; е — характерная форма разрушения пластинчатого дубового наге
ля нормальных размеров
— 170 —
рек волокон дубовой древесины распространяется от линии шва соединения
приблизительно до !/з полудлины нагеля; при этом с противоположной (менее
напряженной) рласти вмятины наметились лишь на узкой полосе у кромки
нагеля.
Принимая схему а (рис. 95) упруго-пластической работы соединения при
полном использовании длительного сопротивления дубовой древесины надела
на смятие поперек волокон, можно сопоставить предельное значение °см
с расчетным сопротивлением дубовой древесины местному смятию поперек
Ломакс
волокон и максимальное значение аи = ~— с расчетным сопротивлением
И<пл
дубовой древесины изгибу.
По признаку косой симметрии точка перегиба оси нагеля, а следовательно,
и нулевое значение А1Наг находятся в точке пересечения оси нагеля с плос-
костью сплачивания. Через эту же точку проходят равнодействующие всех
элементарных сил сгСм» нагружающих каждую из половин пластинчатого на*
геля; эти равнодействующие, определяющие несущую способность нагельного
соединения Тпл (рис. 95, в), расположены в плоскости сплачивания и отли-
чаются только знаком (действия и противодействия).
Полагая, что опасное по изгибу сечение пластинчатого нагеля, где Онаг=
=0, расположено приблизительно на !/з глубины с гнезд, в которых защем-
лена каждая из половин /Пл» нетрудно определить осредненное значение
предельного пластического напряжения смятия
опл=------?ПЛ---= 14/пл бпл = 84 ..
см >/з-0,51ПЯЬПЯ >/в/Пл*„л
что для сухой дубовой древесины достаточно близко соответствует /?См»о ^дуб =
=40-2=80 кг/см2, принятому в нормах для местного смятия поперек волокбв
под шайбами.
По условию изгиба пластинчатого нагеля предельное значение
__Ммакс ___ ТплС/з — х/б) 0,5 /пл _ 63 Ьпл 6ПЛ * 1/б * 0,5 • 4,5 впл_
аПЛ~ 1ГПЛ ~ 1/бЬ2пл6лл “ “ г,С :
что достаточно близко соответствует расчетному /?и^дуб=130* 1,3=169 кг/ыЛ
если учесть, что надрывы крайних растянутых волокон в дубовых пла-
стинчатых нагелях в предельном состоянии (см. рис. 95, е) появлялись в ус-
ловиях наложения напряжений от растяжения волокон (в зоне, прилегающей
к зоне макаимаиьнопо местного вмятая их) на напряжения крайних волокон
от поперечного изгиба нагеля.
В случаях замены дубовой древесины березовой и т. п. или от-
ступления от нормального эксплуатационного режима к величи-
не Тпл вводятся поправочные коэффициенты: для самого наге-
ля — по смятию поперек волокон или изгибу заменяющей древе-
сины \ а для сплачиваемых брусьев — по скалыванию сосновой
древесины. Применение 'нагелей из березы или других небио-
стойких твердолиственных пород допускается лишь при условии
антисептирования их.
Для д. к. временных зданий и сооружений, не подвергающих-
ся длительному увлажнению, расчетная несущая способность
пластинчатых нагелей повышается путем умножения на коэффи-
циент 1,25; длительное увлажнение учитывается во временных
сооружениях коэффициентом 0,85.
1 Принимается меньшее из значений поправочного коэффициента '
12* — 171 —
В результате замены деревянных пластинчатых нагелей жест-
кими стальными или нагелями из других несминаемых материа-
лов несущая способность соединения не повышается, поскольку
решающее значение имеет скалывание зубьев. В многорядовых
соединениях на жестких пластинчатых нагелях приходится опа-
саться уменьшения общего сопротивления сдвигу, поскольку в
них не обеспечена вязкая податливость, свойственная деревян-
ным пластинчатым нагелям, способствующая уравнивающему
распределению сдвигающих сил.
§ 53. СОЕДИНЕНИЯ НА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ НАГЕЛЯХ.
ОСНОВЫ РАСЧЕТА
Цилиндрические нагели из круглой стали или древесины твер-
дых пород 1 вставляются в сквозные или глухие гнезда, просвер-
лённые в направлении, перпендикулярном шву (плоскости спла-
чивания); гвоздевые нагели малых диаметров забиваются в
цельную древесину хвойных и мягких лиственных пород без
предварительного сверления гнезд.
В отличие от пластинчатых нагелей цилиндрические нагели
применяются в соединениях не только односрезной, кососиммет-
ричной схемы, для которой момент, изгибающий нагель, в
шве 7ИШВ равен нулю (рис. 95, г). На рис. 96 приведены харак-
терные для цилиндрических нагелей односрезные и двусрезные,
симметричные и несимметричные (относительно середины дли-
ны нагеля) расчетные схемы нагельных соединений деревянных
элементов с деревянными или с тонкими стальными накладками
или шайбами. Слева вверху показана обобщенная исходная
расчетная схема. При Мшв=0 из этой обобщенной схемы полу-
чаются: схема 1 при Т2=0, схема 2 при Т2/Т1= + 1 и схема 3
при T2/Ti = —1. Эти схемы соответствуют прикреплению к дере-
вянному элементу тонких стальных накладок или шайб нагеля-
ми из круглой стали, глухарями, шурупами или гвоздями при
шарнирном соединении каждого нагеля с тонкой стальной пла-
стинкой.
На .рис. 96 показаны три аналогичные схемы нагельных сое-
динений, но с деревянными накладками, по толщине равными ос-
новному деревянному элементу. Здесь только в одной схеме 4,
как и в схеме 1, следует считать А1шв=0. В схемах 5 и 6 расчет-
ная несущая способность соединения из условия смятия древеси-
ны определяется подобно верхним схемам сопротивлением смя-
тию среднего элемента толщиной с; но в отличие от схем 2 и 3
в схемах 5 и 6 учитывается Л1ШЗ=И= 0. Защемление нагеля в на-
1 Хорошие результаты показали исследования соединений на цилиндриче-
ских и, в частности, болтовых -нагелях из высокопрочных пластиков, прове-
денные кафедрой деревянных и пластмассовых конструкций Ленинградского
ияженерню-сфоиггельного института.
— 172 —
Обобщенная
исходная схема
Гнаг = ги (=^гсм а или ? ПРИ достаточной глубине с
защемляющего нагель гнезда (подставляется а^0,6с)
dja ГСт^ С 18042 + 2д2, но < 25042 Тдуб5^ С 4542 + 2аЗ, но < 6542 Т'гв5^ < 25042 + «2, но < 400 42
1/2‘ < 18842 < 5342
1/3 < 19843 < 6342
1/4 К 21242 < 6542 < 2664®
1/5 < 2304а < 6542 < 27542
1/6 < 25042 < 6542 < 28642
1/7 < 25043 < 6542 < 29942
1/8 < 25042 < 654» < 31442
1/9 < 25042 < 6542 < 33142
1/10 < 2504а < 6542 < 35042
1/И < 25042 < 6542 < 37142
1/12 < 25042 < 6542 < 39442
1/13 < 25043 < 6542 < 40042
1/14 < 25043 < 6542 < 40042
Рис. 96. Основные расчетные схемы работы цилиндрических
нагелей; несущая способность одного «среза» нагеля из круглой
стали Гст, из дубовой древесины Гдуб и гвоздя Ггв в за«
щищенных д. к. вдоль волокон сосновой и еловой древесины
(формулы применимы лишь при условии соблюдения норм
расстановки нагелей)
Односрезные
Ддусрезные
симметоичные
Ддусрезные
2)Т2/ТГ^1; М^О
TfO; 0 2) Т2/ТГ+1; Мш8 О
(стальные накладкц (стальные накладки)
несимметричные
(стальные накладки)
Tcf25cd T2gs20cd
7j
*35 cd
*80ad
Tdy6
s20cd
*50ad
TtS
s35cd
s80ad
Tcr
sSOcd
s80ad
Тду5 Тгд
s30cd -50 cd
^50ad *80ad
^CT
s25cd
sBOad
^ду5 ^гд
sl2cd s20cd
s 50 ad *80ad
кладках избыточной толщины уменьшает степень неравномерно-
сти напряжения смятия древесины среднего элемента соедине-
ний (особенно в соединениях, работающих по несимметричной
схеме 6) и тем самым способствует повышению их несущей спо-
собности. При расчетном определении несущей способности та-
ких соединений влияние избыточного защемления нагеля в на-
кладках проявляется лишь при условии учета ЛГШВ 0; в этом
отношении новый метод расчета нагельных соединений значи-
тельно отличается от менее точного старого метода, в котором
для всех схем принималось Мшв = 0.
•В нижних трех схемах рис. 96, характеризуемых уменьшен-
ной толщиной а деревянных накладок, защемление нагеля обес-
печивается главным образом в толстом элементе с. Работа на-
геля на изгиб в зоне шва (Л4ШВ =И= 0) способствует выравниванию
напряжений смятия в тонких элементах а; в пластической ста-
дии напряжение смятия о?м может равномерно распределиться
по всей толщине а тонких накладок, если сам нагель способен
прочно и достаточно жестко сопротивляться изгибу.
Приведенные на рис. 96 схемы нагельных соединений, конеч-
но, не исчерпывают всех возможных вариантов; здесь представ-
лены основные, практически применяемые схемы; они могут быть
использованы также и для расчета многосрезных соединений на
цилиндрических нагелях.
Под каждой из схем выписаны формулы для определения рас-
четной несущей способности (в кг) одного «среза» нагельного
соединения вдоль волокон сосновых элементов из условия смя-
тия древесины в д. к. нормально эксплуатируемых постоянных
сооружений: Тп—для нагеля из круглой стали диаметром d см
в сверленом гнезде того же диаметра; Тлу6 —для нагеля из ду-
бовой древесины и Тп — для гвоздевого нагеля диаметром
0,6 см, забитого в цельную древесину.
При относительно малых размерах диаметра нагеля достиже-
ние предела текучести материала самого нагеля и значительные
неупругие деформации поперечного изгиба могут проявиться
раньше, чем будет исчерпана несущая способность соединения
по смятию древесины. На рис. 96 слева приведены формулы для
определения несущей способности нагельного соединения из ус-
ловия предельного использования сопротивления изгибу самого
нагеля.
Конкретное значение расчетной несущей способности одного
«среза» нагеля по нормам принимается равным наименьшему из
значений Ти, ТС№ п0 а и Тсм п0 с, полученных для данной
расчетной схемы нагельного соединения по формулам рис. 96 или
из таблиц (приложения 6 и 7) и умноженных в случае необходи-
мости на соответствующие поправочные коэффициенты. Вклю-
ченные в нормы эти расчетные формулы базируются на новом
— 174 —
методе расчета нагельных соединений 1 по предельным состоя-
ниям.
В отличие от расчета по допускаемым напряжениям новый метод расчета
учитывает упруго-пластическую работу самого нагеля на изгиб и древесины
в нагельном гнезде на смятие. В расчетно-теоретическом исследовании приме-
нены «спрямленные» диаграммы оСм — Дем для смятия древесины (рис. 97)
и а н — е для изгиба стального нагеля с линейной зависимостью между на-
пряжениями и деформациями вплоть до достижения расчетного сопротивления
/?см для древесины и предела текучести RT для стали. По достижении этого
предела напряжения RCM и Rt считаются постоянными при дальнейшем на
растании пластических деформаций. По условиям ограничения деформатив-
ности нагельных соединений предельная величина полной упруго-пластической
деформации смятия древесины ограничена двойной величиной «упругой» де-
формации. Этому соответствует деление эпюры наиболее напряженной области
смятия на две равные по глубине нагельного гнезда зоны: «упругого» смятия
(супр) и «пластического» смятия (сПл) в случаях полного использования не-
сущей способности нагельного соединения по смятию древесины (рис. 97, в,
г). Напряжение смятия отнесено к диаметральному сечению нагеля
(рис. 97, б). В работе деревянных нагелей деформации смятия самого нагеля
поперек волокон суммируются с деформациями смятия древесины нагельного
гнезда. При расчетном исследовании эпюр распределения по длине нагеля на-
пряжений смятия упруго изгибаемая ось нагеля считается прямой вплоть до
образования пластического шарнира в месте максимального (предельного) мо-
мента М Макс-
В случае одновременного достижения предельной деформации смятия дре-
весины и предельного сопротивления изгибу нагеля, опасное (по изгибу) се-
чение нагеля располагается (приблизительно) в пределах пластической зоны
смятия (спл)- В частности, при А1Шв=0 в односрезной схеме (рис. 97, в) опас-
ное сечение нагеля из условия QHar=0 расположено на расстоянии со=О,36с
от шва нагельного соединения, что почти совпадает с границей зоны пласти-
ческого смятия с пл = 0,34 с. Предельная несущая способность соединения в
этом случае принимается равной ^наг^^паг^см при условии -Л4макс< 1Рнаг/?и.
Если
о, ^наг £2о ^наг С2о
^макс— * наг CQ % — 2
И
ТО ___________ _________________ ___________________
1/^ ^наг 7?и «к ^2наг (\ аа м 1/
Со= у -Г—.--------—=у —• —— = 0,44 ^наг1/ — •
* 1/г ^наг Ю 7?см У 7?см
Следовательно, при одновременном использовании сопротивления древе-
сины смятию и нагеля изгибу (при МШв =0) несущая способность одного
«среза» нагеля равна 7*наг.См =Ср^Наг #см (из условия смятия древесины)
и Тнаг.и =0,44d3Har (из условия изгиба нагеля). Эти теоретические
формулы получены применительно к частному случаю нагельного соединения,
но в них раскрываются физический смысл и структура практически применя-
емых расчетных формул. В частности, например, в них объясняется, почему
при достаточном или избыточном защемлении нагеля в гнезде (глубиной с),
т. е. при Т'наг.и < Т'наг.см поправочные коэффициенты к 7?См вводятся под
знаком радикала.
В симметричных схемах 2, 5 и 8 (рис. 96) при большой жесткости нагеля
зона пластического смятия может распространиться на всю толщу среднего
1 Разработан В. М. Коченовым [16].
— 175 —
Рис. 97. К предпосылкам, положенным в основу расчета по предельным со-
стояниям соединений на цилиндрических нагелях
а — «спрямленная» диаграмма зависимости напряжения »см от деформации Асм дре-
весины нагельного гнезда; б — расклинивающее действие нагеля (Я *0,3 Тнаг) учтено в
нормах расстановки нагелей и в рекомендации применять нагели малого диаметра;
в — в расчете нагельного крепления тонкой стальной накладки (шайбы) принимается
' Л<шв ; г — при тонких деревянных накладках Л1ШВ = Гнаг ешв=£0, увеличение
^макс учтено в расчетных формулах (рис. 96 слева)
— 176 —
элемента сСИ11. Здесь не требуется защемляющее противодействие зоны раз-
нозначного смятия, необходимое для предотвращения перекоса несимметрично
нагруженных нагелей (например, рис. 97, в и г). В симметричных схемах за-
щемление нагеля в зоне AfHaKc обеспечивается неразрезностью самого нагеля,
работающего зеркально-симметрично (как коромысло) относительно середи-
ны Сени •
При недостаточной глубине защемления нагеля в крайнем, более тонком,
деревянном элементе а (схемы 7, 8 и 9, рис. 96) момент, изгибающий нагель,
увеличивается как в симметричных, так и в несимметричных схемах под воз-
действием МШв = 7’нагешв =/= 0 (например, рис. 97, г). В расчетных формулах
и таблицах соответственное снижение несущей способности нагельного соеди-
нения учтено в зависимости от отношения dnir/a (рис. 96 слева).
Расчетные формулы не могут охватить всего сложного комп-
лекса взаимно связанных деформаций и напряжений смятия и из-
гиба, характеризующих предельное состояние нагельных соеди-
нений, но достаточная обоснованность их применения подтверж-
дается результатами обширных экспериментальных исследовав
ний и наблюдений, проведенных научно-исследовательскими ин-
ститутами.
Основные формулы (рис. 96) и таблицы (приложения 6 и 7)
составлены для расчета нагельных соединений, в которых древе-
сина сплачиваемых элементов в гнезде сминается под углом
«см = 0. При сплачивании брусьев на пластинчатых нагелях уси-
лие Тваг всегда направлено вдоль волокон древесины брусьев.
Но в соединениях на цилиндрических нагелях возможно не толь-
ко продольное сплачивание (в стыках), но и соединение под уг-
лом ОсмТ^О (в узлах).
Расчетная несущая способность узловых нагельных соедине-
ний из условия смятия древесины бруса или доски под углом асм
(между силой и волокном) определяется по основным формулам
или таблицам с умножением Тяат на коэффициент (рис. 98).
Если Тваг определяется из условия изгиба нагеля, то влияние
угла асм#= 0 сказывается в меньшей степени,поскольку снижение
Rat отчасти компенсируется увеличением глубины защемления,
и расчетная несущая способность определяется путем умножения
7мг на Vk - В обоих случаях угол асм принимается равным
большему из углов смятия нагелем древесины элементов, приле-
гающих к данному шву.
График рис. 98 показывает, что коэффициент снижения несу-
щей способности нагельного соединения тем ближе к 1, чем мень-
ше диаметр нагеля, т. е. чем относительно больше поддерживаю-
щее влияние прилегающих к нагельному гнезду смежных участ-
ков древесных волокон, подверженных местному смятию (см.,
например, рис. 108). При dMT^. 0,6 см несущую способность на-
гельного соединения 7наг|)0 (поперек волокон) можно считать
равноценной Тваг (-вдоль волокон).
На этом основании расчетная несущая способность соедине-
ний на гвоздях, а также на нагелях из круглой стали диаметром
не более 0,6 см определяется независимо от величины угла асм.
— /77 —
Несущая способность нагельных соединений в большой мере
зависит от того, обеспечено ли равнопрочное сопротивление со-
прягаемых элементов скалыванию и раскалыванию, а также и
разрыву по ослабленному сечению. На рис<. 99 приведены харак-
терные примеры разрушения досок экспериментальных образ-
цов растянутого стыка вследствие нарушения норм поперечной
Рис. 98. Коэффициенты ka снижения расчетного усилия ТНаг для соедине-
ний на стальных и дубовых (пунктир) нагелях под углом а между силой
Гнаг и волокном сосновой древесины
Проверка несущей способности растянутых элементов на раз-
рыв по ослабленному сечению требуется нормами на общих осно-
ваниях. При этом учитывается сечение нетто элементов только
по неперерезанным (в пределах длины шага sm = 20 см *) во-
* При диаметре нагелей более 2 см следует увеличивать указанную нор-
му до размера шага «ш > КМваг-
— 178 —
локнам древесины. Проверка несущей способности нагельных со-
единений из условия скалывания и раскалывания сопрягаемых
пиломатериалов не требуется, поскольку соблюдаются обяза-
тельные для нагельных соединений нормы расстановки нагелей
(см. ниже рис. 100 и 102).
. Вопрос о выборе оптимальных размеров диаметра нагеля сле-
дует решать с учетом требований принципа дробности (рис. 76).
Чем меньше dHar, тем меньше сила, расклинивающая (распира-
ющая) стенки каждого нагельного гнезда. При диаметре сверле-
ного гнезда dCB = dHar эта сила приблизительно равна 0,ЗТ наг.
Соблюдение норм не только продольной, но и поперечной рас-
становки нагелей необходимо как
для предотвращения чрезмерного
ослабления растянутого элемен-
та, так и для предотвращения
преждевременного скалывания и
раскалывания концевых частей
его.
Несущая способность много-
рядовых нагельных соединений
приравнивается сумме ТНаг при
условии сверления гнезд не по-
рознь в отдельных досках, а одно-
временно в заранее собранном и
плотно обжатом пакете досок.
Поэтому в нормах расстановки
цилиндрических нагелей учиты-
Рис. 99. Характерные формы
разрушения досок растянутого
стыка на стальных нагелях
а — от скалывания с расклинива-
нием; б — от разрыва и расклини-
вания; в —от косого разрыва
вается вероятность увода сверла
даже в случае (настоятельно рекомендуемого) применения кон-
дукторов и прочих приспособлений, автоматически фиксирую-
щих положение и направление сверла. При глубине сверления
(толщине пакета), не превышающей 10 диаметров нагеля (свер-
ла), в нормах не учитывается увод сверла и допускается более
тесная расстановка нагелей. При расстановке болтовых нагелей
необходимо предусматривать достаточные просветы для поста-
новки шайб (приложение 8) и для подкручивания гаек ключом
(рис. 100). В стыковых соединениях рекомендуется располагать
нагели не в один или три ряда, а в два (или четыре) продольных
ряда, чтобы избежать постановки нагелей по оси доски или
бруса, обычно лежащей в сердцевинной плоскости, подвержен-
ной усушенному растрескиванию.
§ 54. НАГЕЛИ ИЗ КРУГЛОЙ СТАЛИ
Цилиндрические нагели из круглой стали, вставляемые в от-
верстия, просверленные точно по диаметру нагеля, относятся к
основным средствам соединения деревянных элементов в растя-
нутых стыках.
— 179 —
На .рис- 100 приведены нормы расстановки стальных нагелей.
Несущая способность их дана в таблице приложения 6. В д. к.
временных сооружений минимальные расстояния между осями
нагелей ® растянутых элементах должны быть увеличены при-
мерно на 25%, поскольку расчетная несущая способность нагель-
ных соединений во временных сооружениях увеличивается на
25%, а расчетное сопротивление скалыванию «ск = 24 кг/см2 ос-
тается таким же, как и в нор-
(9d) (9d) -(9d)
^^-74 ^-7d -м—7rf-4
мах для д. к. постоянных со-
оружений,
толщинах
стальных нагелей рекомен-
s^3,5d(9,5d) дуется назначать соответст-
Л. вующими значениям Т, под-
черкнутым в таблице при-
1_
s?3d(HQ
При заданных
досок
диаметры
s^3d.(4d)
T"
(9d) (9d) (9d) (9d) ложения 6.
"1------
-44]— ----------.21-1 no
\5d
s^^5d(9,5d)
Рис, 100. Нормы расстановки нагелей
из круглой стали для д. к. постоянных
сооружений
При *наг < 10^наг Допускается > 6J; 3d
и 2,5J (в скобках указаны нормы
расстановки для д. к. временных сооружений)
На рис. 97, г приведен пример
недостаточно полного использова-
ния несущей способности из усло-
вия изгиба стального нагеля
^наг =2 см. При достаточном за-
щемлении он мог бы нести ТСт =
=250d2=100Q кг. По схеме
рис. 97, г увеличение изгибающе-
го момента в нагеле вследствие
того, что Мщв^О, ограничивает
несущую способность соединения
из условия изгиба нагеля до Тст=
= 180^+2а2= 180-22+2 • 42=752 кг.
Однако несущая способность сое-
динения из условия смятия дре-
весины в гнезде глубиной а=4 см
еще более ограничена — до Г ст=
=80 0^=80-4-2=640 кг.
Путем замены одного нагеля d=2 см двумя тонкими нагелями d=l,4 см
можно при той же затрате стали повысить расчетную несущую способность
соединения до 2 (180- 1,42+ 2 * 42) =770 кг (>640 кг). В еще большей степени
применение принципа пробности повышает несущую способность соединения
из условия сопротивления скалыванию и раскалыванию древесины.
В случаях применения вместо сосны или ели древесины иных
пород, а также в зависимости от условий эксплуатации д. к. таб-
личное значение Т„ умножают на соответственный поправочный
коэффициент при расчете из условия смятия досок, или на квад-
ратный корень из коэффициента при расчете из условия изгиба
стального нагеля, т. е. при достаточном или избыточном защем-
лении его.
В узловых соединениях при асм=И=0° табличное значение Тст
умножают на кЛ или соответственно на V~ka (рис. 98).
— 180 —
§ 55. ДЕРЕВЯННЫЕ (ДУБОВЫЕ) ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ НАГЕЛИ
Деревянные цилиндрические нагели применяют для соедине-
ния досок и брусьев в гидротехническом строительстве, в неко-
торых отраслях химического производства и в других случаях,
когда (во избежание коррозий) неприемлемы стальные нагели.
Именно в этих областях можно ожидать наибольшей эффектив-
ности использования новых видов нагелей из высокопрочных
пластиков.
Производственные требования, предъявляемые к древесине
цилиндрических нагелей, не отличаются от требований, предъяв-
ляемых к древесине пластинчатых нагелей; только влажность
древесины в них не должна быть существенно ниже влажности
соединяемых досок, поскольку последующее разбухание более
сухих цилиндрических нагелей увеличивает усилия, расклинива-
ющие доски.
Основные нормы расстановки дубовых нагелей (в осях):
$1 5г/ду6; s2 Зс(дуб и s8 2,5</дуб; эти нормы могут быть
снижены до Si 4с(дуб; s2 > 2,5</дуб и $8 > 2,5г/ду6 при толщине
пакета сплачиваемых досок /наг < Ю^наг, поскольку при ма-
лой глубине сверления нагельного гнезда можно пренебречь
влиянием увода сверла.
При соблюдении указанных норм расстановки несущую спо-
собность одного «среза» дубового нагеля для постоянных соору-
жений принимают равной наименьшему из значений Тдув по фор-
мулам рис. 96 с умножением (в случае необходимости) на соот-
ветственные поправочные коэффициенты.
§ 56. ГВОЗДИ
Соединения на гвоздях, забиваемых в направлении, перпен-
дикулярном плоскости сдвига деревянных элементов без пред-
варительного сверления гнезд, также относятся к нагельным со-
едине»иям|. Возможности упрощенного и ускоренного изготовле-
ния д. к. из пиломатериалов доступных сечений при малом рас-
ходе металла привели к широкому применению гвоздевых соеди-
нений. Еще в годы первых пятилеток была выявлена эффектив-
ность использования гвоздевых соединений не только в качестве
временных монтажных связей в опалубке, подмостях и т. п., но
и в .качестве основных конструктивных связей в большепролетных
покрытиях, мостах и т. п. Вязкость и совершенная плотность
гвоздевых соединений обеспечивают надежность параллельной
работы большого количества гвоздей в дощато-гвоздевых балках
с перекрестной стенкой, в складках, сводах-оболочках и т. п.
Проникание гвоздя в древесину и формирование нагельного
гнезда происходит за счет местного уплотнения трубчато-волок-
— 181 —
нистой ткани; чем тоньше стенки древесных клеток, тем свобод-
нее забиваются гвозди. В древесину, имеющую в сухом состоя-
нии объемный вес не более 0,5 г!см? (——— древесинного вещест-
3
ва и—— пустот ), гвозди диаметром до 6—7 мм при соблюде-
нии норм расстановки, забиваются легко, не вызывая растрески-
вания древесины.
В древесину твердых лиственных пород гвозди строительного
сортамента забиваются лишь при помощи специальных оправок.
Вовсе не забиваются гвозди в мокрую замороженную древесину,
в которой полости клеток заполнены льдом. В древесину листвен-
ницы (т>0,65) гвозди проникают с трудом; при этом образуют-
ся длинные трещины, даже если соблюдаются нормы расстанов-
ки гвоздей. В д. к. из лиственницы гвоздевые соединения могут
быть использованы лишь при условии забивки гвоздей в сверле-
ные гнезда.
Рис. 101. Нормы учета глубины аг защемления конца гвоздя (сквозное про-
никание гвоздей по схеме б не рекомендуется)
При определении несущей способности гвоздевого соединения
длина заостренного конца гвоздя, равная l,5drB, не включается
в длину защемленной части стержня гвоздя. Из общей длины
гвоздя вычитаются также возможные зазоры между сплачивае-
мыми досками; при нормальной плотности сшивки величина этих
зазоров после усушки досок не превышает 0,2 см. Во избежание
отщепления древесины гвоздь, как правило, не должен пронизы-
вать насквозь пакет досок (рис. 401, а). Если конец гвоздя выхо-
дит за пределы крайней доски, считается, что он защемлен в не-
полной толщине этой доски; толщина зоны вероятного отщепле-
ния принимается равной l,5drB (рис. 101,6).
Гвоздь, забиваемый в цельную древесину, создает в ней рас-
калывающие напряжения. Опасность образования трещин тем
— 182 —
больше, чем теснее размещены гвозди, особенно при сквозном
проникании гвоздя. Чем больше диаметр гвоздя и чем (относи-
тельно) тоньше сплачиваемые доски, тем больше опасность рас-
калывания их; поэтому диаметр гвоздя не должен превышать —
толщины доски.
На рис. 102 приведены нормы расстановки гвоздей. Основная
норма продольной расстановки Si > 15drB рассчитана на приме-
Ршс. 102. Нормы расстановки гвоздей (в осях)
1
нение гвоздей, диаметр которых не превышает — толщины дос-
ки. Эта норма сохраняется для более тонких досок только в слу*
чаях, когда такие доски не пробиваются гвоздями насквозь. Рас-
стояние от торцового обреза доски до оои гвоздей первого ряда
назначается по норме > 15d гв независимо от толщины досок
(но, конечно, при а> 4drB).
При сквозной прошивке гвоздями досок толщиной a<10drB
продольное расстояние между гвоздями увеличивается в соот-
ветствии с графиком рис. 102.
• — 183 —
В многослойных соединениях досок под углом приведенные
нормы расстановки гвоздей должны соблюдаться для каждого из
слоев.
При встречной несквозной забивке гвоздей разрешается
репускать их концы на-^- толщины средней доски без учета
3
пе-
ня
взаимного захода даже в том случае, если оси этих гвоздей на
чертеже совмещены (рис. 102).
Площадь ослабления рабочего сечения растянутых досок во
всех случаях следует определять с учетом суммарной площади
Условные
обозначения
•Гвоздь.забитый с
лицевой стороны
ЬГвоздь. забитый с
тыльной стороны
Рис. 103. Пример расстановки гвоздей в узле Б нижнего пояса дощато-
геоадевой фермы (Л и В—смежные узлы того же пояса, подверженного
изгибу «следствие внецентренного примыкания раскосов)
диаметрального сечения каждого из встречных гвоздей. При шах-
матной или косой расстановке полностью учитывается ослабле-
ние рабочего сечения гвоздями смежных рядов, расположенных
в пределах 20 см длины доски.
При условии соблюдения норм расстановки гвоздей расчет-
ную несущую способность гвоздевых соединений принимают по
приложению 7, умножая табличные значения Гг8 (в случае не-
— 184 —
обходимости) на соответствующие поправочные коэффициенты.
От угла асм между 'направлением сдвигающего усилия Ггв и на-
правлением волокон древесины расчетная несущая способность
гвоздевого соединения не зависит.
В случае необходимости более тесной расстановки гвоздей,
приближающейся к нормальной расстановке стальных цилиндри-
ческих нагелей, следует предварительно просверливать гнезда
на всю глубину забивки гвоздя электродрелью точно по диамет-
ру гвоздя. Расчетная несущая способность такого гвоздевого на-
геля не снижается. В практике проектирования возможности сво-
бодного выбора диаметра гвоздей ограничены, поскольку конст-
рукция узла или стыка обычно уже предопределяет длину гвоз-
дей, а следовательно, и их диаметр по нормальному сортаменту
(приложение 7), ограниченному из условия устойчивости стерж-
ня гвоздя при забивке его молотком в цельную древесину.
На рис. 103 показан пример размещения гвоздевых нагелей
в узле дощато-гвоздевой фермы. Общий принцип размещения на-
гелей в узловых соединениях сводится к следующему: наносятся
параллельные линии на расстояниях, равных расстояниям между
нагелями при их нормальной поперечной расстановке для каж-
дого из слоев, и на пересечениях линий, образующих сетку, в ко-
сом или шахматном порядке размещают нагели с соблюдением
норм продольной расстановки.
§ 57. ШАЙБЫ С КРЕПЛЕНИЕМ НАГЕЛЬНОГО ТИПА
Рассмотренные выше виды нагельных соединений не облада-
ют сборно-разборностью и применение их при современных тем-
пах строительства не всегда рационально.
Попытки изготовления и применения шайб с когтями гвозде-
вого типа, заранее приваренными, к стальной пластинке, пока не
увенчались успехом; изготовление таких шайб оказалось более
сложным и дорогим, чем штампованных когтевых шайб (§ 50).
Поэтому шайбы с креплением нагельного типа у нас применяют
главным образом в виде заранее перфорированных стальных на-
кладок, в отверстия которых последовательно, без применения
прессов или копров, в процессе заготовки деревянных деталей на
кондукторном верстаке забивают, ввинчивают или вставляют
«когти» (гвоздевые, винтовые или из круглой стали).
На рис. 104 показан пример использования шайб нагельного типа, поз-
воляющих сборно-разборно присоединить к поясу одноболтовой связью брус-
чатые раскосы для воспринятая не только сжимающих, но и растягивающих
усилий.
Для более компактной расстановки нагелей (в целях экономии металла)
шайбы прикреплены не гвоздями, а тонкими глухими нагелями из круглой
стали; гнезда по диаметру нагеля высверлены сквозь отверстия в шайбе после
точной фиксации ее положения на кондукторном верстаке (см., например,
— 185 —
рис. 184). Для прижатия и фиксации шайбы в этом безраспорном (нагельного
типа) соединении достаточно у края шайбы ввернуть 1—2 шурупа или забить
1—2. гвоздя. В самом узле стяжка выполняется центровым болтом.
На рис. 105 показано сборно-разборное однобоЛтовое стыковое соединение
в растянутом поясе фермы из сосновых бревен диаметром 26 см. Сооруже-
ние временного назначения; расчетное усилие — 25 т.
Применение большого числа глухих нагелей и глухарей (или гвоздей)
малого диаметра для крепления шайб-накладок в процессе заготовки бревен-
чатых элементов на кондукторном верстаке обеспечивает надежность сопря-
жения, простоту и высокие темпы сборки и разборки его. Несмотря на отеску
(или опиловку) двух кантов бревна, необходимую для того, чтобы избежать
недопустимого (радиального) положения нагелей, коэффициент использования
сечения бревна получается высоким:
йисп=-^- = 0.82.
Fбр
'и,-16000 кг
Нагели глухие
\ d<2
Стойку
(12*18)
Стальная планка
(шайба) 0,5*9*50
Раскос (15*20)
Болты (М, 2
(стяжные)
Центровой
болт й-2,Ц
на 8 гл. нагелях
d-12
Рис. 104. Пример использования шайб с креплением нагельного типа для
одноболтового сборно-разборного присоединения брусчатых раскосов к брус-
чатому поясу
Глава V
СОЕДИНЕНИЯ НА РАСТЯНУТЫХ СВЯЗЯХ
К растянутым связям относят гвозди, шурупы и глухари, ра-
ботающие на выдергивание, скобы, хомуты, стяжные болты и
тяжи.
Различают растянутые связи натяжные (с болтовой нарез-
кой, на клиньях и т. п.) и ненатяжные; временные (монтажные)
— 186 —
Рис. 105. Пример сборно-разборного стыкования на шайбах с креплением нагельного типа растянутого пояса бревенча-
той фермы |
и постоянные. Все виды связей и особенно постоянные сталь-
ные, воспринимающие расчетные усилия, должны быть защище-
ны от коррозии (путем оцинковки, водостойкой лакировки и т. п.).
Расчет на разрыв самих связей, изготовляемых, как правило,
из стали марки Ст. 3, производится в соответствии с нормами
расчета металлических конструкций.
§ 58. ГВОЗДИ И ВИНТЫ (ШУРУПЫ, ГЛУХАРИ)
Гвозди сопротивляются выдергиванию только благодаря по-
верхностному трению (сцеплению) между гвоздем и древесиной
гнезда. Силы трения могут уменьшиться в случае образования
трещин, существенно уменьшающих силу обжатия гвоздя. По-
этому для гвоздей, работающих на выдергивание, обязательно
соблюдение тех же норм расстановки, которые приняты для гвоз-
дей, работающих как нагели — на срез.
При статическом приложении нагрузки расчетную несущую
способность на выдергивание одного гвоздя, забитого поперек
волокон с соблюдением норм расстановки, определяют по фор-
муле (в кг)
Т'ъыи ^ВЫД71 ^ГВ^ВЫД’
где 7?выд —расчетное сопротивление выдергиванию защемлен-
ной части гвоздя на 1 см2 поверхности соприкасания
гвоздя с деревом.
В деревянных конструкциях постоянных и временных (в скоб
ках) сооружений принимают следующие значения 7?,ыд :
для воздушно-сухой древесины /?выл = 3(4) кг!см2\
Учитывается d ^<0,5см
Рис. .106. Учет длины защемления гвоздей
и винтов (глухарей, шурупов), работаю-
щих на выдергивание
для сырой древеси-
ны, подверженной пос-
ледующему высыханию,
^выд = 1 (2) кг!см2.
При dTB >0,5 см диа-
метр гвоздя при опре-
делении ТВыд принима-
ют равным 0,5 см.
Длина защемления
гвоздя /,ыд без учета
острия (l,5drB) должна
быть не менее 10drB и
не менее чем в 2 раза
должна превышать тол-
щину прибиваемой дос-
ки (рис. 106). В свою
очередь толщина при-
биваемого элемента
должна быть не менее
4drB.
— 188 —
Шурупы (тонкие винты, завинчиваемые отверткой) и глухари
(винты диаметром 1,2—2 см, завинчиваемые ключом) удержи-
ваются в древесине не столько силами трения, сколько упором
винтовой нарезки в прорезаемые ею в древесине винтовые же-
лобки. Поэтому сопротивление шурупов и глухарей выдергива-
нию в большой мере зависит от способа завинчивания их в дре-
весину.
Нормы расстановки шурупов и глухарей и размеры сверленых
гнезд должны обеспечивать плотный охват стержня глухаря без
раскалывания древесины. Для сохранения норм продольной рас-
становки, принятых для нагельных соединений ($1=6—7rfHar ),
диаметр прилегающей к шву части гнезда должен точно соответ-
ствовать диаметру шенарезной части (на 0,4/внят ) стержня глу-
харя; для обеспечения надежного упора винтовой нарезки выдер-
гиваемого глухаря диаметр заглубленной части гнезда по всей
длине нарезной части глухаря (0,6 /винт ) должен быть на 2—>
4 мм меньше полного диаметра стержня глухаря. Если при кон-
струировании детали может быть допущена разреженная расста-
новка глухарей, то во избежание применения сверл переменного
диаметра для шурупов и глухарей диаметром не более 8—16 мм
принимают компромиссное решение: гнездо сверлят слегка умень-
шенного (на 2—3 мм) диаметра на всю длину защемления глу-
харя. При этом, однако, вытеснение древесины ненарезной ча-
стью глухаря создает распирающие, раскалывающие усилия; в
таких случаях необходимо увеличивать норму расстановки
ДО $1 10rfBBHT И ДО ^2== ^з^-б^винт. •
При соблюдении указанных требований расчетную несущую
способность на выдергивание шурупа или глухаря определяют
по формуле (в кг):
^выд ^выдте ^винт^выд-
Для сосновой древесины, работающей на смятие поперек во-
локон на длине /выд (учитываемой только в пределах нарезной
части), расчетное сопротивление выдергиванию шурупов и глу-
харей на 1 см2 поверхности стержня принимают /?выд s= 20 кг!см2;
rfBHHT замеряется по ненарезной части стержня шурупа или
глухаря|.
Все поправочные коэффициенты к /?выд вводят в соответст-
вии с поправками на сопротивление смятию поперек волокон.
Наилучшее использование глухарей и шурупов — для креп-
ления к деревянным брусьям и доскам металлических накладок,
хомутов, шайб и т. п. При этом глухари и шурупы заменяют не
только нагели, но и стяжные болты. Это качество шурупов и
глухарей особенно ценно при двустороннем креплении металли-
ческих накладок, в которых требование плотности постановки
сквозных двусрезных стяжных болтов, как правило, не выпол-
няется.
— 189 —
В случаях присоединения при помощи глухарей или шуру-
пов деревянных или фанерных элементов, работающих на от-
рыв, решающее значение приобретает не сопротивление выдер-
гиванию нарезной части, а сопротивление смятию древесины
головкой глухарей или шурупов. В таком случае необходимо
под их головку подкладывать металлическую шайбу размерами
3,5</ВИнтХЗ,5</внвт X0,25d ВИНТ •
§ 59. СКОБЫ
Скобы (рис. 107) из круглой (или квадратной) стали тол-
щиной 10—18 мм применяют в качестве вспомогательных рас-
тянутых или фиксирующих связей в сооружениях построечно-
го изготовления из круглого леса или брусьев, в мостовых опо-
рах, лесах, бревенчатых фермах и т. п. В дощатых д. к. скобы
Рис. 107. Пример правильного (и неправильного) применения скоб в каче-
стве растянутых вспомогательных связей
не применяют, так как они раскалывают доски при проникании
концов скоб (шипов) сквозь доску. Скобы устанавливают, как
правило, забивкой их концов (шипов) в цельную древесину без
сверления гнезд.
Несущая способность одной скобы, забитой без сверления,
даже при соблюдении увеличенных норм расстановки, весьма
неопределенна L
1 Ориентировочные экспериментальные исследования [5] выявили эффек-
тивность забивки без сверления скоб из проката крестового профиля </Ск=
= 1,5 см (dCK—диаметр описанной окружности). При достаточной длине ши-
па (6—7dCK) несущая способность таких скоб приблизительно равна несущей
способности штырей того же профиля и может быть приравнена несущей спо-
собности нагеля из круглой стали диаметром 1,5 см.
— 190 —
§ 60. ХОМУТЫ
Хомуты, так же как и скобы, относятся к растянутым свя-
зям. Отличительной особенностью хомутов является охватываю-
щее их положение по отношению к соединяемым элементам
Д. к.
Проволочные хомуты. Стальная проволока диаметром rfnp=0,l—0,6 см,
волоченая в холодном состоянии, имеет, как и гвозди, повышенный предел
текучести. Во временных д. к. расчетное сопротивление растяжению волоче-
ной проволоки принимают /?расч =4 000—5 000 кг!см2. После отжига прочность
проволоки снижается при одновременном значительном повышении ее вяз-
кости. В случаях когда жесткая проволока в напряженной зоне подвергается
крутому закручиванию, следует повышать пластичность металла отжигом хотя
бы за счет существенного уменьшения предела прочности его на разрыв.
Расчетное сопротивление разрыву отожженной проволоки при закручива-
нии снижается не более чем на 20% даже при очень коротком шаге (sKp=
= 5dnp) винтовой линии; при sKp > 1 Об?пр снижением сопротивления разрыву
закрученной отожженной проволоки вообще можно пренебречь. Расчетное со-
противление неотожженной жесткой проволоки при закручивании снижается
на 20% уже при шаге sKp = 10dnp.
Рис. 108. Коэффициент /гсм = 1 h -—--характеризует участие в сопро-
*см"г1»2
тивлении местному поперечному смятию смежных участков древесных во-
локон
Для проволочных хомутов расчетное (по смятию) -VX0M #Св0 ^Смл^пр^ хом
где ^?Св0~ расчетное сопротивление сжатию и смятию поперек волокон по всей поверх-
ности; л—число проволок в хомуте; ^пр~ диаметр проволок (в см) и ^ХОм’=гбр"“
радиус кривизны сечения бревна, охватываемого хомутом, в см
При местном смятии дерева поперек волокон под проволокой (так же как
и под узким штампом) в работу вовлекаются смежные участки древесины.
Эффект поддерживающего влияния примыкающих участков сминаемых воло-
кон тем больше, чем меньше ширина (длина /См, замеренная вдоль волокон)
непосредственно сминаемой площадки, т. е. чем меньше диаметр проволоки.
На графике (рис. 108) приведены коэффициенты &см повышения (по отноше-
нию к смятию по всей поверхности) расчетного сопротивления местному смя-
— 191 —
тию поперек волокон древесины сосны на длине /См (замеренной вдоль воло-
кон) при длине свободных концов не менее /См и не менее толщины йСм эле-
мента.
Болтовые хомуты. В соединениях, требующих производст-
венного или эксплуатационного регулирования длины или на-
чальной плотности прилегания хомута, применяют натяжные,
болтовые хомуты.
Рис. 109. Гибкие хомуты из круглой стали с изог-
нутыми (айв) и жесткими (б) шайбами
Силовой многоугольник (равновесие хомутов по 2Х =0
и 2 У =0) характеризует <*см без .учета сил трения и
жесткости хомутов
В болговых хомутах кругового очертания площадь смятия
увеличивают прокладкой шайб шириной /см из полосовой ста-
ли (pnq. 109, а). При подвеске брусчатых прогонов прямоуголь-
ного сечения местное обмятие ребер предотвращают путем про-
кладки жестких шайб, например уголков (рис. 109, б). Возмож-
ны и комбинированные решения с частичной подрезкой опор-
ных частей прогонов при разрезных схемах прогонов (рис.
109, в).
Чем меньше радиус закругления площадки смятия, тем
больше
п ___ Мсом << Р А
° см . сэО^см-
ГХОМ* см
При /см> 10 см расчетное сопротивление местному смятию
принимают/?сМ«, = 30(35) кг!см2.
— 192 —
$ 61. БОЛТЫ И ТЯЖИ
Рабочие болты и тяжи применяют в распорных соединени-
ях, © анкерах, подвесках, растянутых элементах металлодере-
вянных конструкций, в затяжках арочных и сводчатых конст-
рукций и т. п. Все элементы соединений на рабочих болтах
(в том числе и упорные шайбы) должны проверяться расчетом
по нормам для стальных конструкций.
Для деталей из прокатной стали марки Ст. 3 и для тяжей, не
ослабленных нарезкой, принимают /?р = = /?и = 2 100 кг/см1.
При определении несущей способности растянутых черных
болтов (из Ст. 3), ослабленных нарезкой, не только учитывают
уменьшенную площадь Fm <F6p, но и принимают пониженное
расчетное сопротивление /?р =2 100 • 0,8 = 1680 кг/см2,
Rcp = 1 150 кг/см2 и RCM - 2 600 кг/см2. Расчетные сопротив-
ления стали в сдвоенных,
строенных и счетверенных
тяжах и болтах снижают
умножением на коэффи-
циент 0,85, учитывая тем
самым неравномерность
распределения Np. В
длинных металлических
тяжах следует избегать
местного ослабления pa- Ц)
бочего сечения. _
Рабочие болтовые свя-
зи и стяжные муфты при- Левая
меняют лишь в тех слу- ' ‘
резьба
Тм (по nompefi Правая
поста) резьба
чаях, когда требуется
монтажное или эксплуа-
тационное регулирование
их длины. Соответствен-
Рис. ПО. Простейшие стыковые соединения
тяжей из круглой стали
а — складной, ненатяжной и неразъемный стык;
б — стяжная муфта для натяжного, разборного
стыка
ное подкручивание и за-
крепление гаек обычно предусматривают в наиболее доступных
опорных узлах металлодеревянных арок и ферм. Упрощенное,
ненатяжное стыковое соединение затяжки из круглой стали, поз-
воляющее транспортировать ее в сложенном виде без разбор-
ки, показано на рис. 110, а.
Необходимые лишь в редких случаях натяжные стыки затя-
жек из круглой стали осуществляют с помощью натяжных
муфт с разносторонней резьбой.' При отсутствии муфт завод-
ского производства можно изготовлять сварные муфты из двух
(или лучше четырех) квадратных гаек левой и правой резьбы,
скрепленных на фланговой сварке двумя стальными планками
(рис. 110,6).
13—2665
— 193 —
Стяжные болты, имеющие преимущественно монтажное зна-
чение и не рассчитываемые на воспринятие определенного экс-
плуатационного усилия, применяют почти во всех видах соеди-
нений, в том числе в нагельных соединениях и врубках для
обеспечения плотного прилегания сплачиваемых досок, брусьев
или бревен. Сечение стяжных болтов определяют по монтаж-
ным соображениям; оно должно быть тем больше, чем толще
элементы соединяемого узла, т. q. чем больше ожидаемое соп-
ротивление спрямляющему выгибу покоробленных или переко-
шенных досок или брусьев. В случае разбухания древесины
плотно стянутого болтом пакета досок стержень болта подвер-
гается большим продольным растягивающим усилиям. Чтобы
при этом избежать разрыва болта, шайбы стяжных болтов на-
значают с уменьшенной площадью смятия древесины. Безопас-
ное для соединения вмятие шайбы в древесину должно про-
изойти раньше, чем напряжение стержня болта на разрыв до-
стигнет опасной величины. Рекомендуемые размеры шайб для
стяжных болтов указаны в приложении 8.
Глава VI
СОЕДИНЕНИЯ НА КЛЕЯХ
§ 62. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Клеями называют вещества, обладающие способностью в
процессе перехода из вязкого состояния в твердое монолитно
соединять склеиваемые элементы, прижатые друг к другу. Кле-
евой шов в основном работает на сдвиг как безраспорное соеди-
нение; постановка стяжных болтов или иных рабочих связей не
требуется, если исключена опасность возникновения в шве отры-
вающих или раскалывающих напряжений (с^ ).
Склеивание деревянных деталей применяется уже много ве-
ков; однако лишь в текущем столетии в результате развития хи-
мии пластмасс появились водо- и биостойкие строительные клеи.
За последнее десятилетие трудами отечественной науки и тех-
ники созданы реальные возможности для надежного склеивания
синтетическими клеями не только дерева с деревом, но и дерева
с металлом.
Для прогрессивного развития д. к. монолитная склейка эле-
ментов имеет не меньшее значение, чем сварка в металлических
конструкциях. В последних, еще до появления сварки, применя-
лись достаточно плотные заклепочные соединения; в деревянных
же конструкциях до появления клеевых соединений могли при-
меняться лишь податливые соединения на врубках, шпонках и
— 194 —
нагелях с более или менее значительным местным ослаблением
Рис. 111. Стыковые соединения досок на
клею
а — «на ус»; б — «на зубчатый стык»
элементов.
Клеевые соединения «на ус» (рис. 111, а) и «на зубчатый
стык» (рис. 111, б) воспринимают все виды усилий, как в цель-
ных элементах. По затрате древесины «зубчатый стык» значи-
тельно экономичнее «уса».
Для образования зубчатого
стыка в ЦНИИМОДе раз-
работаны специальные фре-
зы (смк рис. 375), обеспечи-
вающие высокий класс точ-
ности механической обработ-
ки торцовых поверхностей
стыкуемых элементов. «Зуб-
чатый стык» в заготовке и
сборке более технологичен,
чем «ус». В технологии склеи-
вания на «зубчатый стык»
(«шип») в поле токов высо-
кой частоты заложены пред-
посылки для поточной автоматизации процесса превращения от-
резков рядовых пиломатериалов в непрерывную ленту чистых
клееных заготовок. В условиях заводского поточного производ-
ства водостойкое склеивание элементов д. к. позволяет изготов-
Рис. 112. Клееные трехшарнирные арки
в сельскохозяйственном строительстве
США
лять из тонких, узких И
сравнительно коротких до-
сок и реек балки, сваи,
стойки и плиты любых
размеров, а также много-
слойные клееные брусья
криволинейного очертания
для арочных (рис. 112)
и сводчатых конструк-
ций.
В многослойных клее-
ных деревянных элемен-
тах может быть достигну-
та более высокая проч-
ность, чем в цельных эле-
ментах, целиком выпилен-
ных из бревна, поскольку
возможное при монолит-
ной склейке тонких досок
дробное рассредоточение
природных пороков древесины (сучков, косослоя и пр.) р зна-
чительной мере обезвреживает их, а отбор первосортной древе-
сины для наиболее напряженных зон существенно повышает не-
сущую способность клееных элементов.
13*
— 195 —
§ 63. СТРОИТЕЛЬНЫЕ И УНИВЕРСАЛЬНЫЕ КЛЕИ.
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СКЛЕИВАНИЯ
К строительным клеям, применяемым в д. к., предъявляются
следующие основные требования: прочность клеевого шва на
сдвиг и на отрыв поперек волокон должна быть выше прочности
склеиваемой древесины; клеевой шов должен обладать доста-
точной стойкостью даже в условиях переменного тепловлажно-
стного режима.
Для склеивания элементов д. к. применяют совершенно водо-
стойкие и биостойкие фенолформальдегидные клеи:
1) клей КБ-3, составляемый из фенолформальдегидной смо-
лы Б (100 вес. ч.) и отвердителя — керосинового контакта Пет-
рова (15—25 вес. ч. в зависимости от кислотного числа контак-
та и температуры воздуха в производственном помещении), или
2) клей СП-2, составляемый из фенолформальдегидной смо-
лы СП-2 (100 вес. ч.) и отвердителя — керосинового контакта
Петрова (30—40 вес. ч.).
Клеи приготовляют непосредственно перед склейкой, так как
жизнеспособность1 их не превышает 3 час.
Помещения, в которых производится работа с фенолформаль-
дегидными клеями, должны быть оборудованы приточно-вытяж-
ной вентиляцией2 * * *, поскольку пары фенола ядовиты. После от-
верждения клеи безвредны.
В случаях когда невозможно обеспечить требуемую вентиля-
цию, следует применять нетоксичные водостойкие клеи. К таким
клеям относится резорциновый клей ФР-12, состоящий из резор-
циновой смолы ФР-12 (100 вес. ч.) и отвердителя (в порошке) —
параформальдегида (13,5 вес. ч.). Клей ФР-12 значительно до-
роже указанных выше фенолформальдегидных клеев.
Перечисленные водостойкие клеи являются основными для
склеивания строительных д. к. Лишь для встроенной мебели,
внутренних дверей и других деталей, не подверженных эксплуа-
тационному увлажнению, могут быть рекомендованы среднево-
достойкие: мочевиноформальдегидный (К-17); казеиноцемент-
ный (К-Ц)8 и казеиновый клей. Д. к., склеенные на средневодо-
стояких клеях, должны быть защищены от случайного кратко-
временного увлажнения водостойкой окраской, лакировкой
н т. п.
Склеивать деревянные элементы следует под давлением 3—
5 кг/с.м2 клеевого шва. Выдержка при таком давлении в зави-
1 Жизнеспособность клея — время, в течение которого приготовленный
клей сохраняет способность прочно склеивать.
2 В наибольшей мере это требование относится к клею ВИАМ-БЗ, кото
рый иногда еще применяется при изготовлении клееных конструкций.
8 Применяя К-Ц клей следует иметь в виду, что после твердения казенно-
цементный шов действует на режущие инструменты как абразив.
— 196 —
симости от формы элемента (прямолинейной или криволиней-
ной) и температуры в помещении колеблется от 4 до 24 час.
Давление, однажды достигнутое, не должно снижаться до окон-
чания процесса твердения клея в шве.
Прижим, необходимый для плотного сплачивания склеивае-
мых элементов, можно обеспечивать при помощи специальных
прессов или винтовых вайм, завертываемах до заданного давле-
ния электрогайковертами (рис. 113).
Рис. 113. Винтовой ваймовый пресс с
подвесным электрогайковертом для
склейки балок и свай
При изготовлении простейших конструкций типа двутаровых
балок из досок (рис. 114) и при незначительном объеме произ-
водства клееных конструкций возможно применение «гвоздевой
запрессовки»; при этом следует особое внимание обращать на
тщательность предварительного высушивания склеиваемых пи-
ломатериалов: производственная влажность древесины должна
быть существенно ниже эксплуатационной, в противном случае
гвозди будут служить не связями, а распорками, способствую-
щими расслоению пакета досок при эксплуатационной усушке
древесины.
При массовом изготовлении в целях повышения производи-
тельности прессового оборудования целесообразно в процессе
прессования деталь, склеиваемую фенолформальдегидными
клеями, подогревать до 60°; это позволяет сокращать срок вы-
держки под давлением до 1—3 час. Прогрев клеевых швов в по-
ле токов «высокой частоты сокращает сроки полимеризации клея
до нескольких минут.
Для приклейки к древесине стальных элементов применяют
универсальные клеи БФ-2 и БФ-4, выпускаемые промышлен-
ностью в виде спиртового раствора специальных синтетических
смол. Лучшие результаты склейки получены при применении
этих клеев в виде пленки.
— 197 —
Приклейку стальных деталей клеями БФ производят в прес-
сах под давлением 10—15 кг)см2 при температуре 130—{^^про-
должительность склейки 1,5—2 часа для жидких клеев (с по-
вышением температуры ступенями: 60, 90, 140°) и 1 час для пле-
ночных клеев при температуре 140°.
Для склейки следует применять пиломатериал толщиной не
более 5 см, с «влажностью, соответствующей эксплуатационной
равновесной влажности древесины, но не более 15%. Склеивае-
мые поверхности должны пройти машинную строжку не более
Рис. 114. Клееная двутавровая балка
(а) из четырех досок. Приклейка (б) поя-
сов к стенке в простейшем кондукторе
при гвоздевой запрессовке
ется на верстак
чем за 12 час. до склейки во избежание коробления и запыле-
ния их после строжки. Цех, в котором производится намазка
клея и запрессовка склеиваемых деталей, должен быть отделен
от источников пылеобразования.
При компоновке сечений многослойных элементов следует
принимать меры к тому, чтобы предотвратить 'возникновение от-
дирающих напряжений (растяжения поперек клеевого шва) в
случае усушечного коробления досок (рис. 115).
В помещениях, где производят склейку, должно быть обеспе-
чено постоянство температуры (не ниже 16°) и влажности воз-
духа, отвечающих равновесной влажности склеиваемой древе-
сины.
— 198 —
Применение в клееных конструкциях древесины с влажностью
более 15% приводит к расслаиванию элементов вследствие на-
рушения «монолитности клеевого шва еще до завершения схва-
тывания клея. Нередко это расслаивание обнаруживается по
прошествии нескольких недель или даже месяцев и ошибочно
объясняется недостаточной водостойкостью клея. Опыт показы-
вает, что конструкции, нормально склеенные на фенолформаль-
Рис. 115. Правильная г(а) и неправильная
укладка досок в многослойных клееных пакетах
(учет возможности коробления досок от усушки)
дегидных клеях, при производстве которых процесс твердения
клеевого шва не был нарушен усушечными деформациями, без
ущерба для прочности переносят значительные колебания темпе-
ратурно-влажностных воздействй^ даже в незащищенных соору-
жениях.
Клееные д. к. должны изготовляться в соответствии с требо-
ваниями действующих инструкций и только в заводских усло-
виях при систематическом контроле качества склейки, клеев и их
компонентов в лаборатории [11].
Расчет элементов клееных дощатых конструкций разного про-
филя сечения и очертания по существу не отличается от расчета
монолитных д. к. цельного сечения; его производят в основном
по нормам расчета цельных д. к. заводского изготовления.
§ 64. КЛЕЕФАНЕРНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Применение водостойкой строительной (раздел первый, гла-
ва I) и бакелизированной фанеры открывает широкие возмож-
ности изготовления эффективных балочных, арочных, рамных,
сетчатых и щитовых клеефанерных конструкций двутаврового «и
коробчатого сечения, воспроизводящих в д. к. основные формы
прокатных, штампованных и сварных профилей, характерные для
металлических конструкций.
В строительных конструкциях различного назначения приме-
няют водостойкую строительную фанеру (табл. 9) с объемным
весом Т = 700—800 кг/м\ склеенную на водостойких смоляных
— 199 —
клеях, или бакелизированную совершенно водостойкую фанеру
(ГОСТ 1853-51) с объемным весом 7=900—1150 кг/jw8, скле-
енную из слоев шпона, частично или полностью пропитанных
смоляными клеями под давлением в прессе 30—35 кг/см2.
Предел прочности на срез поперек волокон наружных шпо-
нов для березовой водостойкой строительной фанеры равен
150 кг!см2, а на растяжение вдоль волокон наружных шпонов
640—750 кг/cjw2, для бакелизированной фанеры соответственно
300 кг 1см2 и 800—1 200 кг!см2.
Модуль упругости для строительной фанеры колеблется в
пределах 80000—120000 кг!см2, а для бакелизированной фане-
ры 180 000—200 000 кг)см2 вдоль волокон наружных шпонов.
На рис. 116 схематически показаны характерные примеры
двух основных видов клеефанерных д. к.:
I — клеефанерные д. к. двутаврового или коробчатого сече-
ния, в которых склеенные из досок и брусков пояса монолитно
связаны одинарной или двойной фанерной стенкой, воспринима-
ющей в основном сдвигающие усилия: балки для легких двускат-
ных покрытий пролетом 6—18 м (рис. 116, а); трехшарнирные
арки пролетом 15—36 м (рис. 116, б). На базе этого вида дере-
вянных конструкций целесообразно развивать заводское произ-
водство клеефанерных элементов для кружально-сетчатых сво-
дов пролетом 18—60 м\
II — клеефанерные д. к. коробчатого сечения, в которых фа-
нера используется одновременна, как в качестве ограждающей
части сооружения, так и в качестве растянутого или сжатого и
изгибаемого пояса несущей конструкции: балочный настил ко-
робчатого сечения в малопролетных щитовых перекрытиях и по-
крытиях (рис. 116,в и г); при использовании бакелизированной
фанеры — крупноблочные пролетные строения сборно-разборных
мостовых д. к. (рис. 116,6).
Поскольку модули упругости древесины и фанеры различны,
то при определении моментов инерции, площадей и статических
моментов сечения расчетные величины приводятся к одному ма-
териалу.
При расчете двутавровых клееных балок с фанерной стенкой,
тщательно стыкованной «на ус», или на двусторонних накладках
по всей высоте сечения момент инерции поперечного сечения бал-
ки приводят к материалу древесины по формуле
В щитовых клеефанерных конструкциях, в которых фанерные
пояса являются основными, наиболее напряженными частями
конструкции, момент инерции сечения приводят к материалу фа-
неры:
— 200 —
Зак.
Рис. 116. Характерные виды клеефанерных конструкций
/ — с дощатыми или брусчатыми поясами; // — с фанерными поясами
в)
Фанера (минеральный Войлок)
Стыкование фанеры «на ус» целесообразно выполнять в го-
рячих прессах с узкими плитами с паро- или электроподогревом.
Обработка кромок стыкуемых листов «на ус» обеспечивается
фрезерованием.
Фанерные щитовые конструкции целесообразно склеивать в
горячих прессах. Контактный прогрев клеевых швов между фа-
нерой и каркасом щита от плит пресса при небольшой толщине
фанеры (< 10 мм) достигается сравнительно быстро. Для этой
цели предпочтительно использование «горячих» прессов, кото-
рые позволяют не только быстро прогревать, но и быстро осту-
жать клеевой шов перед снятием давления.
Возможна склейка фанерных щитов и холодным способом; в
целях повышения производительности прессового оборудования
при этом используют дополнительные ваймы, которые затягива-
ются под прессом в расчете на последующую выдержку пакета
склеиваемых щитов в отапливаемом помещении вне пресса.
При использовании бакелизированной фанеры места склейки
ее должны предварительно зачищаться до обнажения шпона.
Высоту одновременно склеиваемого пакета щитов целесооб-
разно принимать около 1 м.
§ 65. КЛЕЕСТАЛЬНЫЕ ШАЙБЫ
Клеестальная шайба 1 представляет собой стальную пластин-
ку (или втулку2} с болтовым отверстием, расположенным, как
правило, по середине пластинки, приклеиваемую к деревянным
или фанерным элементам водостойкими универсальными клея
ми БФ.
Примеры клеестальных соединений приведены на рис. 117.
Сверление отверстий в деревянных элементах и приклейку
шайб необходимо производить © кондукторах; этим обеспечива-
ют взаимозаменяемость отдельных элементов конструкции и
сборно-разборность ее.
Клеевой шов под шайбой работает на скалывание и частично
на отрыв. Для погашения отрывающих усилий соответственные
края шайбы заранее снабжаются отверстиями и закрепляются
шурупами.
Расчет клеестальных соединений производят по условию ра-
боты клеевого шва на скалывание. Требуемая площадь клеевого
шва под шайбой должна быть не менее
F
1 ш
/?ср
В приближенном расчете соединений на клеестальных шайбах
расчетное сопротивление скалыванию по клеевому шву прини-
1 Предложение А. Б. Губенко.
2 Предложение Д. Е. Долидзе.
— 202 —
По IH1
Прогон
г)
Шурупы для погашения
отрывающих усилий
Нлеестальная
втулка
Болтовые
отверстия
, Замыкающий
Изгибаемый элемент стальной упорный
вклааыщ
Стальная накладка _
у растянутого рас-
коса
К/7 ее стальные
шайбы
нам* i
По
Фанерная клееная
труба
-Стыковая стальная
трубка
По Сх-П
Клеестальные Стяткной болт
v. шайбы
Шурупы для погаше- । Замыкающая
кия отрывающих усилий стальная скоба
Вид сверху
Рис. 117. Различные виды клеестальных соединений
а — растянутый стык досок на клеестальных шайбах; б — узел дощатой фермы на
клеестальных шайбах; в — соединение фанерных клееных труб на клеестальных втул-
ках; г — стык клеефанерных элементов, работающих на изгиб
14*
— 203 —
мают по нормам расчета <на скалывание соединений элементов
деревянных конструкций— с учетом угла аск между силой и во
локном. Максимальное расчетное сопротивление скалыванию по
клеевому шву под шайбой принимают:
при а = 0° 7?ск = 24 «г/слс2;
„ а = 90° /?ск90 =12 кг/см2-,
для промежуточных значений угла а между силой Тш и волокна-
ми деревянного элемента принимают
Rck «=--------, в RcK ----------кг/см2.
1 + llsin’a
\ ^СК90 /
Ш
Шурупы для погашения
отрывающих усилий
*Н-2ТШ
* тр
0”0,150
Рис. 118. Значения величин е и 0
а - в растянутых или сжатых дощатых элементах при двусторонней наклейке клее-
стальных шайб; б — то же, при односторонней наклейке шайб; в — в изгибаемых эле-
ментах, стыкуемых на клеестальных шайбах (М— не меняет знака)
- 204 —
Среднее (по клеевому шву под шайбой) значение расчетного
сопротивления, входящее в основную расчетную формулу, опре-
деляют по формуле
дср = ^кг1см^
1 + Р —
е
где р=0,125—0,150 в зависимости от схемы приложения скалы-
вающих сил.
Отношение длины шайбы 1Ш (вдоль Тш) к плечу внутренней
пары сил е и значение коэффициента р определяют согласно
рис. 118.
Раздел пятый
Плоские сплошные деревянные
конструкции
Г лава I
ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ плоских сплошных
ДЕРЕВЯННЫХ конструкций
§ 66. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ФОРМ ПЛОСКИХ СПЛОШНЫХ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Рассмотренные в третьем разделе простейшие типы д. к. —
балки, стойки, прогоны, настилы — имеют ограниченные сорта-
ментом сечения и длины. Для пролетов более 6—9 м, а также
при меньших пролетах при значительных нагрузках приходится
с целью увеличения моментов сопротивления и инерции приме
нять составные сечения, сплачивая их из отдельных брусьев, бре-
вен или досок. Для увеличения размеров конструкций по длине
приходится сращивать и наращивать элементы устройством сты-
ков.
Таким образом, д. к., размеры которых отклоняются от нор-
мального сортамента лесоматериалов, являются составными как
по сечению, таки по длине.
В пятом разделе рассматриваются плоские сплошные конст-
рукции, основные усилия в которых возникают в плоскости дей-
ствия внешних сил и сечения которых сплошные, т). е. не содер-
жат сквозной решетки, как в сквозных конструкциях — фермах.
Основные схемы таких конструкций показаны на рис. 119.
Сплошные д. к. составного сечения подразделяются по спосо-
бу их изготовления на конструкции индустриального изготовле-
ния и.конструкции неиндустриального изготовления.
К конструкциям первого типа относятся все клееные конст-
— 206 —
рукции (схемы 9—12-, 18—20 и 22 рис. 119), а также балки на
пластинчатых нагелях и трехшарнирные арки из этих балок (схе-
мы 1—3 и 13 рис. 119).
Конструкциями неиндустриалыного изготовления являются
составные балки на шпонках и колодках и .различного типа гвоз-
девые конструкции (схемы 4—8, 14—17 и 21 рис. 119).
В отношении статической работы сплошные конструкции раз-
деляются на балочные и распорные.
Самым простым типом составной балки является брусчатая
или бревенчатая балка из двух или трех брусьев (бревен), спло-
ченных для воспринятая сдвигающих усилий при помощи пла-
стинчатых нагелей, шпонок или колодок (схемы 1—5, рис. 119).
Составные балки подобного типа могут воспринять большую
нагрузку, чем простое бревно или брус, так как имеют большие
момент инерции и момент сопротивления. Пролет, перекрывае-
мый такими балками, ограничивается длиной лесоматериала по
сортаменту ввиду затруднительности надежного стыкования рас-
тянутого бруса или бревна в составной балке.
Балки на прямых шпонках и колодках (схемы 4 и 5 рис. 119)
являются устаревшим типом составных балок. Механизирован-
ное изготовление их, в особенности со строительным подъемом,
на практике не осуществлялось. Надежность работы таких балок
всецело зависит от точности трудоемкой ручной пригонки шпо-
нок и колодок. По этим причинам в настоящее время эти балки
в их старых формах не могут быть рекомендованы к применению
и должны заменяться балками на пластинчатых нагелях, изго-
товляемыми механизированным способом). В тех же случаях,
когда это невозможно, — более новыми типами шпоночных ба-
лок с наклонными продольными шпонками, применяя при их из-
готовлении средства простейшей механизации.
В клееных балках (схемы 9—12, рис. 119) ограничения по
длине и сечению отпадают. Растянутый стык решается без зат-
руднений и высота балки не ограничивается. Клееные балки про-
летами до 12—15 м могут найти рациональное применение. В то
же время следует учитывать, что изготовление клееных конст-
рукций требует особых условий, приспособлений и специально
обученного персонала.
В условиях неиндустриального изготовления и пролетах боль-
ше 6 м могут применяться дощатые гвоздевые балки двутавро-
вого сечения с высокой сплошной стенкой, состоящей из двух
перекрестных слоев досок (схемы 6—8, рис. 119).
В этих балках путем увеличения высоты стенки может быть
увеличено расстояние между поясами и тем сдмым повышена
мощность сечения. Применение дощатых поясов дает возмож-
ность простого и надежного решения растянутого стыка. Учиты-
вая, что по длине балки, как правило, устраивается только один
стык поясов, пролет таких балок можно довести до 12 м при
нормальной длине досок. При необходимости дальнейшего уве-
— 207 -
яог
Рис. 119. Основные схемы плоских сплошных деревянных конструкций
лкчбния пролета более рационально, сохраняя балочную схему
конструкции, применять сквозные фермы или распорные конст-
рукции в виде арок того или иного типа.
В деревянных конструкциях применяются двухшарнирные и
трехшар'нириые арки. Бесшарнирные и одношарнирные арки к
применению не рекомендуются ввиду конструктивной трудности
выполнения жесткой заделки деревянных арок в пятах.
К арочным-конструкциям индустриального изготовления от-
носятся клееные арки (схемы 18—20 рис. 119) и трехшарнирные
арки из балок Деревягина (схема 13 рис. 119). Пролет арок Де-
ревягина ограничен длиной составляющих их балок, пролет кле-
еных арок этого ограничения не имеет.
Арочные конструкции неиндустриального изготовления пред-
ставлены схемами 14—17 рис. 119.. Кружальные арки (схема 14
рис. 119) выполняются из стандартных косяков заводского изго-
товления. Сопряжение косяков производится при помощи гвоз-
дей или болтов в заводских или в построечных условиях. Кру-
жальные арки обычно применяются в виде кружал при возведе-
нии каменных и бетонных сооружений. Возможность организа-
ции массового заводского производства косяков открывает пер-
спективу широкого применения кружальных арок главным обра-
зом в сельскохозяйственном строительстве. Остальные типы
арок, показанные на схемах 15—17 рис. 119, имеют более мощное
сечение, аналогичное сечению гвоздевой двутавровой балки с
перекрестной дощатой стенкой.
Рамные деревянные гвоздевые и клееные конструкции (схе-
мы 21 и 22 рис. 119) применяются у нас сравнительно редко —
главным образом для сборных- зданий подсобного назначения
и складов.
Рамные конструкции благодаря жестким узлам позволяют
обеспечить без вспомогательных устройств поперечную жест-
кость здания при действии горизонтальных (например, ветро-
вых) усилий.
При выборе типа сплошных конструкций следует, помимо
указанных соображений, учитывать также назначение здания,
тип кровли, архитектурные требования, местные условия строи-
тельства и пр., о чем более подробно сказано ниже.
* *
«
Как уже указывалось, деревянные сплошные конструкции яв-
ляются составными по сечению и длине. Связи, применяемые для
сплачивания и наращивания, являются (за исключением клея)
податливыми. Прежде чем перейти к рассмотрению отдельных
типов конструкций, следует ознакдмиться с особенностями рабо-
ты и расчета составных деревянных стержней на податливых
связях.
— 209 —
Глава I!
ПОПЕРЕЧНЫЙ ИЗГИБ, ПРОДОЛЬНЫЙ ИЗГИБ
И СЛОЖНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СОСТАВНЫХ
СТЕРЖНЕЙ НА ПОДАТЛИВЫХ СВЯЗЯХ
§ 67. ОСНОВЫ УЧЕТА ПОДАТЛИВОСТИ СВЯЗЕЙ
Сопряжения, применяемые для соединения брусьев, досок
или брусков, образующих составное сечение элемента, облада-
ют (за исключением клея) значительной податливостью. Подат-
ливость соединений ухудшает работу составного элемента по
сравнению с таким же элементом цельного сечения: увеличивает
деформативность, уменьшает несущую способность. Меняется и
распределение усилий в связях по длине элемента. Учет подат-
ливости связей (гвоздей, болтов, шпонок) при расчете составных
элементов, впервые со всей полнотой разработанный в СССР1,
Рис. 120. Стержни составного сечения на абсолютно жестких связях (Ц), на
податливых связях (П) и при отсутствии связей (От)
совершенно необходим для правильного проектирования состав-
ных элементов.
Рассмотрим три деревянные балки одинакового пролета и
одного и того же поперечного сечения, составленные каждая из
двух одинаковых цельных брусьев и нагруженные одной и той
же нагрузкой (рис. 120, а). В балке Ц сдвигающие усилия, воз-
никающие при изгибе, восприняты клеем. Клеевое сопряжение
является весьма жестким и полностью восстанавливает моно-
литность сечения. Поэтому балку Ц можно рассматривать как
балку цельного сечения, имеющую момент инерции Уц, момент
сопротивления и прогиб f ц.
' *
1 Работы В. Г. Писчикова, А. Р. Ржаницына, П. Ф. Плешкова, Г. В. Свен-
цццкого, В. М. Коченова, С. Н. Беришвили и др.
- 210 —
Представим себе, что непрерывный клеевой шов заменен
большим числом отдельных одинаковых полосок клея, имеющих
ширину Ь (ту же, что и ширина балки) и расположенных друг
от друга по длине балки с небольшими равными интервалами.
Работа балки в результате этой замены почти не изменяется.
Каждую такую полоску клея можно рассматривать как отдель-
ную жесткую связь. Если общее число полосок клея по длине
балки будет равно тс, то усилие в любой полоске — связи—оп-
ределится достаточно точно обычным расчетом по формуле
Т QS I
I
где — — шаг полосок клея.
тс
В балке От связи совершенно отсутствуют. Момент инерции
такой балки будет равен сумме моментов инерции Л составляю-
щих ее элементов:
Jот — Ji — 2J1.
Соответственно.
Wot = 2 Г = 2 Гр
Прогиб for балки Ог определится, как обычно, с учетом 7о =
=2Л.
Так как связей нет, усилие в связях Тот =0.
В балке П сдвигающие усилия воспринимаются податливы-
ми связями (например, нагелями или шпонками). По своей ра-
боте балка П занимает промежуточное положение между бал-
ками Ц и От. Действительно, прогиб балки 77 будет больше, чем
балки Ц, имеющей жесткие связи сдвига, но меньше, чем бал:
ки От, где связей совсем нет.
Соответственно и условный расчетный момент инерции бал
ки. 77 будет по своей величине меньше 1ц, но больше Jot :
/ц > /п > От •
Также и условный расчетный момент сопротивления
w w п w От
Усилие в любой податливой связи Г^будет меньше, чем в со-
ответствующей жесткой связи Тц.
Расчет балки на податливых связях можно свести к расчету
балки цельного сечения введением .расчетного момента инер-
ции
Jn — k^Jn', (21)
расчетного момента сопротивления
Wn = kvWu (22)
— 211 —
и усилия (в податливой связи
Тп = кт Тц, (23)
где коэффициенты kx, kw и kr меньше единицы.
Значения коэффициентов соответственно меняются: для kx
от 1 до —2 ; для Rw от 1 до—— ; для кт — от 1 до 0. Соответ-
Ju №ц 1
ственно расчетному моменту инерции Jn = kMJu прогиб
fn=fuz- (24)
Рассматривая далее те же самые балки в виде составных
стержней, работающих на продольный изгиб или «а сжатие с из-
гибом (рис. 120, бив), путем аналогичных рассуждений придем
к тем же выводам: работа стержней на податливых связях будет
занимать промежуточное положение между работой соответст-
вующих цельных стержней и стержней без связей.
Расчет таких стержней также может быть сведен к расчету
цельных стержней с соответственно уменьшенными J и W. При
этом учитывается, что возможные сдвиги в швах центрально
сжатого составного стержня будут значительно меньше, чем
сдвиги при поперечном изгибе). Сжато-изогнутые стержни зани-
мают в этом отношении промежуточное положение между цент-
рально сжатыми и поперечно изогнутыми.
Так как коэффициент продольного изгиба <р определяется в
функции гибкости, то при расчете на продольный изгиб удобнее
учесть податливость связей введением приведенной гибкости Хп
составного стержня, определенной по расчетному моменту инер-
ции Jn
Коэффициент р. называется коэффициентом приведения гиб-
кости.
Для стержней на податливых связях у, всегда больше едини-
цы; если же применены абсолютно жесткие связи (например,
клей), то kx иц равны единице и .
Несущая способность на продольный изгиб клееного стерж-
ня равна несущей способности цельного стержня того же сече-
ния. Если же связи совсем отсутствуют, то несущая способность
определяется несущей способностью отдельных, не связанных
между собой ветвей стержня.
Определение усилий в податливых связях, прогибов и расчет-
ных значений J, W и А, составляет задачу расчета составных
стержней на податливых связях. При решении этой задачи исхо-
— 212 —
дят из приближенного предположения об упругой работе мате-
риала стержня и связей. Задача может быть решена более или
менее точным способом.
Нормы и технические условия на проектирование деревянных
конструкций дают расчетные формулы по приближенному реше-
нию, получаемому из более точного путем ряда упрощений. Фор-
мулы НиТУ удобны для практического пользования и во мно-
гих случаях дают результаты, мало отличающиеся от результа-
тов расчета по более точным формулам.
§ 68. РАСЧЕТ СОСТАВНЫХ СТЕРЖНЕЙ НА ПОДАТЛИВЫХ СВЯЗЯХ
ПО НОРМАМ И ТЕХНИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ
1. Расчет на поперечный изгиб
При расчете на поперечный изгиб требуется:
1) определить расчетный момент сопротивления составной
балки и проверить ее сечение;
2) определить прогиб и подсчитать строительный подъем;
3) проверить расчетом связи, поставленные в швах балки.
Расчетный момент сопротивления
Wn=kwWW)m.
Значения коэффициента kv, учитывающего влияние податли-
вости связей, принимаются в виде постоянных чисел:
для балок на пластинчатых (или иных) нагелях пролетом
2; 4; 6; 9 м и более при двух брусьях kw =0,7; 0,85; 0,9 и 0,9;
при трех — соответственно 0,6; 0,8; 0,85 и 0,9;
для балок на шпонках и колодках пролетом 2; 4; 6; 9 ж и
более при двух брусьях £^,=0,55; 0,75; 0,85 и 0,9; при трех
брусьях — соответственно 0,4; 0,75; 0,8 и 0,85.
Зная расчетный момент сопротивления, проверку сечения про-
изводят по общим правилам расчета «а поперечный изгиб.
Прогибы балки определяются по расчетному моменту инер-
ции:
JП-— Ьж Jц.
Величина 1гж принимается также постоянной и равной:
для балок на пластинчатых (или иных) нагелях пролетом
2; 4; 6; 9 ж и более при двух брусьях 1гж =0,45; 0,65; 0,75 и 0,8;
при трех—соответственно 0,25; 0,5; 0,6 и 0,7;
для балок на шпонках и колодках пролетом 2; 4; 6; 9 м и бо-
лее при двух брусьях kx =0,3; 0,5; 0,65 и 0,75; при трех — соот-
ветственно 0,15; 0,35: 0,5 и 0,65.
— 213 -
Составным балкам при изготовлении до постановки связей
придается конструктивный строительный подъем, т. е. предвари-
тельный выгиб в сторону, обратную прогибу балки под нагруз-
кой. Назначение строительного подъема — уменьшить местные
напряжения, возникающие вследствие провисания балки. Вели-
чина строительного подъема обычно назначается такой, чтобы
под расчетной нагрузкой ось балки была прямолинейной, и под-
считывается по формуле [3]
х __ & Пш
/стр~~2^
(26)
где I — пролет балки в см;
пш — число шво® сдвига;
Ло — расстояние между осями крайних элементов попереч-
ного сечения в см;
8 — расчетная деформация сдвига сопряжений в шве бал-
ки; для нагелей всех видов *=0,2 см; для шпонок всех
видов, кроме колодок, 6—0,3 см; для колодок б = 0,4 см.
Определение числа связей, равномерно 'расставленных по
длине балки, производится с учетом их податливости.
Вследствие податливости связей эпюра усилий в связях по
длине балки не следует эпюре поперечных сил и ее достаточно
точно можно представить в виде косинусоиды (рис. 121).
При расчете числа связей должны быть соблюдены два усло-
вия: во-первых, число связей, равномерно расставленных на по-
лупролете балки, п'с должно быть достаточным для воспринятая
суммы сдвигающих усилий на полупролете:
yJ/2 > MS .
° Ju
во-вторых, связи, поставленные у опорных сечений балки, не
должны быть перегружены.
Для удовлетворения первого условия необходимо, чтобы
’ MS
Uc "г т ’
JuTc
где Т с —расчетное усилие на связь.
Связи у опоры при этом могут оказаться перегруженными.
Действительно, усилие в связи на опоре (рис. 121) в этом случае
изобразится ординатой AD прямоугольника ADEC, соответству-
ющего равномерной расстановке связей в количестве п'с. Орди-
ната AD вдвое меньше ординаты АВ треугольника АВС, соот-
ветствующего эпюре усилий в жестких связях (так как площади
обеих эпюр одинаковы и равны Т ).
В действительности перегрузка будет не 100%, а меньше, по-
тому что вследствие податливости связей распределение усилий
в них по длине балки будет соответствовать косинусоиде AFC,
ордината AF которой на опоре меньше АВ, но все же больше
— 214 —
ординаты AD. Следовательно, для того чтобы связи на опоре
не оказались перегруженными, число фактически поставленных
связей должно соответствовать прямоугольной эпюре AFGC с
ординатой на опоре, равной ординате косинусоиды.
Рис. 121. Расчетная эпюра (AFGC) усилий в податливых связях
Площадь прямоугольника AFGC; равная AF—, примерно в
1,5 раза больше площади косинусоиды, равной:
AF —^AF—.
к 3
Итак, число связей, равномерно расставленных на полупро-
лете балки, должно быть:
лс>1,5-^-. (27)
2. Расчет на продольный изгиб
При расчете на продольный изгиб относительно оси у—у, па-
раллельной плоскостям сдвига (рис. 122), исходят из учета при-
веденной гибкости Хпр=р.Хд. Выражение коэффициента приве-
дения гибкости р. принимается по упрощенной формуле1
1»= , (28)
г *о3 Лс
где kc—коэффициент податливости соединений, принимае-
мый по табл, 15 в зависимости от диаметра гвоздя
или нагеля (d в см), учитывающий полученную по
опытным данным величину сдвига связей;
b и Л—полная ширина и высота поперечного сечения эле-
мента в см\
10— расчетная длина стержня в ж;
пт— число швов сдвига;
пс— расчетное число срезов связей в одном шве на
1 пог, м стержня; при нескольких швах с различным
числом связей берется среднее число срезов.
’ Предложена В. М. Коченовым.
- 215 —
Таблица 15
Расчетные коэффициенты податливости соединений kz
Вид связей *с
центральное 1 сжатие * | сжатие с изгибом
Г возди Стальные цилиндрические нагели: а) диаметром d < V? наименьшей тол- щины а(см) соединяемых элементов б) диаметром d > г/7 наименьшей тол- щины а (см) соединяемых элементов Дубовые цилиндрические нагели .... Деревянные продольные шпонки с глу- биной врезки йвр (см) Клей • 1 lOfiP 1 1,5 ad 1 d* 0,6 6ABn 0 1 1 2,5rfa 3 ad 1,5 d* 1,2 6/tBn 0
Диаметр гвоздей принимается не более Vio толщины соеди-
няемых элементов. Если защемление концов гвоздей менее 4d,
то работу концов гвоздей не учитывают. Диаметр дубовых ци-
линдрических нагелей принимают при определении kz не более
1/4 толщины наиболее тонкого из соединяемых элементов.
Выражение ц, даваемое в НиТУ, получено из точной форму-
лы путем ‘ряда упрощений и округлений, оказавшихся возмож-
ными на основании пробных подсчетов для наиболее часто встре-
чающихся типов деревянных стержней. Точность выражения р
от этих упрощений пострадала. Так, при пс=0 получается Хл=
= со и, следовательно, AfKp=O, что неверно, так как в этом слу-
чае остается несущая способность отдельных ветвей, как это и
получается из точного выражения ц (§ 69). НиТУ специально
оговаривают, что приведенная гибкость составного элемента не
должна приниматься более гибкости ветвей, определяемой по
формуле
X =------. (29)
1бр
Fбр
где 2/1бр—сумма моментов инерции брутто поперечных сече-
ний всех ветвей относительно их осей, параллельных оси у\
Л$р—площадь сечения элемента брутто; /о—расчетная длина
элемента.
Для определения приведенной гибкости и коэффициента продольного из-
гиба <р можно пользоваться графиком на рис. 123, где по оси абсцисс отложе-
— 216 —
на величина с — - ---- [см. формулу (28)], а по оси ординат величи-
kcbhflm
ны ф. Параметром кривых служит величина Хд—гибкость составного стержня
как цельного, т. е. имеющего жесткие связи. График рис. 123 дает наглядное
представление о влиянии числа связей пс на величину ф и тем самым указа-
ние проектировщику, в каком случае увеличение числа связей эффективно
(крутые участки кривых), а в каком почти не увеличивает коэффициента про-
дольного изгиба.
Каждая из кривых графика на рис. 123 стремится при увеличении числа
связей к асимптоте, представляющей собой величину ф для стержня цельного
сечения при данной гибкости.
Рис. 122. Основные типы сжатых составных стержней
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся на практике ти-
пы составных стержней (рис. 122).
1. Стержни-пакеты (рис. 122, а), все ветви которых оперты,,
т. е. нагружены сжимающей силой.
Расчет относительно оси у—у, параллельной швам сдвига.
Приведенная гибкость Хпр ® рХд.
Гибкость определяется по моменту инерции и площади
всего сечения стержня. Расчетная площадь равна всей площади
стержня.
— 217 —
Расчет относительно оси х—х, перпендикулярной швам
сдвига. Расчет производится как для стержня цельного сечения,
так как составность стержня в этом случае не имеет значения;
гибкость всего пакета такая же, как гибкость отдельной ветви.
2. Стержни с короткими прокладками (рис. 122,6).
Расчет относительно оси у — у. Приведенная гибкость
*пр = У (pM2 + V, (30)
где Xi — гибкость отдельной ветви (относительно оси 7—7), вы-
численная по длине ветви Л, равной расстоянию между
крайними связями прокладок. При /, меньшем семи
толщин ветви, принимается М=0.
При вычислении %ц момент инерции и площадь сечения опре-
деляются без учета площади прокладок. Расчетная площадь
равна площади вЭтвей.
Расчет относительно оси х—х. Расчет производится как для
стержня цельного сечения без учета прокладок.
3. Стержни, часть ветвей которых (сплошные накладки и
прокладки) не оперта по концам (рис. 122, в. г). Сплошные на-
кладки и прокладки не доходят до конца стержня и не воспри-
— 218 —
нимают непосредственно сжимающей силы, но они увеличивают
жесткость стержня, так как соединены с опертыми ветвями свя-
зями.
Расчет относительно оси у—у. Приведенная гибкость стерж-
ня определяется по той же формуле, что и для стержней-паке-
тов, с той разницей, что при определении момента инерции учи-
тываются все ветви стержня, а при определении площади —
только опертые ветви. Испытания таких стержней подтверждают
достаточную точность такого приближенного расчета.
Расчет относительно оси х—х. Расчетный момент инерции
принимается по приближенной формуле
•^расч = Лт “Ь 0»5/в.в» (31)
где Joa— момент инерции поперечного сечения опертых ветвей;
Л.в—момент инерции поперечного сечения неопертых вет-
вей.
За расчетную площадь принимается площадь опертых вет-
вей.
Принятый приближенный эмпирический способ расчета учи-
тывает, что жесткость накладок и прокладок, соединенных с ос-
новными ветвями податливыми связями, не используется пол-
ностью.
Численный коэффициент во втором члене формулы (31), принятый равным
0,5, в действительности в ряде случаев значительно отклоняется от этого сред-
него значения в зависимости от длины стержня и числа связей. Более точно
расчетный момент инерции может быть определен по формуле 1
*расч -ип I . . У—/
1 I н.в
+ 20 Пс/<
где kc — принимается по табл. 15 (графа для сжатия с изгибом);
пс—число срезов связей, соединяющих по всем швам опертые ветви с
неопертыми, на 1 м длины стержня;
/ — длина стержня в м.
3. Расчет сжато-изогнутых стержней
Расчет сжато-изогнутых составных стержней в плоскости из-
гиба производится по тем же формулам, что сжато-изогнутых
цельных стержней. Податливость связей учитывается:
1) введением в момент сопротивления коэффициента kw —
такого же, как при расчете составных стержней на поперечный
изгиб (§ 68);
2) при вычислении коэффициента £ вводится приведенная
гибкость стержня; коэффициент kc , входящий в выражение ц
1 Предложена В. Г. Писчиковым.
— 219 -
и характеризующий податливость связей, берется из табл. 15 по
графе «сжатие с изгибом».
Число связей должно удовлетворять двум условиям: во-пер-
вых, оно должно быть достаточным для удовлетворения условия
проверки прочности стержня, во-вторых, достаточным для вос-
принятая сдвигающих усилий от изгиба.
Сдвигающее усилие от изгиба определяется с учетом возрас-
тания момента и поперечной силы при прогибе стержня:
Л>р 5
(33)
Число связей на половине расчетной длины должно удовлет-
ворять следующему условию:
пс 1,5
М$бР
(34>
где Тс — расчетная несущая способность одной связи.
В стержнях с короткими прокладками, помимо общего расче-
та стержня, необходима еще проверка крайних ветвей как сжа-
то-изогнутых стержней по формуле
К { М п
~р--ПТТ®^1 ^с’
Гбр ™бр 5
(35)
где — коэффициент продольного изгиба для отдельной,
ветви, вычисленный по ее расчетной длине /г,
F6p и — площадь и момент сопротивления (брутто) попе-
речного сечения всего стержня.
Сжато-изогнутые стержни рассчитываются из плоскости из-
гиба без учета изгибающего момента, т. е. как центрально-сжа-
тые составные стержни.
§ 69. ДАННЫЕ БОЛЕЕ ТОЧНЫХ РЕШЕНИЙ
Задавшись предпосылкой о синусоидальной форме изогнутой оси и об уп-
ругой работе древесины и связей, основные данные для расчета составных
стержней с учетом податливости связей получат следующий вид [3].
1. Расчет на поперечный изгиб
Для балок, состоящих из двух или более слоев досок или брусьев:
коэффициент жесткости-
Ь Х+аВ•
ж 1 + В ’
коэффициент приведения прогиба
(36>
— 220 —
коэффициент приведения момента сопротивления
ь 1+аВ .
Ktw-------------------------- ’
1 + — В
У
усилие в податливой связи на опоре
<гя)д = (тЦ)д i _|_аВ = кт^ц)д ;
усилие в податливой связи на расстоянии х от опоры
(тп)х — cos ’
в приведенных формулах:
"77' -
— момент инерции отдельной ветви;
В — коэффициент податливости шва;
S^Erz St .
D = = ----- >
I mc e I mze
(37)
(38)
(39)
(40)
(41)
S—статический момент относительно нейтральной оси части сечения,
лежащей выше рассматриваемого шва;
е—расстояние между осями ветвей, образующих рассматриваемый
шов;
/ — пролет балки;
mz — число связей в данном шве на всей длине балки;
~ — характеристика податливости связей; пропорциональная ей вели-
п
чина у — n2Erz берется из табл. 16;
у —расстояние от нейтральной оси всего сечения до крайнего волокла;
уг — расстояние от нейтральной оси крайней ветви до крайнего во-
локна.
Для того чтобы вышеприведенные формулы были строго справедливы,
требуется, чтобы число равномерно расставленных связей в каждом шве было
5
пропорционально величине —гс- В случае, если это требование не выполняет-
ся, расчетное значение В с достаточной точностью может быть определено из
выражения
£?« “1“ -^2 ~Н * * ’ “F Вп л.
В = 1 т---—-------z—- • (42)
где лш — число швов сдвига;
Вх,..., Вп — коэффициенты податливости, вычисленные для каждого шва.
Полученные величины имеют правильные пределы: если mc в 0 (связей
нет), то В = о© ; #ж = а;
Е J. а у U. у
= = ^=-^: wn= wu—-t. = s wt
Ju У1 JU
(т. е. остается несущая способность отдельных ветвей) \kT == О, Тя = 0.
— 221 —
Если же числи связей бесконечно велико тс = °° (монолитное сечение),
то В = 0; = 1; У/7= ц ’ = 1 /7~ ’ £ у = 1; 7*fj= Тц (т. е. балка
работает цельным сечением).
Если состзвнзя бзлкз имеет короткие прокладки, то
Здесь а и В имеют прежнее значение, пПр — число прокладок на всей дли-
не балки. Дополнительный член в знаменателе учитывает добавочный прогиб
балки вследствие местного изгиба ветвей балки между прокладками. Усилие
в связи имеет ту же величину:
Тп=Тц Т+Тв'
В выражении для В величина е равна половине расстояния между центрами
тяжести отдельных ветвей.
Если число прокладок бесконечно «велико, лПр= 00, то коэффициент же-
сткости получает прежнее выражение:
ж 1 4- В
и мы имеем балку-пакет.
Коэффициент приведения прогиба
2. Расчет на продольный изгиб
Как указывалось, приведенная гибкость составного стержня Апр=
1
причем коэффициент приведения гибкости р. =----- .
Выражения для имеют тот же вид, что и для поперечного изгиба, так
как при потере устойчивости изогнутая ось центрально сжатого стержня име-
ет форму синусоиды. Разница, однако, будет заключаться в том, что характе-
ристика податливости связей у = л2Ег с, входящая в выражение В, для слу-
чая продольного изгиба будет иметь меньшую величину, чем при поперечном
изгибе. При продольном изгибе усилия в связях и их деформации, вызван-
ные неточностью центрировки и неравномерностью нагрузки отдельных вет-
вей, значительно меньше, чем при поперечном изгибе. Значения Y определя-
ются в этом случае из опытов на продольный изгиб и берутся из табл. 16.
Для стержней-пакетов
Для стержней с короткими прокладками
1
1+аВ
0,83
° и2пр
(45)
— 222 —
Выражения для ц приобретают правильную величину также и при край-
них значениях входящих в них параметров.
Для стержней-пакетов при тс= °° (клееный стержень) В — 0; р = 1.
Следовательно, \п= Jn=Jy,H стержень работает как монолитный. Если
же связей нет , тс = 0, то В = оо; кж = — — а.
р?
Следовательно,
п~ = ^ца ~ Jy — Л-
к2 Е S Л
Критическая (эйлеровская) сила в этом случае -----
*3о
тическая сила определяется несущей способностью отдельных,
между собой ветвей.
, т. е. кри-
не связанных
Таблица 16
Характеристика податливости связей
Вид связей ** &>с 1= ТС
поперечный изгиб продольный изгиб сжатие с изгибом
Гвозди Нагели из круглой стали .... Нагели дубовые: пластинчатые цилиндрические Дубовые поперечные шпонки . . Продольные шпонки и колодки Примечание, с — толщина элем d— диаметр гвоздей или нагелей в см; 4500 cd 9500 cd 4000 ^пл^ 6000 Лвр^ 4000 Лвр^ ента в см; npi tp — глубина в 700 cd 2500 cd 700 d d c>7d приним [резки шпонки 1400 cd 5000 cd 1400 ^пл^ 1000 d ается с = 7 d; в брус в см.
Для стержней с короткими прокладками:
1) если лпр = оо, то ц получает то же значение, что и для стержней-паке-
тов;
2) если tnz = 0, то В = оо; а (т. е. опять остается несущая способ-
ность, отдельных ветвей);
3) если число связей бесконечно велико, /пс = оо (прокладки соединены с
ветвями с помощью клея), то В=0;
— 223 —
н =
14
/0,83 0,83
1+»^пр = + ‘
При равных сечениях ветвей и при гибкосги Х| отдельной ветви, вычис-
ленной на длине /] между центрами прокладок, получим
аП2”Р~ Х2
Следовательно, ^п=угХ»д + 0,83к«1.
Округляя 0,83 до 1, получим X ц=
Теоретическая связь между расчетными коэффициентами податли-
вости k с (табл. 15) и характеристиками податливости у (табл. 16) для‘гвоз-
дей выражается зависимостью
kc = -l_.
с 1000
(46)
3. Примеры расчета
Пример 1. Найти необходимое число связей для центрально сжатого со
ставного стержня (по рис. 124, а), шарнирно опертого по концам.
Дано: сечение стержня — три доски 5x20 см; длина стержня I = 3 м;
сжимающая сила складывается из AG = 6 000 кг от постоянной нагрузки и
= 2 500 кг от временной снеговой нагрузки.
В качестве связей принимаем гвозди /=150 мм, d = 5 мм.
В данном случае гибкость стержня относительно оси х—х заведомо мень-
ше, чем относительно оси у—у, поэтому расчет ведем только относительно оси
У~У‘
Расчетная формула:
з — < /?с.
Г ср
Отсюда
°C
<р > ; /?с = 130 лг/сл»;
* л\с
F = 5 • 20 • 3 = 300 см?.
Величина коэффициента продольного изгиба <р зависит от гибкости стерж-
ня. Гибкость же составного стержня зависит от числа поставленных связей.
Определим число связей-гвоздей исходя из полного использования напряжения
сжатия:
N 6000 • 1,1 + 2 500 • 1,4 10100 ,
ас =-----=-----------= 33,7 кг см* ;
F 300 300 '
— 224 —
Значению <р = 0,26 соответствует по графику на рис. 68 гибкость X =
109. Гибкость данного стержня, как стержня цельного сечения:
> 300
Ц~ 0,289-15 “
Величина коэффициента приведения гибкости р, определяется из соотно-
шения
2_
X/Z
= 1,58.
Рис. 124. Составные стержни
а — стержень-пакет на гвоздях; б — стержень со сплошной прокладкой на гвоздях
Из выражения
1/1 . Ъ bhnv
Iх = у * + «с,, _
F 12о пс
определяем число гвоздей:
пс =
kc bhnm
2о(н2—1) ‘
Здесь (табл. 15)
=
= 0 4;
Ю^з 10-0,52
А — 15 см; Ь = 20см; пш = 2; /0 = 3 м.
15—2665
— 225 -
Следовательно,
Лс=
0,4-20-15-2
32(1,582- 1)
=*17,8 ium/м.
Славим по четыре гвоздя через 23 см; это дает число гвоздей (рис. 124, а)
на 1 м длины стержня-
100.4
лгв= ——= 17,4 « 17,8.
zo
Определим для сравнения число гвоздей, пользуясь более точной форму-
лой (44) коэффициента приведения гибкости:
,/ 1+В S
* = V ТТ7Г В =
для гвоздей по табл. 16
700 . с . 50 _
cd ’ ‘ d ~ 5 > J
следовательно, в расчет вводим
с = 7d = 7-0,5 = 3,5 см\ 7 =
700
3,5-0,5
= 400-c.M-i; S = 5-20-5 = 500 см'\
е = 5 см\ I = 300 см\
500 133
В = 400 ——--------=------;
5-300 тс тс »;
_ J_______1_
“ 32 - 9 ’
Is Л г1
а = ------ =--------
J J И2доск
Следовательно,
|л= 1,58 =
отсюда находим тс = 64 шт.
Число гвоздей на 1 м длины стержня
лс=-у = -у-=21,3> 17,8.
I о
Расчет по НиТУ в данном случае не идет в запас прочности.
Следует отметить, что найденная выше по табл. 16 характеристика подат-
ливости гвоздей у = 400 в данном случае вполне соответствует по формуле
(46) расчетному коэффициенту податливости kc по табл. 15.
В самом деле
--------= 0,4 =---------= —!.
10-0,52 1000 1000
Таким образом, разница в результатах расчета объясняется целиком
разницей в структуре расчетных формул (28) и (44).
Пример 2. Проверить на продольный изгиб верхний пояс фермы, состоя-
щий из двух досок сечением 6X20 см со сплошной прокладкой того же сече-
ния между ними. Длина панели верхнего пояса /' — 2,5 м. Доски пояса сбиты
гвоздями I = 175 мм, d = 5,5 мм, поставленными по четыре через каж-
— 226 —
дые 20 см (рис. 124, б). Сжимающее усилие в верхнем поясе складывается из
усилия Ni = 7 000 кг от постоянной нагрузки и усилия Nt « 6 000 кг от вре-
менной снеговой нагрузки.
Расчетное усилие N = 7 000 - 1,1 4- 6 000 - 1.4 = 16 100 кг.
1. Расчет относительно оси у—у. Гибкость стержня тех же размеров, но
цельного сечения
При определении гибкости составных стержней со сплошными проклад-
ками берется момент инерции всего сечения, а площадь — только опертых
ветвей, т. е. ветвей, нагруженных сжимающей силой. Следовательно,
20 18® 1 / 9 720
J=—— = 9 720 см*; F= 2-6-20 = 240 см\ г = I/ ——=6,36 см;
12 Д г 240
_ 250
ц “6.36
=39.
Коэффициент приведения гибкости
Здесь
kc = 0,33; b = 20 см; h = 3-6 = 18 см; лш = 2;
с 10^2 10-0,3
100 / 20-18-2
Лс=-4 = 20;(л = -[/ 1+о,33-^- = 1,68.
Приведенная гибкость
Хпр = 39-1,68 = 65; ср = 0,67;
16 100
° = = 101 < 130 кг/см2.
240-0,67 1
Следовательно, сечение стержня и число гвоздей вполне достаточны
2. Расчет относительно оси х—х.
6-20» 6-20»
7расч = Л>п + 0,5 /н-в=2 12 +0,5 12 = 10000 см*;
F= 2-6-20 = 240 см?; ги=\/ I0000 = 6,45;
Д V 240
Здесь 65 — ранее полученная гибкость относительно оси у — у. По
более точной формуле (32) получим
6-203
6-203 12
Л>асч= 2 -fi~ +-------О66.4ООО = 11700 > 10000 СМ*‘ Т> е* В даином
1 + 20-40-2,54
случае расчет по формуле НиТУ идет в запас прочности.
15» — 227 —
Глава HI
БАЛОЧНЫЕ СПЛОШНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
$ 70. БАЛКИ ДЕРЕВЯГИНА
1. Конструкция балок
Составные брусчатые балки Деревягина сплачиваются из
двух или трех брусьев при помощи пластинчатых нагелей из
твердого дерева, обычно дуба (рис. 125) *. Балки предложены
и разработаны В. С. Деревягиным в 1932 т. Гнезда для пласти-
нок выбираются переносным цепнодолбежником с электроприво-
дом в предварительно выгнутых для придания нм строительного
подъема балках (рис. 127). Механизированными выборкой гнезд
Рис. 125. Балки Деревягина (на пластинчатых нагелях)
и заготовкой пластинок автоматически обеспечиваются одинако-
вые размеры всех гнезд и возможности постановки в них стан-
дартных пластинок с минимальными зазорами. Благодаря строи-
тельному подъему создается предварительное защемление пла-
стинок в гнездах (вследствие стремления балок распрямиться),
полностью погашающее первоначальную небольшую неплот-
ность постановки пластинок и препятствующее их выпадению
при транспортировании балок. Вязкая податливость пластинок,
работающих на изгиб, как нагели, способствует совместной рабо-
те всех поставленных пластинок и повышает надежность балок.
Многочисленные испытания подтвердили высокое качество балок
Деревягина и их значительные преимущества, в особенности в
* Возможно применение пластинчатых нагелей из антисептированной бе-
резы.
— 228 —
отношении жесткости и надежности,, перед составными брусча-'
тыми балками на шпонках и колодках.
Опытами проверена возможность изготовления балок из окан-
тованных бревен с использованием их естественного сбега'
(рис. 125, e)v Опиловка бревен по направлению коничности по,
плоскости соприкосновения сплачиваемых бревен позволяет по-
лучить составное сечение значительно большей мощности, чем
при обычной брусовке квадратного сечения из тех же бревен.
Балки Деревягина являются индустриальной конструкцией.
Изготовление их не требует сложного оборудования и при нали-
чии электроэнергии и цепнодолбежников доступно любой строи-
тельной организации.
Балки Деревягина применяются в покрытиях, а также в ка-
честве элементов верхнего пояса металлодеревянных ферм. Впол-
не возможно применение их и в мостах, поскольку пластинча-
тые нагели хорошо работают на знакопеременные и динамиче-
ские нагрузки.
Максимальный пролет, перекрываемый балками, зависит от
длины лесоматериала (обычно 6,5 м), так как устройство в
брусьях стыков обычного типа, как показывают опыты, недопу-
стимо. Пластинки ставятся по длине балки на равных расстоя-
ниях, а в средней части балки, примерно на длине 0,2/, где ве-
личина сдвигающих усилий незначительна, их обычно совсем не
ставят.
При толстых брусьях, когда ход цепнодолбежника не дает
возможности выбрать сквозное гнездо, применяются глухие гнез-
да (рис. 125, д), и пластинки ставятся с обеих сторон балки
сдвинутыми на полшага одна относительно другой. Указания о
размере пластинок и их расчете даны в разделе четвертом. Ос-
новными размерами пластинок для балок являются: 6=1,2 см
и /=4,56=5,4 см.
2. Расчет балок
Расчет балок заключается в определении размеров сечения,
числа пластинок и величины строительного подъема. Последова-
тельность расчета следующая.
1. Определяют расчетную нагрузку, включая собственный вес
балки.
2. Определяют максимальный изгибающий момент и необхо-
димый момент сопротивления балки'
U7 = -^-,
где Ru — расчетное сопротивление при изгибе;
kw—коэффициент, учитывающий снижение момента со-
противления из-за податливости связей в составной
балке. Величины kw приведены в § 68.
— 229 —
Ослабление сечения пластинками обычно при этом не учиты-
вается.
В балках из двух брусьев это ослабление менее 1%, а в бал-
ках из трех брусьев оно меньше 10% (глубина врезки пластинок
не должна превышать Ч& высоты бруса}.
3. Определяют полную высоту балки h, задаваясь ее шири-
ной Ь;
6W
Отсюда (высота одного бруса
= — или hx =
1 2 1 3
Пользуясь сортаментом, подбирают ближайшее большее зна-
чение h\.
4. Проверяют балки на прогиб; для балок, имеющих строи-
тельный подъем, такая проверка также является обязательной.
Она производится по расчетному моменту инерции J = 76р>
где коэффициент кж учитывает снижений момента инерции из-
за податливости связей в составной балке. Величины приведе-
ны в § 68.
5. Определяют необходимое число пластинчатых нагелей в
каждом шве балки на протяжении от опоры до сечения с макси-
мальным моментом:
где Ты » 14(пл6 — расчетная несущая способность одной дубо-
вой пластинки.
6. Проверяют возможность расстановки пластинок при мини-
мальном шаге 9бПл- Если пластинки разместить не удается, се-
чение балки должно быть увеличено.
7. Вычисляют необходимый строительный подъем (§ 68) по
формуле
I Ь Лщ
СТ₽“ 2Л0
Величина сдвига для пластинчатых нагелей по данным § 3
Ь = 0,2 см. Учитывая, что для балок из двух брусьев пш = 1
и Ао = Ль а для балок из трех брусьев пш = 2 и й0= 2Аь полу-
чим для тех и других балок
/стр = 0.1 V см.
"'Х
(47)
— 230 —
3. Изготовление балок
Наилучший лесоматериал — первой категории — отбирается
для нижних брусьев балок. Для верхних брусьев допускается
вторая категория, а для средних (в балках из трех брусьев) —
третья категория.
При применении лесоматериала повышенной влажности с
целью уменьшения опасности появления при усушке нежелатель-
ных горизонтальных трещин рекомендуется до сборки балок де-
лать в брусьях вертикальные пропилы (рис. 126). В средних бру-
сьях пропилы делаются на двух противоположных плоскостях, а
Рис. 126. Вертикальные -пропилы в брусьях
для уменьшения опасности появления го-
ризонтальных трещин
в нижних и верхних можно делать пропилы на одной поверхно-
сти, обращенной в собранной балке к среднему брусу. В брусь-
ях со смещенным относительно центра расположением сердце-
вины пропил следует делать со стороны, ближайшей к сердце-
вине.
Пластинки изготовляются из здорового сухого дуба. Для то-
го чтобы получить нужную и одинаковую толщину всех пласти-
нок, их изготовляют на рейсмусе по пробному гнезду, выдолб-
ленному цепнодолбежником в куске дерева.
Балки собирают на специальном станке (рис. 127). На коз-
ла 1 по обе стороны вращающегося средника 2 укладывают бру-
сья двух одновременно собираемых в станке балок. ГТри помощи
хомутов 3, брусья выгибаются, упираясь по середине длины в
коротыши 4. Если при выгибе балок брусья в отдельных местах
недостаточно плотно прилегают друг к другу, щели устраняют
при помощи струбцин 5, Затем размечают и выдалбливают цеп-
нодолбежником 6 гнезда для пластинок. Пластинки забивают
деревянным молотком. Если гнезда глухие, то прсле постановки
пластинок с одной стороны балки переворачивают вместе со сред-
ником и ставят пластинки с другой стороны. После постановки
— 231 —
всех пластинок хомуты 3 отпускают и готовые балки вынимают
из станка. При сборке балок основное внимание должно быть об-
ращено на плотную посадку пластинчатых нагелей на всю глу-
бину гнезда и на правильное направление волокон дуба (перпен-
дикулярно шву сплачивания).
Рис. 127. Станок для сборки балок Деревягина
§ 71. ДВУТАВРОВЫЕ ГВОЗДЕВЫЕ БАЛКИ С ПЕРЕКРЕСТНОЙ
ДОЩАТОЙ СТЕНКОЙ
1. Конструкция балок
Гвоздевые балки с перекрестной стенкой (рис. 128) применя-
ются IB покрытиях под пологую кровлю при пролетах не более
12 м. В период Великой Отечественной войны такие балки с брус-
чатыми поясами успешно применялись в мостах пролетом до
40 л. Балки с перекрестной стенкой являются конструкцией не-
индустриального изготовления. Их длительная и надежная рабо-
та может быть обеспечена только в том случае? если нижние рас-
тянутые пояса изготовлены из высококачественной (первой ка-
тегории) древесины, а также если древесина балок антисепти-
рована, так как многослойная конструкция балок весьма опасна
в отношении загнивания. По этим же причинам крыша всегда
должна быть отделена от верхнего пояса для возможности его
— 232 —
Рис. 128. Двутавровая гвоздевая балка с перекрестной стенкой
а — с дощатыми поясами; б — с брусчатыми поясами
16—2665 — 233 —
проветривания. Балки могут быть рекомендованы главным обра-
зом для покрытий подсобных зданий и временных сооружений.
Балки выполняются с параллельными поясами (преимущест-
венно в мостах), а также двускатными и односкатными.
Для обеспечения достаточной жесткости полная высота ба-
лок с параллельными поясами (двускатных в ’А пролета и од-
носкатных в середине пролета) должна быть не менее */» пролета.
Высота на опоре балок с наклонным верхним поясом принимает-
ся не менее 0,4 высоты в середине пролета во избежание появле-
ния чрезмерных сдвигающих усилий и, следовательно, затрудне-
ний в размещении большого числа гвоздей в опорных панелях
балки.
Балки состоят из дощатых или брусчатых ,поясов, перекрест- -
ной дощатой стенки и ребер жесткости. Пояса и ребра жестко-
сти скрепляются со стенкой гвоздями.
В балках с дощатыми поясами (рис. 128, а) верхние и нижние
пояса выполняются из досок толщиной 4—6 см. Перекрестная
стенка состоит из двух слоев досок толщиной 1,9—3 см, наклонен-
ных к поясам под углом 45—30°. Общая толщина стенки должна
быть, как правило, равна или близка толщине одной доски пояса.
Ребра жесткости ставятся через Ve—1/io пролета; обычно они сов-
мещаются с местами расположения прогонов кровли или других
сосредоточенных грузов для лучшего их распределения между
элементами балки. Пояса сбиваются со стенкой расчетным коли-
чеством гвоздей. Длина гвоздей должна быть такой, чтобы защем-
ление конца гвоздя во второй доске пояса за вычетом величины
трех щелей по 2 мм и длины острия гвоздя l,5dre была не менее
4rfrB.
Ребра жесткости прибиваются теми же гвоздями, что и пояса.
В опорных ребрах с целью надлежащего закрепления в них кон-
цов досок стенки расстановка гвоздей принимается такой же, как
в прилегающих панелях поясов. В промежуточные .ребра гвозди
ставятся конструктивно, обычно в два ряда.
Оба слоя досок стенки в пределах между поясами скрепля-
ются между собой более короткими и тонкими гвоздями, концы
которых загибаются. Гвозди располагаются так, чтобы свобод-
ная длина доски стенки, во избежание ее выпучивания, не пре-
вышала 30 толщин доски.
Стыки поясов устраиваются обычно по середине пролета.
Стык нижнего (растянутого) пояса перекрывается дощатыми
накладками и прокладкой на стальных цилиндрических нагелях.
Для возможности постановки прокладки стенку балки в этом
месте вырезают и скрепляют с поясами при помощи Двух надсты-
ковых брусков.
Если толщина доски пояса больше толщины стыковой про-
кладки, т. е. больше общей толщины досок стенки, то в проклад-
ке возникнет перенапряжение. Во избежание этого длина накла-
док делается больше длины прокладки. Усилие в поясе распре-
— 234 —
деляется между накладками и прокладкой исходя из суммарной
мощности нагельных соединений поясных досок с накладками с
одной стороны и с прокладкой с другой стороны. Благодаря это-
му растягивающее усилие в прокладке соответственно умень-
шается.
Стык верхнего пояса выполняется взаимным упором (с при-
торцовкой) стыкуемых досок и перекрывается накладками на
стяжных болтах.
Балки с брусчатыми поясами (рис. 128, б) применяются при
тяжелых нагрузках главным образом в мостах. В этих балках
каждый из слое? стенки прибивается порознь к своим полупоясам
(брусьям) гвоздями, .забиваемыми со стороны данного слоя
стенки. При изготовлении балки как бы расслаиваются по стен-
ке на аве полубалки, которые при сборке соединяют друг с дру-
гом болтами и гвоздевым забоем, скрепляющим оба слоя стенки.
В этих балках толщина пояса уже не ограничивается длиной по-
ясных гвоздей, благодаря чему можно применять мощное брус-
чатое сечение поясов. Обычно длина поясных гвоздей в этом слу-
чае принимается равной тройной толщине стенки.
Иное решение получают и стыки балки, накладки которых
располагаются сверху и снизу поясных брусьев и в растянутом
стыке скрепляются с поясами глухими нагелями.
2. Расчет балок
По статической схеме балка с перекрестной стенкой являет-
ся многораскосной фермой с растянутыми нисходящими от опо-
ры и сжатыми восходящими раскосами, составляющими стенку.
Поэтому стенка не воспринимает нормальных усилий, которые
целиком воспринимаются поясами. Стенка работает на сдвигаю-
щие усилия, возникающие между поясами и стенкой при изгибе
балки.
Расчет балки заключается в подборе сечений поясов, расчете
стыка нижнего пояса, определении числа гвоздей, прикрепляю-
щих пояса к стенке, и проверке сечения стенки по наибольшему
сжимающему усилию в ее досках.
Максимальное растягивающие усилие в нижнем поясе опре-
деляется по упрощенной формуле.
Чакс = (48)
«о
где М — изгибающий момент в месте возникновения NuaKC;
h0— расстояние в том же месте между центрами поясов;
h0 = h—h„,
'«* — 235 —
где Л— полная высота балки;
, Л . .
лп < —— высота одной доски пояса, которой надо задаться
с указанным ограничением, чтобы можно было
пользоваться при расчете упрощенной формулой
(48).
Для двускатных и односкатных балок (рис. 129, бив) сече-
ние с N макс находится на расстоянии хи от опоры с меньшей вы-
сотой. При равномерно распределенной нагрузке
= 1+tga“F—4 (4У}
tg ° \ Г «о /
Здесь Ло' — высота балки между центрами поясов на опоре с
меньшей высотой;
tga — тангенс угла наклона верхнего пояса к нижнему;
I — пролет балки.
— ....S... L L—А—
Эпюры усилий N 6 поясах
Зоны гвоздевого за5оя
Рис. 129. Эпюры нормальных и сдвигающих усилий и зоны гвоздевого забоя
в балках с перекрестной стенкой
а — балка с параллельными поясами; б — двускатная балка; в — односкатная балка
Необходимое сечение нижнего пояса
р — Nмакс •
6Р Ярасч-0,8’
здесь коэффициентом 0,8 предварительно учитывается ослабле-
ние сечения нагелями в стыке; Rрасч — расчетное сопротивле-
ние растяжению для элементов, имеющих ослабления в расчет-
ном сечении. Толщина одной поясной доски а = - округ-
ляется до ближайшей большей по сортаменту пиломатериалов.
— 236 —
Верхний пояс принимается такого же сечения, .что и нижний, и
проверяется на продольный изгиб из плоскости балки с расчет-
ной длиной, ранной расстоянию между прогонами кровли и без
учета взаимной связи между обеими поясными досками.
В стыке нижнего пояса необходимое число нагелей из круг-
лой стали определяется по формуле
WCT
Лнаг = ——,
И«г у <г ’
наг
где NCT — усилие в месте стыка;
ЕТва,.— расчетная несущая способность четырехсрезного
(при наличии прокладки) нагеля, определяемая
по формулам § 54.
Нагели размещаются в два ряда по высоте пояса. После ус-
тановления диаметра нагелей производится проверка сечения
нижнего пояса с учетом действительной величины ослабления:
_ ^ст < р
° — р /vpac4‘
* нт
Гвозди, соединяющие пояса со стенкой в балках с парал-
лельными поясами, .рассчитываются «на сдвигающее усилие, рав-
ное на единицу длины пояса:
F —
Г = 5^. = Q---—------= (50)
J 9Р (ЬЛ2 Ъ
2/п \ 2 /
Для балок с наклонным верхним поясом учитывается умень-
шение (или увеличение) доли поперечной силы, воспринимаемой
стенкой, за счет того, что часть поперечной силы воспринимается
вертикальной составляющей усилия в верхнем поясе. Расчетная
формула имеет вид:
р = Q । ®
ho ho
где ^Q=Ntga-,
а — угол наклона верхнего пояса.
Так как /V = — , то Л Q = -^ tga и
Ло Ло
‘ 7v = V±ntg“- (51)
Л© Лп*
Знак минус перед вторым членом формулы принимается для
двускатных балок, а для односкатных на участке от опоры с
меньшей высотой до сечения, где Q = 0. Знак плюс — для ос-
тальной части длины односкатных балок.
- 237 —
Необходимое число двухсрезных гвоздёй «на единицу длины
пояса определяется nb наибольшему из следующих значений:
0»8(7гв, а + Тгв, дх)
(52)
(53)
(54)
гв 0.8(2Тгв,е)
Г
пгв ----------------,
0,8(7гв, и + Тгв, в1)
где Т'гв.д — расчетная несущая способность одного среза гвоз-
дя по смятию в поясной доске толщиной а;
Tn,ai —то же- по смятию в защемленной части ai гвоздя
во второй поясной доске;
Тгв,с—то же, по смятию в толще с перекрестной стенки;
7гв, и—то же, по изгибу гвоздя.
Соответствующие величины Гг, определяются по приложе-
нию 7; 0,8 — коэффициент, учитывающий отсутствие монолитно-
сти стенки, а также возможность попадания части гвоздей в ще-
ли между досками стенки.
По длине пролета устанавливаются зоны гвоздевого забоя
(рис. 129); в пределах каждой зоны расстановка гвоздей не ме-
няется. В первой зоне расчет гвоздей ведется по поперечной силе'
определенной в середине первой (от опоры) панели нижнего по-
яса; во второй зоне — в середине второй панели, в третьей зо-
не — в середине третьей панели.
Гвозди, скрепляющие надстыковые бруски со стенкой и поя-
сами, рассчитываются на сдвигающее усилие в месте начала сты-
ковой прокладки при временной нагрузке на половине.пролета.
Проверка устойчивости из плоскости балки сжатых досок
стенки производится >в середине опорной панели. Усилие в од-
ной доске стенки (рис. 130, а)
Проверка устойчивости доски стенки производится по фор-
муле
в=-£-<Яс, (55)
где F — площадь поперечного сечения одной доски;
<р — коэффициент продольного изгиба,4 определяемый по
свободной длине доски, равной расстоянию между
гвоздями стенки. Это расстояние не должно превышать
30 толщин доски.
В балках с брусчатыми поясами гвоздевое сопряжение каж-
дого из слоев стенки со своим поясом рассчитывается по усилию
— 238 —
0,5 Т'. Гвозди являются односрезными и рассчитываются по смя-
тию в крайнем элементе или по изгибу. Толщиной крайнего эле-
мента здесь является толщина одного слоя стенки. Полустенки
при сборке скрепляются друг с другом вдоль внутренних кромок
поясов гвоздевым забоем, который воспринимает вертикальные
усилия и рассчитывается на единицу длины забоя на усилие
(рис. 130, б)
y' = 0,5rtg₽.
- 239 —
3. Изготовление балок
Лучшие по качеству доски из лесоматериалов первой катего-
рии отбираются на нижний пояс. На верхний пояс и на стенку
идут доски второй категории, причем для малонапряженной
средней части стенки (по длине балки) и на ребра жесткости мо-
гут быть поставлены доски третьей категории, при условии, что
имеющиеся сучки не будут мешать гвоздевому забою.
Сборка балок производится на бойке с обязательным устрой-
ством строительного подъема, принимаемого равным V200 про-
лета. Для балок с дощатым поясом строительный подъем может
быть устроен путем наклонного расположения поясных элемен-
тов. В балках с брусчатыми поясами нижние пояса предвари-
тельно собираются на всю длину с устройством стыков, и строи-
тельный подъем придается им путем выгиба, что благодаря боль-
шой длине пояса не представляет затруднений. Выгиб поясов и
их закрепление производятся на бойке с помощью упорных вайм
и клиньев.
§ 72. КЛЕЕНЫЕ БАЛКИ
Клееные балки склеиваются из досок плашмя или из досок и
фанеры (рис. 131—133). Клееные элементы, склеиваемые в виде
пакета досок, применяются также в качестве верхних поясов
ферм и арок. Толщина досок, применяемых для склейки, долж-
на быть не более 50 мм, а влажность не более 15%. При большой
толщине и высокой влажности увеличиваются деформации усуш-
ки древесины поперек волокон и коробление досок, что может
привести к разрыву клеевого шва.
Клееные балки имеют ряд преимуществ перед другими со-
ставными балками. Склейка дает возможность получить попе-
речное сечение большой высоты и выгодной формы (например,
двутавровое), обеспечивая тем самым большую несущую способ-
ность. Стыкование досок по длине в клееной балке возможно без
всякого ослабления сечения с помощью «зубчатого шипа» (ос-
новное решение) или стыка «на ус» (рис. 131), что позволяет из-
готовлять клееные элементы нужной длины независимо от имею-
щейся длины пиломатериалов. Клеевой шов является достаточ-
но жестким на сдвиг и поэтому клееный элемент работает под
нагрузкой так же, как элемент цельного сечения. При склейке
возможно рациональное размещение досок различного качества
по высоте сечения: доски лучшего качества ставятся в наиболее
напряженные нижние и верхние слои, а худшего —в менее на-
пряженные средние. Таким образом, для изготовления клееных
балок могут применяться как маломерные пиломатериалы, так
частично и пиломатериалы пониженного качества.
— 240 —
При решении вопроса применения клееных конструкций сле-
дует учитывать, что прочность клееного элемента всецело зави-
сит от качества склейки и тщательного соблюдения всех правил
технологического процесса производства (см. СН 11-57). Кустар-
ное изготовление клееных элементов недопустимо. Оно возмож-
но только в заводских условиях, в специальных утепленных цехах
с использованием необходимого оборудования: сушилки для суш-
ки пиломатериалов, станков для острожки и обрезки, а также
для изготовления стыков по длине, клеемешалок, вальцов для
намазки клея, прессов для запрессовки и т. п. Работы должны
выполняться специально обученным персоналом. Все это требу-
ет дополнительных затрат, однако опыт показывает, что если
указанные условия не соблюдаются, не может быть обеспечено
требуемое качество клееных элементов и, следовательно, изго-
товление их ее может быть допущено.
1. Конструкция балок
Двутавровые балки со стенкой из досок на ребро пролетом
3—7 м (рис. 131, а, б) применяются преимущественно в между-
этажных и чердачных перекрытиях и склеиваются на водостой-
ких фенолформальдегидных клеях. С целью использования ко-
роткомерного пиломатериала разрешается устройство стыков в
двойной клееной стенке — в любом месте, в верхнем поясе—в
крайних третях длины без совмещения со стыками стенки. Ниж-
ний пояс рекомендуется делать без стыков.
Рис. 131. Клееные балки для перекрытий со стенкой из досок на ребро
В балках рельсовидного профиля с более узкой верхней пол-
кой (рис. 131, а) возможна простая укладка плитного утеплите-
ля после их постановки.
Балки, склеиваемые из досок плашмя (рис. 132, а, б), приме-
няются в виде прогонов перекрытий при тяжелых нагрузках для
пролетов 4—8 м и в качестве несущей конструкции покрытий про-
летом 6—12 м (рис. 133). Для того чтобы обеспечить требуемую
— 241 —
Рис. 132. Клееные балки для перекрытий, склеиваемые из досок плашмя
Рис. 133. Клееные балки для покрытий
в —вариант двутаврового сечения балки; б — то же. прямоугольного сечения; в — де-
таль стыка «на ус»; в — стык «зубчатым шипом»; д — схема размещения стыков
242 — .
устойчивость балки из ее плоскости, толщина стенки и отноше-
ние высоты балки к ее ширине должны быть ограничены (рис.
131, 132). Стыки всех досок, как правило, должны устраиваться
(в заготовке) «зубчатым шипом».
Взаимное расположение годовых слоев в досках балки долж-
но быть «согласованным» во избежание появления разрывающих
напряжений поперек волокон в клеевых швах при дальнейшей
усушке досок в процессе эксплуатации (см. рис. 115).
Балки с фанерной стенкой применяются в покрытиях при про-
летах до 15 ж. Балка состоит из дощатых поясов и фанерной
стенки, выполняемой из строительной фанеры толщиной не менее
10 мм (рис. 134). Для стенки, как правило, должна применяться
водостойкая фанера, изготовляемая на фенолформальдегидных
клеях,.
Применение обыкновенной фанеры для клееных конструкций
не допускается.
Для увеличения устойчивости тонкой фанерной стенки и пре-
дотвращения ее выпучивания из плоскости ставятся дощатые
ребра жесткости на расстоянии друг от друга, равном примерно
Чв пролета, в том числе в местах приложения сосредоточенных
грузов. В опорной панели, где стенка наиболее напряжена, обыч-
но устраивается подкос жесткости.
Пояс балки выполняется из двух вертикальных слоев досок
с каждой стороны фанерной стенки. Первый слой, приклеивае-
мый к фанере, состоит из двух узких досок с горизонтальной
щелью между ними; второй слой — из одной широкой доски,
приклеиваемой к обеим узким. Подобная конструкция поясов
принимается потому, что деформации усушки и разбухания, не-
избежные в процессе эксплуатации конструкции, в досках попе-
рек волокон больше, чем в фанере, и при приклейке к фанере
широкой доски может получиться разрыв клеевого шва.
Нормы устанавливают наибольшую ширину доски, приклеи-
ваемой к фанере, в 100 мм. Стыки досок по длине следует де-
лать. как правило, на «зубчатом шипе». Стыки фанерных листов
устраивают в месте ребер жесткости и перекрывают фанерными
накладками на клею,
2. Расчет балок
Расчет клееных балок производится как балок цельного се-
чения, но с введением к моменту сопротивления ряда коэффици-
ентов kv, учитывающих форму поперечного сечения, а также аб-
солютные размеры сечения. Опыты и теоретические расчеты по-
казывают, что оба эти фактора влияют на несущую способность
балок.
Значения коэффициента й^для прямоугольных балок раз-
личной высоты приведены в табл. 17.
— $43 —
Рис. 134. Клееная б^лк? с фанерной стенкой
Таблица 17
Коэффициенты kw для прямоугольных клееных балок разной высоты h
Ширина балки Ъ в см Коэффициент kyy при высоте балки h см
14-50 60 70 80 90 100 и более
Ь< 14 1.00 0,95 0.90 0,85 0,80 0,75
Ь> 14 1.15 1,05 0,95 0,90 0,85 0.80
Для клееных балок двутаврового, рельсовидного и таврового
сечений с шириной b и высотой h расчетный момент сопротивле-
ния определяется с учетом коэффициентов табл. 17 и дополни-
тельно умножается на коэффициенты k'w табл. 18 в зависимости
от отношения толщины стенки Ь\ к полной ширине балки Ь.
Таблица 18
Коэффициенты k'w при различном отношении bjb
bjb ч. ‘/а
0.90 0,80 0.75
Для промежуточных значений высот сечения h и отношения
bi/b величину коэффициентов kw и k’w определяют по интерпо-
ляции.
Разрушение двутавровых балок от изгиба возможно только
при достаточной их гибкости. В жестких балках разрушение про-
исходит от скалывания стенки. Нормы рекомендуют поэтому при-
нимать отношение величины пролета I к высоте балки h не менее
указанного в табл. 19 для разных отношений толщины стен-
ки Ьх к ширине балки 6.
Таблица 19
I
Рекомендуемые наименьшие отношения — в клееных двутавровых балках
*/. ‘/а
Z/Л 12 15 18
Если же по тем или иным соображениям, необходимо приме-
нить более жесткие балки с отношением — менее указанного
Л.
— 245 —
в табл. 19, то коэффициенты kv, приведенные в табл. 17, умень-
шаются путем умножения на отношение (—): (—) .
\ ht / \ h /
Для <балок с наклонным верхним поясом следует учитывать,
что сечение с максимальными нормальными напряжениями не
совпадает с местом максимального момента: при равномерно
распределенной или близкой к ней нагрузке оно находится на
расстоянии хм от опоры с меньшей высотой.
Для балок прямоугольного сечения
(56)
где I — пролет балки;
Лоп — высота балки на опоре;
Лср — высота балки,в середине пролета.
Для балок двутаврового сечения хи можно определять по той
же формуле (49), что и для гвоздевых балок с перекрестной
стенкой.
При проверке в дощатых балках клеевого шва на скалыва-
. QS
ние по формуле t f — расчетное сопротивление скалыванию
Jb
с целью учета возможных непроклеек умножается на коэффици-
ент 0,5.
Прогиб двутавровых балок, имеющих сравнительно тонкую
стенку и, следовательно, значительную величину скалывающих
напряжений, определяется с учетом влияния этих напряжений по
формуле
/=л(1 + ’т)- (57)
где Уд — прогиб балки без учета влияния скалывающих
напряжений;
л
—---отношение высоты балки к ее пролету;
а — коэффициент, принимаемый по табл. 20.
Таблица 20
Поправочные коэффициенты а для учета влияния скалывающих напряжений
на прогиб балки
Вады балок Отношение btJb
7. 7а 7< 7.
Двутавровые .... 38 50 64 __
Рельсовидные .... 35 46 59 ——
С фанерной стенкой — 38 48 90
— 246 —
Прогиб двускатных балок определяется с учетом переменно-
сти сечения по длине балки по формуле
/=-?-. (58)
К
где /со — прогиб, вычисленный для балки постоянного сечения,
равного ее сечению в середине пролета;
k — коэффициент, учитывающий переменность сечения:
для балок прямоугольного сечения k=0,15+0,85 —п,
Лер
для балок двутаврового сечения Л=0,4+0,6 —.
Лер
Для балок прямоугольного сечения Лоп и Лср —полная вы-
сота балки на опоре и в середине пролета, для двутавровых ба-
лок — соответственно расстояние между осями поясов. Форму-
ла (58) действительна в пределах отношения Л0П:Лср =0,25—0,75.
Если в двутавровых или рельсовидных балках нагрузка при-
ложена к нижним полкам, необходимо проверить полки на отрыв
от стенки по эмпирической формуле
Р<4а^1, (59)
где Р — расчетная величина сосредоточенного груза;
а—протяженность площадки приложения груза вдоль
балки;
bi — полная толщина стенки при приложении груза симмет-
рично по обе стороны и половина толщины стенки при
одностороннем приложении.
Расчет балки с фанерной стенкой заключается в расчете по-
ясов на нормальные напряжения, в проверке на срез и на устойчи-
вость фанерной стенки и в проверке прочности на скалывание кле-
евого шва между фанерой и поясами и между шпонами самой
фанеры, поскольку прочность этого шва может оказаться слабее
прочности мест приклейки досок пояса.
При определении расчетной величины момента инерции и мо-
мента сопротивления сечения балки учитывается работа фанер-
ной стенки, имеющей стыки, перекрытые накладками на клею.
Приведенный к древесине поясов момент инерции сечения балки
^=4+4^. (60>
где /ф, Jt, Е$ и Ел — соответственно моменты инерции и мо«
дули упругости фанеры и древесины.
Момент сопротивления сечения балки
/ 2
W7 - - пр (61)
Л .
где h — высота балки.
- 247 —
Для балок с наклонным 'Верхним поясом положение расчет*
«ого сечения может определяться по той же формуле, что и для
балок с перекрестной стенкой [формула (49)].
Фанерная стенка проверяется на срез в месте максимальных
сдвигающих напряжений. При определении расчетного статиче-
ского момента относительно нейтральной оси статический момент
фанерной стенки умножается на отношение модулей упругости
. Проверка стенки на устойчивость производится по фор-
муле
< = 7^<Яск. (62)
г ск Тф
т - Q
где 7СК =------расчетное усилие скалывания на единицу дли-
ло
яга стенки, действующее по соответствующей
площади FtK стенки;
<Рф — коэффициент устойчивости фанеры, определяе-
мый в зависимости от отношения расстояния
в свету между ребрами жесткости а к толщине
фанеры бфПО формуле
При а <65дф принимается <рф= 1.
При наличии диагональных подкосов величина а принимает-
ся равной 2/з от фактического расстояния между ребрами жест-
кости.
Необходимые величины 'расчетных сопротивлений и модуля
упругости фанеры приведены в табл. 9 (§ 29).
При проверке клееных фанерных конструкций на скалыва-
ние по клеевому шву между шпонами фанеры расчетные сопро-
тивления принимаются по табл. 21. При этом расчетную ширину
шва принимают равной суммарной ширине приклеенных к фа-
нере деревянных элементов — досок или брусков.
Таблица 21
Расчетные сопротивления скалыванию-клеевых швов между шпонами фанеры
Угол между направлением волокон наружных слоев фанеры и усилием, дей- ствующем в приклеенном к фанере деревянном элементе, в град. Расчетное сопротивление скалыванию фанеры в кг 1см*
водостойкой и повы- шенной водостойкости средневодостойкой
90 10 5
0 7 3
- 248 —
3. Изготовление балок
Изготовление балок, как уже указывалось, должно произво-
диться в заводских условиях, в специальных цехах клееных кон-
струкций.
Последовательность основных операций при изготовлении
балок:
1) отбор досок:
2) сушка досок;
3) «выдерживание досок в помещении цеха клееных конст-
рукцйй до приобретения ими температуры цеха;
4) острожка досок по плоскостям склейки;
5) опиловка концов досок «на ус» для сращивания по длине
или стыкование с помощью «зубчатого шипа»;
6) нанесение клея;
7) сборка и запрессовка;
8) выдерживание после запрессовки для завершения схва-
тывания клея;
9) отделка готовой продукции — дополнительная острожка,
окраска и пр.
При отборе досок для клееных конструкций учитывается, что
доски в балках располагаются преимущественно плашмя, благо-
даря чему ослабление сучками на кромках менее опасно, чем в
досках на ребро. Кроме того, может быть учтено различное влия-
ние сучков при их расположении по длине балки: в крайних тре-
тях пролета допускаются более крупные сучки, чем в средних.
Для двутавровых балок со стенкой из досок на ребро опыты по-
казали возможность применения для поясов досок со значитель-
ным обзолом и т. д. По этим причинам категории элементов кле-
еных конструкций несколько другие, чем для неклееных. Нор-
мы допускаемых пороков и обзола для элементов клееных кон-
струкций приведены в НиТУ, а также в инструкции СН 11-57Ц1].
Наиболее специфической операцией при изготовлении кле-
еных элементов является запрессовка. Многослойные балки,
склеиваемые из досок плашмя, должны, как правило, запрессо-
вываться в специальных прессах при давлении 3—5 кг)см2 (см.
рис. 113). Исключением являются двутавровые балки со стенкой
из досок на ребро (рис. 131,а,б),которые запрессовываются с по-
мощью прижима полок к стенке гвоздевым забоем. Запрессовка
в прессах по одной балке невыгодна, а одновременная запрессов-
ка пакета балок, расположенных одна над другой, недопустима,
так как из-за большой жесткости стенки (доски на ребро) не
обеспечивается равномерный прижим полок к стенкам по всей
длине во всех балках. Применение гвоздевого способа прессова-
ния для многослойных элементов может быть допущено в поряд-
ке исключения в отдельных случаях. Расстановка запрессовоч-
ных монтажных гвоздей показана на рис. 135. Процессы намаз-
- 249 —
ки клея и укладки досок в пресс должны занимать не более
25—30 мин. во избежание схватывания клея до начала запрес-
совки.
По 2-2
По Н
'Г"
Рис. 135. Расстановка запрессовочных гвоздей (Ь и д — ширина и толщина
досок)
а — балки-пакеты, склеиваемые из досок плашмя; • гвозди, забиваемые при запрессовке
склеиваемого шва; Ц- гвозди, забитые при запрессовке предыдущего шва; б — двутав-
ровые балки со стенкой из досок на ребро; • гвозди, забитые в верхнюю полку; 4- гвоз-
ди, забитые в нижнюю полку
§ 73. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО МОНТАЖУ БАЛОЧНЫХ СПЛОШНЫХ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Составные балки из брусьев и клееные балки для междуэтаж-
ных перекрытий благодаря большой поперечной жесткости и не-
значительному весу могут монтироваться любыми простейшими
грузоподъемными приспособлениями: передвижным копром, кра-
ном-укосиной, автомобильным краном; клееные балки малых
пролетов -г- даже вручную. Подъемный трос захватывает балку
в середине ее длины либо в двух точках в третях или четвертях
пролета.
- 250 —
Гвоздевые балки с перекрестной стенкой и клееные балки по-
крытий имеют больший пролет и вес, чем составные. Однако да-
же при предельных пролетах 12—^15 м вес этих балок колеблет-
ся в пределах 1—2 т и для их подъема могут быть использованы
те же простые механизмы. Захват гибких балок тросом лучше
производить траверсой (рис. 136, б). Захват балок непосредст-
венно тросом в точках, близких к опорам, может вызвать выпу-
Рис. 136. Подъем балок с перекрестной стенкой
чивание балок при подъеме (рис. 136, а) вследствие увеличенно-
го сжимающего усилия в балке, вызванного натяжением троса.
При наличии траверсы сжимающее усилие от натяжения троса
отсутствует. Во избежание обмятия кромок поясов во всех слу-
чаях рекомендуется подкладывать под захватные петли дощатые
уголковые подкладки (рис. 136, в).
Глава IV
РАСПОРНЫЕ СПЛОШНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
§ 74. ТРЕХШАРНИРНЫЕ АРКИ ИЗ БАЛОК ДЕРЕВЯГИНА
1. Конструкция арок
Две наклонно поставленные балки Деревягина, скрепленные
в коньке и соединенные понизу стальной затяжкой, образуют
трехшарнирную арку (рис. 137) пролетом 8—12 м при отношении
f 1 1 ri .
— =— : —. При дальнейшем увеличении пролета требуется
Z 2 8
— 251 —
Nd
Oi
Nd
Рис. 137. Трехшарнирная арка Деревягина:
а —общий вид; б —монтажный элемент верхнего пояса (в средней части балки на длине 0,2 /,= 130 см пластинки не ставить);
в —вариант опорного узла; а —опорная шайба; О — стыковая накладка; е —валик; де —затяжка
применение балок, длина которых превышает нормальный сор-
тамент брусьев.
Арка из балок Деревягина является типичным примером
сборной конструкции индустриального изготовления. Она состо-
ит из малого числа крупных блоков (балки, затяжки), легко
транспортируемых и собираемых на постройке.
Затяжка выполняется из профильной или круглой стали. Сое-
динение затяжки из круглой стали с опорным башмаком или
шайбой производится, чтобы не ослаблять ее сечение, или с по-
мощью приваренного коротыша из круглой стали большего, чем
затяжка, диаметра (рис. 137), или с помощью петли. Последнее
предпочтительнее, так как не ослабляет балок в опорном узле,
хотя и требует большего расхода стали. Конструкция затяжки из
профильной стали представлена на рис. 14L.
В коньковом узле стык балок перекрывается деревянными
накладками, обеспечивающими монтажную жесткость узла.
Взаимный упор балок в коньковом узле, а также упор их в
башмаки опорных узлов производится частью сечения с таким
расчетом, чтобы нормальная сжимающая сила проходила ниже
оси балки. Возникающий при этом изгибающий момент от вне-
центреиного приложения нормальной силы обратен по знаку мо-
менту от поперечной нагрузки, благодаря чему расчетный момент
в балках уменьшается. Схему упора балок приведены на
рис. 138.
253 —
Проверка сечения
производится как для
а =
2. Расчет арок
балок, образующих верхние пояса арок,
сжато-изогнутого стержня:
N . MRZ <R
Fht с‘
Здесь Л1=Л40—N-е—расчетный изгибающий момент; Л40=
изгибающий момент от поперечной нагрузки (при
лл /П31
равномерно распределенной нагрузке M^=q — —=
\ 2 ] 8
ql* ч кт
= —); — обратный момент от нормальной
32
силы в месте максимального момента Мо;
е==^~2~2— эксцентрицитет (рис. 138);
И cos а + Q sin а — продольная сила;
Н — распор (при равномерно распределенной нагрузке
H=-qP );
8/ h
Qo — поперечная сила в простой балке пролетом /;
kw—коэффициент, учитывающий податливость пластин-
чатых нагелей, принимаемый по данным § 68.
-.------ допу-
3100 FRZ J
для цельного элемента
h — ее высота в плоскости
на половине длины балки
При определении коэффициента £ = 1—
скается вычислять гибкость Л как
(\ =—-—V где Г — длина балки;
\ 0,289А/
изгиба).
Число пластинчатых нагелей ппл
определяется по формуле
_ 1,5M0S6p kN
R'nii j т t т
J6pz пл 5 1 пл
Второй член этой формулы определяет число дополнитель-
ных пластинок, воспринимающих дополнительную нагрузку, ес-
ли не все брусья оперты торцами. При передаче силы N на кон-
цах одному крайнему брусу принимается £=0,4; то же, крайнему
и среднему брусьям £=0,2; то же, всем брусьям £=0.
Стальные элементы рассчитываются по нормам для стальных
конструкций. Прямоугольные шайбы в опорных узлах могут рас-
считываться приближенно по изгибающему моменту М = ——
1V7 (а — d) Ь3
и моменту сопротивления w = —
б
(64)
где Н — усилие в затяжке;
а — сторона квадрата шайбы;
d — диаметр отверстия;
8 — толщина шайбы.
— 254 —
§ 75. КРУЖАЛЬНЫЕ АРКИ
В кружальных арках используется старинный способ конст-
руирования кривого бруса из несколькмх (не менее двух) слоев
косяков, соединенных нагелями и имеющих смещенные послойно
стыки (так называемые арки Делорма). Арки состоят из стан-
дартных элементов — косяков, выпиливаемых из досок на ребро
(рис. 139); торцы косяков опиливаются по направлению радиуса
дуги арки; стыки располагаются вразбежку, против середины
Рис. 139. Кружальные арки
а — различные фермы косяков; б и в — к расчету связей в арке
косяков смежного, слоя. Кружальные арки в настоящее время
редко применяются в качестве несущих конструкций покрытий,
так как несущая способность их, если они не связаны в простран-
ственную систему,— невелика: она лимитируется небольшой воз-
можной высотой доски на ребро (йк<20 см) и значительной гиб-
костью арок,. Арки применяются главным образом в качестве
кружал при возведении бетонных и каменных конструкций.
Арки, применяемые в покрытиях, рассчитываются как двух-
или трехшарнирные (при стрельчатом очертании) отдельно стоя-
— 255 —
щие плоскостные системы *. Проверка сечения арок производит-
ся по формулам расчета сжато-изогнутых стержней (§ 34), при-
чем момент инерции Jm и момент сопротивления IFHT определя-
ются по сечению неперерезанных в стыке косяков, а площадь —
по всему сечению F6p арки. Гибкость подсчитывается по приве-
денной длине арки (§ 77) и радиусу инерции, вычисляемому по
Jm И ^*бр •
Особенностью расчета кружальной арки является расчет свя-
зей (гвоздей, болтов), соединяющих ее слои. Арки представляют
собой стержень, составной по длине, а не по поперечному сече-
нию. Связи работают на передачу изгибающего момента от од-
ного слоя косяков другому. Под действием расчетного изгибаю-
щего момента — (рис. 139, б, в) концы косяков одного слоя
стремятся в стыке сдвинуться поперек другого слоя, чему препят-
ствуют .связи, соединяющие эти косяки. По условию равновесия
^=ТсаиГс = А (65)
где Гс — усилие в связях;
а — расстояние между центрами групп связей.
Необходимое число связей:
где Т'с— расчетная несущая .способность одной связи.
Работа косяка в арке соответствует работе балки, нагружен-
ной силами Тс (рис. 139, б), стремящимися разорвать косяк по-
перек волокон. Чем больше а, т. е. чем больше 1К , тем силы Тс
меньше. Рекомендуется назначать /К>13ЛК. При таком Соотно-
шении. как показывают опыты, косяки разрушаются, как прави-
ло, от изгиба, а не от разрыва поперек волокон.
§ 76. ГВОЗДЕВЫЕ АРКИ С ПЕРЕКРЕСТНОЙ СТЕНКОЙ
1. Конструкция арок
Способ конструирования поперечного сечения большой несу-
щей способности, примененный в гвоздевых балках с перекрест-
ной дощатой стенкой (§ 71), может быть распространен и на
арочные конструкции,. При этом криволинейные пояса арки (ар-
ка может иметь один или оба пояса криволинейными, очерчен-
1 Система арок с двухслойными настилами является пространственной.
Учет пространственной работы такой конструкции (недостаточно разработан-
ный) мог бы уменьшить сечение арок.
— 256 —
ними обычно по кругу, рис. 119, схемы 15—17) выполняются для
возможности гнутья из ряда брусков, а прямолинейные—из до-
сок. Перекрестная стенка соединяется с поясами так же, как в
балках, гвоздями (рис. 140). Распор арки воспринимается
стальной затяжкой или передается на фундаменты.
Преимущественно применяются трехшарнирные арки; в от-
дельных случаях возможно применение и двухшарнирных арок.
Обычный пролет арок 20—40 м, а отношение стрелы подъема
к пролету для арок покрытий принимается не менее-g-.
Для обеспечения достаточной жесткости отношение высоты
сечения арки к пролету рекомендуется назначать не менее .
30
При пролете арок более 30 м одна из опор делается подвижной.
- Особенностью работы арочных конструкций является возмож-
ность появления сжимающих усилий и в нижнем поясе арки. По-
этому, помимо обычного раскрепления верхнего пояса из плоско-
сти с помощью прогонов кровли, нижний пояс раскрепляется
вертикальными связями, связывающими арки попарно и распо-
лагаемыми в местах ребер жесткости (рис. 140).
С этой же целью увеличения жесткости нижнего пояса из
плоскости он усиляется нашивкой горизонтальной доски, прохо-
дящей по всей длине пояса. В опорных и коньковом узлах оси
поясов центрируются. Сами шарниры выполняются с помощью
металлических деталей. В каждом шарнире должны быть обес-
печены передача сжимающих и растягивающих усилий от поясов
и воспринятие поперечных сил.
Сжимающее усилие верхнего пояса передается непосредст-
венным упором, а нижнего — с помощью накладок (и прокла-
док), охватывающих в узлах верхний пояс и соединенных с ниж-
ним расчетным количеством нагелей. Растягивающее усилие
нижнего пояса передается в узлах стальными тяжами на верхний
пояс через упорные площадки шарниров (рис. 140, б, г) или же
при небольшой величине усилия — деревянными накладками и
прокладками на нагелях (рис,. 140, д). Поперечная сила в конь-'
ковом шарнире воспринимается конструкцией стального шарни-
ра (рис. 140, г) или накладками из полосовой стали '(рис. 140, д),
2. Расчет арок
В зависимости от конструкции и очертания арки определение
изгибающих моментов и нормальных сил удобно вести относи-
тельно той или иной оси.
Так, для наиболее распространенной трехшарнирной арки, со-
стоящей из двух сегментов (рис. 140), целесообразно определять
моменты и нормальные силы относительно оси нижнего пояса.
Моменты и нормальные силы определяются с учетом возмож-
ности расположения временной снеговой нагрузки на всем пре-
17—2665
— 257 —
г) КонькоВые узлы
12*12*1,2
По т-п
по5
Ш2*1Л
'1,2; 1-25
д)
flom'-n
Оозаи d*5
1*150 мм
Накладна 5*18
(нагели дбдсрезные)
Гвозди d-5
(•150мм
Накладки и прокладка нижнего
пояса (нагели четырехсрезные}
стенки
п’
прокладка
Ш
Рис, 140. Трехшарнирная гвоздевая арка с перекрестной дощатой стенкой
— 258 —
лете I арки, на //2, l/t, и на SA I. Усилие в верхнем поясе в точке
D' (рис. 140, е) определяется из уравнения
Md_. 1
hD cos 0 ’
(66)
где 6—угол наклона касательной в точке D' к нижнему
поясу;
—расстояние DD' между центрами поясов по перпен-
дикуляру к нижнему поясу.
Усилие в нижнем поясе
^н.п
MD
hD
(67)
где N — нормальная сила в точке D.
Усилия в поясах у опорного и конькового шарниров опреде-
ляются разложением реакций в этих шарнирах по направлению
нижнего пояса и касательной к верхнему.
Верхний пояс проверяется по максимальной сжимающей си-
ле с учетом продольного изгиба из плоскости арки. Коэффициент
продольного изгиба ср определяется так же, как для верхнего по-
яса гвоздевой балки с перекрестной стенкой. Нижний пояс в
пределах его сжатой зоны также проверяется на устойчивость
из плоскости, но <Р здесь вычисляется с учетом составности пояса
и по расчетной длине, равной 1,25 расстояния между вертикаль-
ными связями. Коэффициент 1,25 приблизительно учитывает ул*
ругость раскрепления пояса из плоскости вертикальными свя*
зями.
При определении расчетной гибкости (из плоскости) нижнего
пояса, усиленного горизонтальной доской, расчетный момент
инерции пояса можно определять по формуле
где — момент инерции горизонтальной доски;
Л— момент инерции сечения основных досок пояса;
Р — коэффициент приведения гибкости, определяемый по
формулам § 68.
Сечение нижнего пояса в пределах его растянутой зоны про-
веряется на растяжение с учетом имеющихся ослаблений. В шар-
нирах сжатые пояса проверяются на смятие). Гвоздевой забой в
поясах рассчитывается на сдвигающие усилия, сумма которых на
участке А—Б арки равна приращению нормальных сил от мо-
мента:
^T = {Nm)a-(Nm)e. (69)
А
17*
— 259 —
Выбор длины гвоздя и определение расчетного усилия на срез
гвоздя производятся так же, как для гвоздей балки с перекрест-
ной стенкой.
Вертикальные связи проверяются на прочность в их плоско-
сти и на устойчивость из их плоскости при действии на них гори-
зонтальной силы, равной 0,02#, где N — усилие сжатия в ниж-
нем поясе арки. Величина 0,02 учитывает составляющую от
сил N в нижних поясах арки, действующую в направлении . из
плоскости арки при возможном выходе раскрепляемого узла из
плоскости фермы на — от расстояния между точками закреп-
ления связями.
Для арок с параллельными поясами (рис. 119, схема 16) кри-
волинейного или прямолинейного очертания величины М и N
обычно определяют относительно оси сечения, принимая за нее
геометрическую ось арки. В этом случае усилия в поясах арки
определятся по формуле'
^п=±-^-А. (70)
Ло 2
В остальном расчет такой арки не отличается от изложенно-
го выше.
§ 77. КЛЕЁНЫЕ АРКИ
1. Конструкция арок
Клееные дощатые арки склеиваются из досок плашмя. Несу-
щая способность таких арок может быть весьма значительна, так.
как высота сечения не ограничивается.
Прототипом клееной арки является так называемая арка
Эми, в которой доски не склеивались, а соединялись для вос-
принятая сдвигающих усилий с помощью болтов, хомутов и
гвоздей. В XIX в., когда инж. Эми разрабатывал такие арки,
предполагалось, что благодаря возможности набрать из досок
плашмя сечение большой высоты, арками можно будет перекры-
вать большие пролеты в отличие от кружальных арок Делорма,
где высота арки лимитируется высотой одной доски на ребро.
Надежды эти не оправдались: практика применения и испыта-
ния показала, что арки Эми обладают большой деформативно-
стью. Теперь известны причины этой деформативности: вследст-
вие применения податливых связей и большого числа швов сдви-
га (тем большему, чем больше высота арки) приведенная гиб-
кость арок получается большой (§ 68), а прочность — понижен-
ной. Клееные арки вследствие жесткости на сдвиг клеевого шва
не обладают этими недостатками.
— 260 —
Основным типом клееной арки является трехшарнирная арка
с криволинейным верхним поясом (рис. 141).
Пролет таких арок в покрытиях составляет 12—24 м при от-
ношении При стрельчатом очертании (рис. 119 схе-
6
ма 19), применяемом, например, для складов сыпучих тел, про-
лет может быть значительно, больше. Во всех случаях очертание
верхнего пояса 'Принимается, как правило, по кругу. Склейка и
транспортирование трехшарнирных арок значительно удобнее,
чем двухшарнирных. Трехшарнирные арки с прямолинейными
поясами (/= 12-5-18 м, рис. 119 схема 20) менее экономичны,
так как при прочих равных условиях имеют большие величины
изгибающих моментов и большее сечение. В этих арках в опор-
ном и коньковом узлах рекомендуется упор поясов делать с экс-
центрицитетом с целью уменьшения изгибающего момента ана-
логично тому, как это делается в арках из балок на пластинча-
тых нагелях'(см. рис. 137).
Поперечное сечение арок склеивается из досок плашмя ,и
обычно принимается прямоугольным при отношении высоты h к
ширине b не более 4. Толщина досок принимается не более —
радиуса кривизны (для удобства гнутья и исключения больших
начальных напряжений) и не более 40 мм. Стыки досок устраи-
ваются, как правило, с помощью «зубчатого шипа»-в нижней и
верхней зонах сечения, поскольку в криволинейной арке растя-
жение может быть и в верхней зоне. Такие стыки делаются на
высоту не менее ОДЛ и не менее, чем в двух крайних досках с
каждой стороны сечения. Остальные стыки могут устраиваться
«впритык». Коньковый стык в трехшарнирных арках перекры-
вается жесткими деревянными накладками на болтах. Затяжка
выполняется из профильной или круглой стали.
При больших пролетах в покрытиях вместо арок выгоднее
применять сегментные фермы с клееным верхним поясом (§ 93).
В фермах благодаря наличию решетки сечение наиболее дорого-
го элемента — клееного верхнего пояса — значительно меньше,
чем в арках,.
2. Расчет арок
Клееные арки, как и другие клееные конструкции, рассчиты-
ваются как цельные (монолитные)..
Проверка сечения арки производится в месте максимального
изгибающего момента по формулам расчета сжато-изОгнутых
цельных стержней (§ 34). Расчетная длина арки при определе-
нии ее гибкости принимается при симметричной нагрузке для
двухшарнирных арок /о = 0,65, для трехшарнирных /о = 0,75.
При несимметричной нагрузке для обоих типов арок принимает--
ся /о=О,55. Здесь 5— длина дуги арки. Коэффициенты Лгк мо-
— 261 —
?>
ьэ
Под-в
менту сопротивления сечения арки принимаются такими же, как
в клееных балках (табл. 17, 18). Клееный шов проверяется на
скалывание так же, как в балках.
При отсутствии изгибающих моментов арка рассчитывается
на продольный изгиб по величине сжимающей силы, действую-
щей в четверти пролета. Устойчивость арки из плоскости прове-
ряется на расстоянии между прогонами кровли без учета изгиба-
ющего момента, действующего в плоскости арки.
§ 78. РАМЫ
1. Конструкция рам
Особенностью рамных конструкций является наличие жест-
кого узла в месте сопряжения ригеля со стойкой. Угловые момен-
ты уменьшают изгибающий момент в ригеле, благодаря чему
рамной конструкцией, как правило, можно перекрыть больший
пролет, чем простой балкой. Кроме того, рама может восприни-
мать горизонтальные ветровые усилия в своей плоскости и тем
самым обеспечивать поперечную устойчивость здания без защем-
ления стоек в основании и без устройства воспринимающих вет-
ровые усилия торцовых и поперечных стен.
Эти преимущества рамных конструкций широко используют-
ся в железобетонных и стальных рамах, где легко обеспечивает-
ся 'монолитность и жесткость узлов.
В деревянных рамах жесткость узла создается при помощи
стальных накладок и нагелей, обладающих известной податливо-
стью, что необходимо учитывать в расчете. Деревянные рамы
применяются главным образом в сборных зданиях подсобного
назначения, выставочных павильонах и т. п.
Рамы выполняются преимущественно трехшарнирными в ви-
де гвоздевых конструкций с перекрестной дощатой стенкой
(рис. 142, а), клееных с фанерной стенкой и клееных из пакета
досок (риС(. 142, б). Отдельное изготовление и транспортирова-
ние ригеля и стойки рамы (рис. 142, б) является большим удоб-
ством и преимуществом рам подобного типа.
Растягивающее усилие от углового момента во внешнем поя-
се в узле рамы с перекрестной стенкой воспринимается наклад-
кой из полосовой стали, соединяемой с поясами при помощи шу-
рупов (рис. 142, а).
В клееной раме по рис. 142, б растягивающее усилие в узло-
вом швеллере передается на ригель и стойку путем упора уголков
в хвостовые бобышки, приклеенные к 'ригелю и стойке и рабо-
тающие на скалывание. Благодаря имеющему здесь место «ска-
лыванию с прижимом» (§ 43) необходимые прочность и надеж-
ность сопряжения должны считаться достаточно обеспеченными.
— 263\
Рис. 142. Трехшарнирные рамы
а — дощатая с перекрестной стенкой на гвоздях; б — клееная из досок
2. Расчет рам
Расчет гвоздевых рам с перекрестной стенкой производится
аналогично расчету арочных конструкций. Расчет удобно вести
относительно заданного внешнего контура рамы (по оси внеш-
него пояса) и затем определять усилия в поясах, проверять се-
чения и рассчитывать гвозди по правилам, указанным в § 76. Же-
сткий угол рамы на рис. 142, а рассматривают, пренебрегая на-
личием перекрестной стенки в предположении, что стойка и ри-
гель сопрягаются <в узле при помощи стержневой шарнирной си-
стемы, состоящей из прилегающих поясов и сжатой средней
диагонали, соединяющей узлы верхнего и нижнего поясов.
При расчете узла сборной клееной рамы по рис. 142, б для
определения усилия от момента в узловом швеллере и в подкосе
узловой момент делят на плечо, равное расстоянию (по норма-
ли) между осями швеллера и подкоса.
§ 79. ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА СПЛОШНЫХ
РАСПОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
1. Трехшарнирные арки Деревягина
Балки Деревягина, предназначенные для арок, по способу -из-
готовления, строительному подъему и требованиям к качеству
материала не отличаются от обычных балок Деревягина.
Длина балок назначается с припуском на обрезку по шабло-
ну в опорном и коньковом узлах. Примыкание балок <в узлах
должно быть плотным. Если балки, обрезанные по шаблону, при-
мыкают недостаточно плотно и между ними остается зазор, то
производится дополнительная пригонка сомкнутых балок в конь-
ковом узле путем пропиливания по плоскости их соприкоснове-
ния (так называемая приторцовка).
Диаметры отверстий для болтов, стягивающих брусья балки,
делают обычно на 2—3 мм больше диаметров самих болтов.. Это
обеспечивает более легкую постановку болтов на место и допус-
кается ввиду того, что болты должны работать только как стяж-
ные. Болты закладываются с выпуклой (верхней) стороны балки.
Опорные узлы следует антисептировать антисептической пастой:
металлические детали — окрашивать.
Монтаж арок обычно производится путе^м подъема непосред-
ственно с земли при помощи передвижного копра, стрелы авто-
мобильного крана и других подъемных приспособлений.
В том случае, если арка имеет гибкую затяжку, которая не
может воспринимать сжимающих усилий, для подъема арки при-
меняется подъемно-распорное бревно (рис. 143), длина которого
равна примерно— пролета арки. Подъемный трос привязывают
18 Зак. 2665
— 265 —
за середину бревна. Для удержания арки в момент ее постановки
на опоры следует дополнительно привязывать к тросу и конько-
вый узел арки. После установки арки на опоры немедленно про-
изводят ее анкеровку и раскрепление из плоскости арки при по-
мощи прогонов кровли или временных монтажных связей.
Рис. 143. Монтаж арки Деревягина
2. Кружальные арки
Косяки для кружальных арок следует изготовлять, как пра-
вило, механизированным способом, обеспечивающим точность,
стандартность и большую производительность.
Следует избегать применения сердцевинных досок, учитывая
опасность раскалывания косяков. В остальном качество досок
должно отвечать второй категории пиломатериала.
Сборка кружальных арок производится на бойке, на кото-
ром расчерчивается наружный контур арки. При сборке особое
внимание обращается на плотную приторцовку косяков.
Монтаж арок, имеющих, как правило, небольшой вес, про-
изводится теми же простейшими приспособлениями, что и монтаж
балок. Захват арок осуществляется при помощи распорного бру-
са так же, как арок Деревягина. Непосредственное прикрепле-
ние подъемного троса к гибкой арке без распорки не рекомен-
дуется во избежание ее искривления.
3. Арки и рамы с перекрестной дощатой стенкой
Требования к качеству пиломатериала для этих конструкций
те же, что и для соответствующих гвоздевых балок. В случае, ес-
ли растягивающие напряжения в поясах незначительны, для по-
ясов может быть применен материал второй категории (§ 18)j.
— 266 —
Арки и рамы изготовляются на бойке, на котором расчерчи-
ваются оси и контуры поясов и ребер жесткости. При гнутых по-
ясах сборку выполняют в ваймах. Опорные и коньковые шарниры
опиливают по шаблону. Стыки сжатых элементов должны быть
тщательно приторцованы, поскольку сжимающие усилия иереда-
ются обычно взаимным торцовым упором стыкуемых элементов.
Разбивку гвоздей производят по шаблонам соответственно каж-
дому участку гвоздевого забоя.
Монтаж арок и. рам производят так же, как и монтаж соот-
ветствующих сквозных конструкций.
4. Клееные арки
Для склейки арок следует применять прессы, например вин-
товые с гайковертом, аналогичные изображенному на рис. 113.
Как уже указывалось, запрессовка клееного элемента из паке-
та досок при помощи гвоздей может быть допущена в виде ис-
ключения лишь в отдельных случаях.
При большой длине полуарок склейка в вертикальном поло-
жении становится неудобной, так как требует слишком высо-
ких кружал. В этих случаях можно применять склейку в прес-
сах при горизонтальном положении арки. Так как клеевые швы
при этом получаются вертикальными, то, во избежание вытека-
ния клея, вязкость его должна быть несколько увеличена.
После снятия с кружал арка несколько распрямляется. Для
того чтобы уменьшить влияние распрямления на окончательную
форму арки, радиус рабочей поверхности пресса делается
немного меньше радиуса арки /?а:
R = (71)
где п — число досок в поперечном сечении арки.
18»
Раздел шестой
Плоские сквозные деревянные
конструкции
Глава I
ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ СКВОЗНЫХ БАЛОЧНЫХ
И РАСПОРНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
в покрытиях
$ 80. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ СКВОЗНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В строительстве применяют, как правило, внешне статически
определимые системы сквозных д. к. В статически неопредели-
мых системах трудно избежать перегрузки отдельных элементов
вследствие не учитываемого расчетом влияния рыхлых, усушен-
ных и прочих неупругих деформаций узловых соединений д. к
Во внешне статически определимых сквозных д. к. такие де-
формации могут существенно увеличить местные перенапряже-
ния древесины в случае применения неразрезных поясов, что осо-
бенно опасно в растянутых поясах, ослабленных узловыми сое-
динениями. В деревянных фермах с неразрезными поясами эти
перенапряжения уменьшаются благодаря применению высушен-
ной древесины, устройству строительного подъема и плотному
соединению элементов при минимальном ослаблении поясов.
В покрытиях сквозные д. к. применяют в виде балочных ферм
для пролетов от 10 до 30 м, трехшарнирных арочных ферм для
пролетов от 15 до 60 м и решетчатых рам для пролетав от 10 д®
24 м (табл. 22).
В качестве узловых и стыковых сопряжений для сжатых эле-
ментов ферм применяют врубки с лобовым упором; для растяну-
тых, сжатых и сжато-растянутых элементов нагели из круглой
стали, гвозди, глухари и шайбы нагельного типа. Разработанные
— 268 —
в последнее время ногтевые и клеестальные шайбы, обеспечива-
ющие сборное и простое в монтаже решение узлов ферм, еще
не внедрены в практику строительства главным образом из-за от-
сутствия производственной базы по изготовлению этих видов со-
пряжений.
Гладкие и зубчатокольцевые шпонки в настоящее время не
применяют в связи со сложностью заготовки и сборки многослой-
ных элементов ферм на этих соединениях, недостаточной надеж-
ностью д. к. на гладкокольцевых шпонках и чрезмерной трудоем-
костью сборки ферм на зубчатокольцевых шпонках.
В последнее время в строительстве находят применение ме-
таллодеревянные фермы, у которых все сжатые и сжато-изогну-
тые элементы—деревянные, а растянутые — частично или цели-
ком стальные. В них эффективно используется хорошая работа
дерева на сжатие и сжатие с изгибом и стали на растяжение, а
также упрощается решение стыковых и узловых сопряжений.
Применение металлодеревянных ферм позволяет также избе-
жать трудностей, возникающих при отборе лесоматериалов вы-
сокого качества для растянутых элементов сквозных д.
Рекомендуется применять сквозные д. к. преимущественно
индустриального изготовления со сборкой их на постройке из
крупных блоков.
Основные схемы сквозных д. к. в покрытиях показаны в
табл. 22.
Для покрытий малых пролетов (4—12 м) применяют простей-
шие виды комбинированных д. к.; шпренгельные балки с под-
пружной тягой из круглой или профильной стали (схемы 1 и 2,
табл. 22) и подвесные системы (схемы 3 и 4, табл.-22) с деревян-
ной затяжкой из бревен и брусьев с узловыми соединениями на
врубках или из досок на гвоздях и болтах.
При больших нагрузках верхние пояса- шпренгельных балок
и простейших ферм выполняются составного сечения из досок на
клею или из брусьев на пластинчатых нагелях (схемы 12, 13 и 14,
табл. 22). При этом пролеты могут быть увеличены для шпрен-
гельных балок до 15 м, а для треугольных ферм со стальными
затяжками — до 18—24 м.
В качестве остова простейших промышленных и складских
зданий применяют многопролетные подкосные конструкции из
круглого леса со стыками балок над стойками (схема 5, табл. 22)
или в пролете (схема 6, табл 22).
Для перекрытий пролетов 10—30 м применяются разные типы
балочных ферм.
Фермы на лобовых врубках из бревен и брусьев со стойками
из круглой стали нередко применяются с подвесным потолком
(схемы 7—9, табл. 22). Эти фермы неиндустриальны в изготов-
лении и несколько тяжелее других типов ферм. Однако в ряде
случаев они находят применение в строительстве благодаря сле-
дующим преимуществам: возможности изготовления из местных
— 269 —
Основные схемы сквозных деревянных конструкций в покрытиях
Таблица 22
№ п/п Схема 1 в м hll ^с. в *м • •/.
1 А. Простейшие комбинированные системы д. к. [
г—4—1 4-9 4,-4* 8-6 20-25
2 j 6-12 Ч*-Ч« 8—6 20-25
3 «0 1 1 4^* 1 — J г —J —т Г—। 4-9 Чг-Ч» 6-4 2—3
4 /\41 / \_1 Т—‘—1 1 4—12 4t-4i 6—4 2-3
Продолжение табл. 22
z—as
Продолжение табл. 22
272
№ п/п Схема 1 в м hll ^С. в Лм в о/о
8 L--. >- J - 10—25 У* 5,5—4 15—20
9 10—20 г/б 6—4,5 15-20
_ » / „ к
В. Металлодере! вянные фермы с в< ерхним поясом из < брусьев
10 «^<.1хИ>^ ? 10—18 1/5—v< 4—2,5 30—35
(, J
^-^35== c=^e=:
Г7\ / \ /\1 S
П \7 XI/ \1/ XI * 12—24 1/- гг 4-2,5 30—35
L < J /7^ /в
Продолжение таОл. 22
№ п/п Схема 1 в м hit ^c. в *M В <70
12 13 Е -—- Металлодерев J. f —г 15 янные фермы с вер и клеены: 10—15 хним поясом из 6aj с балок Ve-Ve Юк Деревягина 4—3,5 В 20—30
14 <<х J 1х / 1 12—18 При клееном верхнем поя- се до 24 м Ve-’/i 4—3,5 25-30
15 —,/± 12—18 Ve-Vi 3,5—3 25—30
1G <J^\Z Х/^^ 1 L / -J 12—18 Vs-’/i 4—3,5 25—35
17 18 к -/ L 1^-т—7^ / 3 -пг 12—24 Vt-1/. 4—3,5 25-35
Продолжение табл. 22
274
№ п/п Схема l в M hll *с. в Лм В 0/,
19 Д. Сегментные ' т фермы с верхним i 15—18 поясом из клееных ‘/т-’/в блоков 3-2,5 30—35
4 J
20 х/ L 1 J 18—24 V7—*/о 3—2,5 30-35
21 22 23 z^^lz L 1 J , -.-T , , г ———н Ж. v>I>V 1- - 4 J 20-30 E. Многоугольны a) 10—24 б) До 40 Сегментные ферм] 15—30 ‘/т-’/в е фермы ’/• н на гвоздях ‘/в 3-2,5 3—4 2,5-3,5 30-35 Нижний пояс деревянный 7—9, стальной 30—40 9-12
Продолжение табл. 22
275
№ п/п , Схема l в M hll Лс. в *м в •/.
24 3. Tpexi и_—L 2^5^ иарнирные арки из 20-60 сегментных ферм ///=‘/e -v< 5—3 7—12 (без за- тяжки , 20—25 (со сталь- ной затяжкой)
25 L 20—40 ~Ч, h/i^-л^ 5,5-3,5 6-10
26 27 И. Tpexim h 4 —4 7 20—60 фнирные арки из i 20—40 fll^/з ~Чг многоугольных ферв ///=*/. -‘/7 л//=1/25-1/15 5,5—3,5 А 5-3 6-10 8-15 (без затяжки) 30—35 (с затяжкой)
28 20—40 ///=*/< -‘/2 5,5—3,5 8-15
Продолжение табл 22
29
Q/Z
30
31
№
п/п
Схема 1 в м Ы *с. в
К. Трехшарнирная арка из ферм с параллельными поясами
1 ►
15—20
Л. Рамы
10—15
. 10—12
///=*/. -*/э
5-9
а//=1/4 -1/5 ///=*/» -1/» 5,5—4 2—3,5
/И=Ч, -1/, Л//=1Д _i/6 В зависимости от выбранной конструкции ригеля рамы
лесоматериалов (бревен), устройству строительного подъема
(производственного выгиба поясов при сборке фермы) путем под-
кручивания гаек тяжей, меньшей стоимости круглого леса по
сравнению с пиломатериалами, возможности использования ес-
тественного сбега бревен в поясах ферм путем их укладки ком-
левыми концами в сторону увеличенных усилий.
Сегментные фермы с круговым верхним поясом из гнутых
брусков на гвоздях (схема 23, табл. 22) характеризуются не-
большим весом, возможностью использования в верхнем поясе
и решетке лесоматериалов сравнительно невысокого качества и
жесткостью при монтаже. Сегментные фермы являются конструк-
циями неиндустриального изготовления. К недостаткам этих
ферм следует отнести многодельность и трудоемкость их изготов-
ления, а также необходимость применять для растянутых поясов
лесоматериалы высокого качества. В связи с указанными особен-
ностями этих ферм в настоящее время их редко применяют для
покрытий. В отдельных случаях сегментные фермы используют
в качестве подмостей и кружал при строительстве мостов, а так-
же арочных и купольных железобетонных покрытий.
Из конструкций индустриального изготовления в строитель-
стве применяют сборные металлодеревянные фермы с прямоли-
нейным верхним поясом из балок на пластинчатых нагелях или
из клееных балок (схемы-12—18, табл. 22) и сегментные фермы
с 'верхним поясом из клееных блоков (схемы 19—21, табл. 22).
Эти фермы характеризуются большими размерами панелей верх-
него пояса (длиной 3—6 м), небольшим числом узлов и просты-
ми узловыми соединениями, в основном на шайбах нагельного
типа.
Простыми в изготовлении и надежными в эксплуатации явля-
ются металлодеревянные фермы с верхними брусчатыми пояса-
ми. К ним относятся многоугольные фермы (схема 22, табл). 22)
с верхним поясом из брусьев и нижним поясом из профильной
стали, а также треугольные и пятиугольные двухскатные (схемы
10 и 11, табл. 22) и трапециевидные односкатные фермы, все рас-
тянутые элементы которых выполняются из профильной стали, а
сжатые и сжато-изогнутые — из брусьев с узловыми сопряжени-
ями в основном на шайбах нагельного типа.
Трехшарнирные арки из двух сегментных или серповидных
ферм (схемы 24, 25 и 26, табл. 22) с узловыми сопряжениями
на гвоздях и болтах относятся к конструкциям неиндустриально-
го изготовления. Обладая указанными выше недостатками сег-
ментных ферм на гвоздях, они вместе с тем доступнее в изго-
товлении, поскольку в арочных фермах не требуется применять
высококачественные лесоматериалы для малонапряженных
нижних поясов полуарок.
Трехшарнирные арки этого типа могут быть использованы
для цилиндрических покрытий с теплой или холодной кровлей,
в качестве подмостей и кружал при строительстве мостов, а
— 277 —
также арочных и купольных железобетонных покрытий (схема 24,
табл. 22), для покрытий складов сыпучих тел с возможным при-
ложением нагрузки в коньке (вес тельфера и т. п.) (схема 25.
табл. 22) и для большепролетных покрытий (40—60 м) выста-
вочных помещений, крытых стадионов и т. п. (схема 26, табл. 22).
К сборным конструкциям индустриального изготовления от-
носятся трехшарнирные арки из многоугольных брусчатых ферм
с узловыми сопряжениями на шайбах нагельного типа (схемы
27 и 28, та'бл. 22). Эти арки могут найти применение в большин-
стве случаев, указанных выше для трехшарнирных арок из двух
сегментных ферм.
Для складов сыпучих материалов эффективно может быть
применена трехшарнирная арка (схема 29, табл(. 22) с узловыми
соединениями на нагелях или когтевых шайбах.
Сквозные рамы — трехшарнирная (схема 30, табл. 22) и двух-
шарнирная (схема 31, табл. 22) из бревен или брусьев с узловы-
ми сопряжениями на врубках и болтах — являются конструкци-
ями неиндустриального изготовления. Они применяются для уст-
ройства навесов, складов, гаражей и т. д., когда необходимо при-
дать устойчивость конструкции здания в поперечном .направ-
лении без защемления стоек в грунте и без устройства контр-
форсов.
§ 81. ВЫБОР СХЕМЫ И ТИПА ДЕРЕВЯННЫХ ФЕРМ
Выбор схемы и типа сквозных д. к. для покрытий промышлен-
ных и гражданских зданий должен быть обоснован технико-эко-
номическим расчетом с учетом архитектурных, производственных
и эксплуатационных требований. Экономичность решения с точ-
ки зрения затрат материалов и трудоемкости изготовления долж-
на включать оценку не только несущих, но и ограждающих кон-
струкций, учитывая, что расход древесины на элементы покры-
тия и подвесного потолка достигает 60—75% от полного расхода,
древесины на покрытие.
Условия изготовления. При наличии у строительной органи-
зации деревообрабатывающих предприятий, оснащенных су-
шильным хозяйством и механизированным оборудованием, сле-
дует применять такие типы конструкций, деревянные элементы
которых могут быть полностью изготовлены на этих предприяти-
ях и доставлены на строительную площадку для монтажа в го-
товом виде или в виде укрупненных блоков. По существу на та-
ком деревообрабатывающем предприятии могут быть изготовле-
ны любые деревянные конструкции (табл. 22), за исключением
клееных деревянных ферм.
Клееные деревянные фермы должны изготовляться в специа-
лизированных цехах деревообрабатывающих или домостроитель-
ных комбинатов, оборудованных механизмами и приспособле-
— 278 —
ниями для склейки и контрольных испытаний клея и готовых кон*
струкций. Все работы должны выполняться специально обучен-
ным персоналом; при изготовлении клееных элементов необхо-
дим тщательный контроль качества клея, влажности древесины
и пр.
При отсутствии в строительном тресте хорошо оснащенных
деревообрабатывающих предприятий следует применять такие
конструкции, изготовление которых требует простых производст-
венных операций, как, например, фермы на лобовых врубках
(рис, 157), комбинированные системы из бревен или брусьев
(рис. 148), подкосные системы (рис. 155) и др. Несмотря на
простоту конструктивного решения этих ферм и систем, изготов-
ление их требует рабочих высокой квалификации, опытного пер-
сонала для технического надзора и высококачественных лесома-
териалов для растянутых нижних поясов ферм.
В тех случаях, когда нет лесоматериалов высокого качества,
применяют металлодеревянные конструкции с металлическим
нижним поясом, как, например, брусчатые пятиугольные (рис.
158), треугольные (рис. 159 и 160) и многоугольные металлоде-
ревянные фермы (рис. 177), трехшарнирные арки со стальной за-
тяжкой (рис. 189 и 192) и др. В лесоизбыточных районах выгод-
но изготовлять конструкции из местных лесоматериалов. Сталь-
ные детали при необходимости могут быть завезены.
.При изготовлении конструкции, как правило, следует приме-
нять воздушно-сухую древесину. Лесоматериалы повышенной
влажности (более 25%) могут применяться только в таких видах
конструкций, в которых усушка древесины не может вызвать не-
желательных деформаций и перенапряжений, как, например,
фермы на лобовых врубках со стойками в виде тяжей из круглой
стали (рис. 157), где обеспечивается возможность'подтяжки сто-
ек после усушки древесины, металлодеревянные фермы с верх-
ним поясом из брусьев (рис. 158—170), многоугольные брусча-
тые фермы '(рис. 177) и др.
Очертание, решетка и способы соединения узлов. Очертание
верхнего пояса у ферм больших пролетов должно быть по воз-
можности ближе к кривой давления. Решетка таких ферм слабо
напряжена, что упрощает решение узловых сопряжений и умень-
шает вес фермц.
К фермам этого типа относятся сегментные (рис. 172, 187),
многоугольные (рис. 177), а также трехшарнирные арки из сег-
ментных и многоугольных ферм (рис. 189 и 192).
Шпренгельные фермы (схема 2, табл. 22) и треугольные фер-
мы по рис. 168 имеют очертания, полностью соответствующие кри-
вым давления от симметричного сосредоточенного загружения в
узлах. В раскосах этих ферм возникают сравнительно неболь-
шие усилия только при односторонней нагрузке, при симметрич-
ном загружении фермы раскосы не работают.
Однако не всегда удается выбрать ферму с очертанием, близ-
— 279 —
ким к кривой давления. Очертание фермы часто определяется
выбором кровельного материала, соответственным уклоном кров-
ли, иногда узловыми соединениями фермы.
Треугольное очертание фермы дает возможность применять
кровельные материалы, требующие крутых уклонов (асбесто-
цементная, черепичная и другие кровли). Фермы пятиугольного
очертания применимы только под кровлю из рулонных материа-
лов. Эти фермы дают возможность удобного устройства верхне-
бокового света в повышенной части среднего иефа в трехпролет-
ных зданиях.
Выбор типа решетки определяется необходимостью целесо-
образного сокращения свободной длины сжатого пояса, во мно-
гих случаях воспринимающего давление от прогонов, несущих
покрытие; вместе с тем число узлов фермы должно быть невели-
ко, что способствует уменьшению общих деформаций конструкции
и облегчает ее сборку и монтаж.
Приведенными соображениями оправдывается применение в
фермах, как правило, треугольной решетки (под углом 30—60°).
При необходимости панели сжатого пояса поддерживаются при
помощи стоек, несущих местную нагрузку (схемы 11, 17 и 18,
табл. 22). Узловые сопряжения этой решетки из-за усилий раз-
ных знаков в раскосах приходится выполнять на нагелях, шайбах
нагельного типа и когтевых шайбах^
Исключение составляют фермы на лобовых врубках, у кото-
рых решетка работает на усилия одного знака: раскосы, примы-
кающие к поясам лобовой врубкой, всегда сжаты, а стойки из
круглой стали — растянуты (рис. 157).
Конструктивная высота ферм, т. е. расстояние между осями
поясов в середине пролета, назначается главным образом из ус-
ловия жесткости ферм. Величины нормальной конструктивной
высоты сквозных д. к., выявленные в практике строительства,
указаны в табл. 22.
Расстановка прогонов. При центрированной в узлах передаче
нагрузки на фермы с прямолинейными панелями верхнего поя-
са исключается дополнительная работа верхнего пояса на попе-
речный изгиб.
В этом случае укладка непосредственно по прогонам досок
настила небольшой толщины (2,5—3 см) возможна только при
расстоянии между узлами, не превышающем 1,5 м. При большем
расстоянии приходится вводить между прогонами и настилом
вспомогательные стропильные ноги, либо располагать прогоны
между узлами.
При нормальном расстоянии между фермами 6 .и и расстоя-
нии между прогонами не более 1,5 м последние получаются не-
большого сечения (при неразрезном решении из двух досок —
не более 6X18 см). Как правило, в этом случае обходятся без
специальных пространственных связей, используя настилы или
щиты покрытия.
— 280 —
В сегментных и крупнопанельных фермах прогоны обычно
располагаются на равных расстояниях по верхнему поясу, при-
чем расстояние между прогонами может быть не увязано с по-
ложением узлов верхнего пояса.
Прогоны подвесного потолка рекомендуется крепить только
в узлах нижнего пояса ферм, не допуская изгиба этой наиболее
ответственной части фермы.
Лишь в фермах малых пролетов, расположенных на неболь-
ших расстояниях (2—3 м) друг от друга и имеющих избыточ-
ные сечения нижних поясов, выполненных из бревен или брусь-
ев, допускается крепление прогонов к нижним поясам ферм меж-
ду узлами.
Расстояние между фермами принимается до 6 м, что соответ-
ствует максимальной длине заготовок прогонов.
Расстановка ферм вдоль здания определяется принятой мо-
дульной системой и должна быть, как правило, кратной 6 м во
избежание потери древесины на обрезках ют 6-метровых загото-
вок для прогонов.
В местах устройства фонарей возможно протекание кровли
и образование конденсата влаги на стеклах, поэтому верхние по-
яса ферм могут подвергнуться увлажнению, что увеличивает ве-
роятность их загнивания. В связи с этим деревянные покрытия
рекомендуется, как правило, выполнять без фонарей верхнего
света. Если устройство фонарей необходимо, то их 'следует делать
продольными с вертикальным остеклением. Такие фонари отли-
чаются простотой конструкции и сравнительно большей водо-
непроницаемостью. При устройстве верхне-бокового света могут
быть рационально применены пятиугольные или трапециевидные
фермы '(схемы 8, 11,17, 18, табЛ|. 22).
§ 82. ОБЩИЕ ПРАВИЛА РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ
СКВОЗНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
1. Влияние очертания фермы на распределение усилий в поясах
и решетке
При равномерно распределенной по пролету нагрузке усилия
в смежных панелях верхнего и нижнего поясов’треугольных и
прямоугольных ферм (схемы. 7 и 9, табл. 22) сильно отличаются
друг от друга и усилия в решетке велики. В этих фермах пояса
постоянных сечений, подобранные в панелях с максимальными
усилиями, оказываются значительно недогруженными в осталь-
ных панелях. В узлах таких ферм необходимы сопряжения,
обеспечивающие передачу больших усилий.
В пятиугольных фермах с двухскатным наклонным верхним
поясом (схема 8, табл. 22), занимающих промежуточное положе-
ние между очертаниями поясов прямоугольных и треугольных
— 281 —
ферм, разница усилии и поясах значительно меньшая и решетка
не так сильно напряжена. Параболическое очертание верхнего
пояса соответствует кривой давления при нагрузке, распределен-
ной равномерно по горизонтальной проекции. В этом случае уси-
лия во всех нижних панелях фермы одинаковы и решетка не на-
пряжена.
Верхнему поясу сегментных ферм (схемы 19, 20, 21 и 23,
табл. 22) на практике придают не параболическое, а круговое
очертание, что облегчает (вследствие постоянства радиуса)
гнутье брусков верхнего пояса и уменьшает начальные напря-
жения при гнутье. В связи с пологим очертанием сегментных
. / Л 1 1 \
ферм I — =— — —I усилия в панелях нижнего пояса мало от-
личаются друг от друга, постоянное сечение поясов равномерно
используется по всему пролету, и усилия в решетке невелики.
Многоугольные фермы с ломаным очертанием верхнего поя-
са (схема 22 табл. 22), описанным около дуги круга, близки по
своим статическим свойствам к фермам сегментного очертания
и также имеют малые усилия в элементах решетки.
Частичное загружение пролета фермы временной нагрузкой
иногда приводит к значительному увеличению усилий в некото-
рых элементах фермы.
Обычно временную нагрузку в балочных фермах принимают
расположенной по всему пролету и на половине пролета; в ароч-
ных фермах, кроме того, принимается во внимание возможность
загружения крайней или средней четверти пролета, а также —
пролета.
Из всех рассмотренных схем ферм только в треугольных фер-
мах (за исключением схемы 15, табл. 22) наибольшие усилия во
всех элементах получаются при загружении временной нагруз-
кой всего пролета. В остальных типах ферм необходим учет ча-
стичного загружения пролета, создающего наибольшие усилия в
некоторых элементах и в узловых соединениях^.
2. Постоянные и временные нагрузки
Постоянные ji временные нагрузки при расчете сквозных д. к,
принимаются в соответствии с действующими нормами.
Для упрощения расчета собственный вес сквозной д. к. в бес-
чердачных покрытиях условно считается полностью приложенным
к верхнему поясу. В конструкциях покрытий, несущих, кроме
кровли, нагрузку, приложенную к нижнему поясу, половину соб-
ственого веса фермы относят к верхнему, а половину — к нижне-
му поясу.
Предварительную величину собственного веса сквозных д. к.
определяют по формуле, полученной на основании анализа про-
ектных данных, или по графику приложения 9. Значения kc,B для
— 282 —
различных типов сквозных д. к. приведены в табл. 22. Меньшие
значения коэффициента &с.в принимаются при больших проле-
тах и нагрузках. Ошибка в весе сквозной д. к., которая может вы-
явиться после окончания проектирования, незначительно отра-
жается на усилиях в 'ее элементах, так как собственный вес
сквозной д. к. составляет небольшую часть от всей нагрузки,
приходящейся на нее.
3. Особенности расчета сквозных деревянных конструкций
При определении расчетных усилий в элементах сквозной кон-
струкции, рассматриваемой как стержневая система, нагрузки
считаются приложенными в уздах фермы, причем узлы предпо-
лагаются шарнирными. В дальнейшем, при. подборе' сечений
поясных элементов, учитывается дополнительное местное влия-
ние нагрузок, приложенных в панелях ферм, внецентренное ре-
шение узлов, криволинейность и неразрезность поясов и т. п.
Проверка прогиба в фермах, имеющих относительную высо-
ту Л//, указанную в табл. 22, не обязательна.
Фермы, имеющие пониженную относительную высоту, рас-
считываются с учетом дополнительных напряжений, возникаю-
щих в неразрезных поясах в результате прогиба ферм, определен-
ного с учетом деформаций в соединениях (§ 83).
Расчет безраспорных (балочных и арочных с затяжкой) кон-
струкций производится в соответствии со схемой опорных крепле-
ний в предположении 'неподвижности одной опоры и подвижности
второй.
В фермах такое опирание обязательно для пролетов более
30 ж. Это требование в первую очередь распространяется на фер-
мы с металлической затяжкой, поскольку в них в большей мере
сказывается (по сравнению с деревянной) влияние температур-
ных колебаний на горизонтальное перемещение опорного узла.
В тех случаях, когда обе опоры фермы устраиваются не-
подвижными, на поддерживающие конструкции (стены, колон-
ны и т. д.) передаются усилия, являющиеся следствием измене-
ния длины нижнего пояса фермы. При 'больших пролетах тре-
буется учитывать воздействия этих усилий на стены и колонны^.
Для центрировки передачи опорного давления на стену и сво-
боды поворота опорного узла должна обеспечиваться шарнир-
ность опирания ферм на стены. Обычно опорные узлы ферм опи-
раются на антисептированные деревянные брусья или подклад-
ки (рис. 157). Считается, что подкладки заменяют собой шарнир-
ные опоры.
При подборе сечений элементов ферм следует иметь в виду,
что решение узловых соединений зачастую оказывает решающее
влияние на форму и размеры поперечных сечений элементов ре-
шетки, а в некоторых случаях и поясов фермы. Поэтому после
определения расчетных усилий и установления в первом лриблй-
— 283 —
жении размеров сжатого или сжато-изогнутого пояса рекомен-
дуется сразу же приступить к конструированию и расчету наибо-
лее напряженных узлов, после чего к расчету остальных узлов и
элементов фермы.
Расчетную длину сжатых и сжато-изогнутых стержней сквоз-
ных конструкций при расчете их на устойчивость в плоскости си-
стемы следует принимать равной расстоянию между центрами
узлов, при расчете на устойчивость из плоскости системы — рас-
стоянию между точками прикрепления прогонов кровли или уве-
личенному на 25% расстоянию между гибкими пространственны-
ми связями. Это увеличение расстояния учитывает возможность
перемещения узлов в связи с гибкостью связей и податливостью
их соединений.
При назначении размеров отдельных элементов ферм следует
принимать во внимание, что гибкость верхних поясов, опорных
раскосов и опорных стоек не должна превышать 120, элементов
решетки — 150 и связей — 200.
В стыках сжатого пояса продольное усилие передают про-
стым лобовым упором торцовых обрезов поясных бревен, брусь-
ев или досок с постановкой для монтажного (главным образом
пространственного) крепления накладок, имеющих длину не ме-
нее трехкратной ширины стыкуемых элементов и соединяемых
2—4 болтами с каждой стороны стыка (рис. 156, а). Сечение
накладок, а также диаметр и число болтов следует проверять
на усилия, возникающие в них при монтаже фермы (см. седьмой
раздел).
Во избежание потери устойчивости сжатого пояса в преде-
лах панели стык располагают около узла (в пределах --------—
4 5
длины панели) или в самом узле.
Стыки растянутого деревянного -пояса обычно перекрываются
при помощи накладок и прокладок, прикрепляемых к элементам
пояса нагелями и.з круглой стали и болтами (узел 7, рис. 157)(.
Болтовая стяжка устраивается для производственного уплот-
нения стыка и для обеспечения его пространственной жестко-
сти и прочности, необходимых при кантовке и подъеме фермы.
При сборке фермы лицевая стыковая накладка должна слу-
жить кондукторным шаблоном для сверления нагельных гнезд в
стыкуемых брусьях и тыльной накладке; отверстия в лицевой
накладке желательно просверливать заранее.,
При конструировании узлов сквозных д. к. элементы ферм
должны центрироваться в узлах. При узловом приложении на-
грузок элементы, сходящиеся в узле, центрируются по ослаб-
ленному сечению поясов в целях обеспечения равномерности рас-
пределения в нем напряжений. На рис. 156, а показан пример
центрировки усилий по сечению, ослабленному врубкой. В сжа-
том раскосе центр сжимаемой площадки расположен на его
осй, которая в свою очередь центрирована по точке пересечения
— 284 —
равнодействующей /? (сил растяжения стойки V и давления про-
гона Р) с усилием, сжимающим ослабленное сечение пояса.
Внецентренное прикрепление элементов решетки применяет-
ся лишь в системах со слабо работающей решеткой, например
в решетке сегментных ферм (рис. 187), в коньковых узлах ферм с
восходящими раскосами, где центрированное решение узла встре-
чает значительные трудности, а также в случаях использования
разгружающего действия узлового момента на работу пояса при
его изгибе внеузловой нагрузкой (рис. 177), При внецентренном
решении узла необходимо учитывать возникающие в узле мо-
менты.
Величина общего изгибающего момента, возникающего от
внецентренного прикрепления элементов решетки в узле, может
быть определена как сумма моментов относительно центра узла
Рис. 144. Учет внецентренного крепления решетки
в узле нижнего пояса
О от усилий Di и Dz во внецентренно прикрепленных раскосах
(рис. 144):
44 экс = 1^2^2 Н- ^8^3 •
Пренебрегая незначительной жесткостью защемления в узле
элементов решетки, следует считать, что момент М полностью
должен восприниматься поясом. При распределении изгибающе-
го момента между панелями пояса условно принимается, что в
смежных узлах (рис. 144, а) и в стыках вблизи этих узлов
(риц. 144, б) имеются шарниры.
— 285 —
Если стык пояса расположен вблизи рассматриваемого узла
О, то обычно принимают, что Л4ЭКС воспринимается полностью
панелью, не имеющей стыка.
Во внецентренно решенных узлах сжатый пояс проверяется
на сжатие с изгибом без введения коэффициента £, так как нор-
мальные силы в узле мало влияют на увеличение изгибающего
момента.
Для указанных случаев расчет ведется по следующим фор»
мулам:
для растянутого пояса:
№р I М„ Rp & .
F ' W Р
J нт И'нт
для сжатого пояса:
NC । Мп У?с хр
F +
J НТ . И< НТ
Здесь Nc, Np и Л1П—наибольшее сжимающее или растяги-
. вающее усилие и изгибающий момент в одной из двух смежных
с узлом панелей; FBT и —площадь и момент сопротивления
Рис. 145. Изгибающие моменты от эксцентрицитета
в коньковом узле
нетто наиболее ослабленного сечения в зоне рассматриваемого
узла.
В стропильных фермах с восходящими раскосами внецент-
ренное прикрепление «последних является нормальным решением
для конькового узла (рис. 145).
При симметричном загружении изгибающие моменты в верх-
нем поясе близки нулю. Более существенные изгибающие мо-
— 286 —
менты возникают при односторонних нагрузках; их можно опре-
делить графическим путем. Рассматривая находящуюся в рав-
новесии левую половину фермы и заменяя силами действие на
нее правой части в месте разреза по оси симметрии фермы, полу-
чаем в коньковом узле (рис. 145) горизонтальную и. вертикаль-
ную составляющие
(2g+ />)/*
16Л
и QK = —,
8
где g — постоянная и р — временная погонные нагрузки на гори-
зонтальную проекцию фермы.
Равнодействующая этих сил RK, сложенная с узловой напруз-
о G -}- Р „ л •»
кои —-— левой половины конькового узла, даст изгиоающии
момент ЛГЭКС = Цузле (рис. 145), на который и рассчитывается
верхний пояс аналогично изложенному выше.
Для воспринятия поперечных сил Q в коньковом узле ставят-
ся накладки и прокладки на болтах.
При воздействии на покрытие односторонней снеговой нагруз-
ки на болты накладки (рис. 146) будут передаваться усилия»
Я, = —— и Я2 = ——,
где Q — поперечная сила в коньке от односторонней снеговой
нагрузки.
Максимальный изгибающий момент, передающийся на на-
кладку, составит
^Haioi = /?2^ = Q^-.
Прогиб ферм всегда вносит неопределенность в работу ие*
разрезных поясов на внеузловую нагрузку. В связи с этим при
расчете сжатых поясов
исходят из двух возмож-
ных невыгодных бхем их
работы:
а) при определении
изгибающих моментов в
узлах — из неразрезной
схемы пояса, считая сты-
ки шарнирными;
б) при определении из-
гибающих моментов в па-
нели в предположении
разрезности поясов в уз-
лах.
В последнем случае
при наличи стыка вблизи
Рис. 146. Определение усилий в болтах
накладок в коньковых узлах ферм
— 287 —
узла накладки и болтовые нагели, служащие для его перекры-
тия, следует рассчитывать на воздействие изгибающего момента
и поперечной силы в месте стыка.
Внеузловая нагрузка приводит к положительному моменту,
изгибающему панель сжатого пояса; но влияние этого момента
можно в значительной мере ослабить, используя разгружающий
момент от внецентренного приложения в узлах сжимающей силы.
Это легко достигается в брусчатых металлодеревянных фер-
мах (рис. 158, 159, 160), в сборных крупнопанельных фермах, у
которых верхний пояс решается из элементов в виде клееных ба-
лок или балок на пластинчатых нагелях (рис. 166—'169, 171), и
в многоугольных фермах (рис. 177—179).
В сегментных фермах, где всегда применяется частая расста-
новка прогонов, нет необходимости в устройстве искусственного
узлового эксцентрицитета. Уменьшение пролетного момента в
этих фермах обеспечивается криволинейностью очертания верх-
него пояса (рис. 172).
При расчете прикрепления элементов решетки к поясам ферм
не допускается учитывать, что связи, имеющие разную степень
податливости; включаются в работу одновременно, а также что
часть усилия передается от одного Элемента другому непосредст-
венно, а другая часть — при помощи каких-либо связей.
Элементы сквозных конструкций в узловых и стыковых сое-
динениях должны быть стянуты болтами. Диаметры стяжных
болтов и соответственные размеры шайб назначаются по сорта-
менту (см. приложение 8).
Постановка стяжных болтов необходима для придания всем
сопряжениям первоначальной плотности при сборке и для уст-
ранения щелей между элементами в период последующей эксплу-
атации, поскольку они ухудшают работу сопряжений.
Помимо основных расчетов на воздействие постоянных и вре-
менных нагрузок при эксплуатации фермы, необходимо произве-
сти также расчет фермы на усилия, возникающие в ее элементах
и связях при монтаже. Эти усилия зависят от принятых способов
крепления фермы при ее кантовке (повороте из горизонтального
положения при оборке в вертикальное) и при подъеме (cMj. седь-
мой раздел).
§ 83. ДЕФОРМАЦИИ СКВОЗНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
И СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПОДЪЕМ
Прогибы сквозных д. к. являются следствием не только упру-
гих деформаций стержней и их соединений, но и начальных рых-
лых деформаций, возникающих из-за неплотностей в соединени-
ях, деформаций от усушки древесины, пластических деформаций
в стержнях, а также в соединениях, особенно больших при рабо-
те древесины поперек волокон. Неупругие деформации вызыва-
— 288 —
ют иеупругие (остаточные) прогибы всей конструкции. При не-
брежном выполнении и неплотной пригонке сопряжений оста-
точные деформации под расчетной нагрузкой могут значительно
превысить величину упругого прогиба. Изменение температуры
и влажности, особенно в открытых конструкциях, влияет на ве-
личину прогиба; с повышением температуры и влажности уп-
ругие и неупругие прогибы увеличиваются.
Как показывают наблюдения, величина прогиба сквозной
конструкции (как и вообще всех д. к.) с течением времени возра-
стает.
Увеличение прогиба происходит преимущественно в первые
2—3 года эксплуатации, когда древесина еще не достигла равно-
весной влажности и когда покрытие в первый раз загружается
нагрузкой, близкой к полной расчетной. В последующие годы в
нормально работающих конструкциях приращение прогибов,
как правило, невелико. Многочисленные испытания ферм крат-
ковременной нагрузкой показали, что прогиб их под нормативной
нагрузкой составлял для металлодеревянных ферм 1/1000—
1/1250, а перед разрушением 1/200—1/300 пролета; для деревян-
ных ферм — соответственно 1/500—1/1000 и 1/125—1/200 про-
лета.
Прогиб ферм, находящихся длительное время под нагрузкой,
близкой к расчетной, может достигнуть еще большей величины,
особенно при податливых узловых соединениях.
При проектировании ферм расчетный прогиб можно опреде-
лить построением диаграммы перемещений с учетом деформаций
узловых и стыковых сопряжений (§ 42), усушки древеси-
ны (§ 11) и влияния изменения температуры на стальные эле-
менты.
Провисание фермы приводит к значительным местным напря-
жениям в деревянных поясах, конструируемых большей частью
по неразрезной схеме. Эти напряжения особенно опасны в рас-
тянутых деревянных поясах, в которых наибольший момент от из-
гиба пояса при общем провисании фермы может совпасть с на-
ибольшим ослаблением его рабочего сечения.
Фермам с деревянным нижним поясом придают при заготов-
ке и сборке для предотвращения провисания строительный подъ-
ем (производственный выгиб) в направлении, противоположном
действию нагрузки (рис. 147). Для определения очертания и ве-
личины строительного подъема вычисляют укорочения и удли-
нения всех ее элементов, ожидаемые в результате всех видов
деформаций стержней и сопряжений при длительном действии
нагрузки. Затем определяют прогибы узлов нижнего пояса отно-
сительно опор путем построения диаграммы перемещений от най-
денных деформаций элементов,.
Строительный подъем целесообразно осуществлять при заго-
товке— путем укорочения растянутых стержней и удлинения
19 заж: sees __ 289 __
сжатых стержней (по спецификации в точных размерах в соот-
ветствии с расчетом).
При сборке первоначально производится прямолинейное сты-
кование поясов и последующий выгиб их на бойке в соответствии
с геометрической формой фермы, выгнутой в направлении, про-
тивоположном действию нагрузок.
Фермам со стальным нижним поясом во избежание неприят-
ного для глаза прогиба под нагрузкой придают строительный
подъем /стр не менее 1/200 пролета путем излома оси нижнего
пояса в одном (рис. 168) или в двух местах (рис. 158). При уст-
Рис. 147. Схема строительного подъема треугольной фермы
/ — сборочная схема по спецификации с учетом строительного подъема; // — расчетная
схема (в эксплуатации); /// — предположительная, определяемая расчетом (путем по-
строения диаграммы перемещений) схема провисания фермы при отсутствии строи-
тельного подъема
ройстве нижнего пояса из профильной стали возможно придание
ферме строительного подъема путем выгиба нижнего пояса
(рис. 177).
Если верхний пояс металлодеревянных ферм сконструирован
из составных балок на пластинчатых нагелях, то каждой из них
заранее придается строительный подъем (§ 92).
Отдельные элементы ферм изготовляют с учетом строительно-
го подъема; при этом расчетная высота фермы должна остаться
неизменной.
При определении расчетных усилий в элементах фермы иска-
жение геометрического очертания строительным подъемом при
малых значениях последнего (~1/200 пролета) не учитывается,
поскольку предполагается, что впоследствии под нагрузкой фер-
ма вернется к своему проектному очертанию.
— 290 —
§ 84. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ СКВОЗНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ ОТ ГНИЕНИЯ И ВОЗГОРАНИЯ1
Опирание элементов покрытия на верхний пояс и крепление
подвесного потолка к нижнему должны быть выполнены так,
чтобы все элементы и узлы фермы оставались открытыми для
проветривания в пределах чердачного помещения и доступными
для проведения работ по подтяжке болтов, хомутов и т. д. В свя-
зи с этим в фермах с подвесным потолком утеплитель последнего
должен располагаться не ближе 10—15 см от нижней кромки
нижнего пояса фермы (рис. 156).
Пояса, решетка, все узлы ферм и прогоны бесчердачных по-
крытий должны открыто располагаться в пределах отапливае-
мого помещения. В этом случае теплое покрытие по фермам сле-
дует устраивать по верху прогонов (рис. 192).
Опорные части бесчердачных сквозных д. к. рекомендуется
устанавливать на выступающие внутрь помещения пилястры
стен, консоли железобетонных колонн и т. д.
Антисептированию должны подвергаться те части конструк-
ций, которым угрожает увлажнение и в которых затруднено вы-
сыхание древесины (опорные части ферм на длину не менее
75 см, опорные подкладки, верхние пояса и узлы ферм, примы-
кающие к фонарям, и т. п.).
В условиях повышенной пожарной опасности следует приме-
нять сквозные д. к., как правило, из массивных элементов (бре-
вен, брусьев, клееных деталей и т. п.), покрытых огнезащитными
красками или обмазками.
Опорные части сквозных д. к. должны прикрепляться к кир-
пичным стенам, колоннам и т. д. с таким расчетом, чтобы в слу-
чае обрушения ферм при пожаре опорные части их могли сво-
бодно поворачиваться и выходить из своих гнезд, не создавая
опасности обрушения стен.
Глава II
ПРОСТЕЙШИЕ КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ .
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
(схемы 1—6, табл. 22)
§ 85. ШПРЕНГЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
Простейшими комбинированными д. к. называются такие
стержневые системы, в которых основная работа бревенчатых
или брусчатых стержней на сжатие и растяжение сочетается с
работой их на изгиб. К числу наиболее простых и эффективных
конструкций подобного рода относятся шпренгельные балки (схе-
1 См. также второй раздел.
19*
— 291 —
Рис. 148. Треугольная шпренгельная балка
Рис. 149. Опорный и средний узлы шпренгельной балки с эксцентрицитетом
приложения нормальной силы к верхнему поясу балки
— 292 —
мы I и 2, табл. 22). Рассмотрим некоторые особенности простей-
ших комбинированных д. к. на примере треугольной шпренгель-
ной балки (рис. 148 и 149). Верхний пояс этой металлодеревян-
ной конструкции, сделанный из цельного бревна или бруса, рабо-
тает как неразрезной двухпролетный прогон на упруго податли-
вых опорах.
При недостаточной длине бревен или брусьев верхний пояс
стыкуется над стойкой; в этом варианте стык, перекрываемый де-
ревянными накладками на болтах, считается шарнирным,.
Устойчивость системы из ее плоскости обеспечивают простран-
ственными связями в плоскости верхнего пояса. Кроме того, не-
обходима постановка вертикаль-
ных поперечных связей, распола-
гаемых в плоскости стоек и обес-
печивающих пространственное
крепление нижнего узла.
Расчет комбинированных д. к.
производится обычными метода-
ми строительной механики. При
этом рекомендуется расчленять
комбинированные системы на две
простые (рис. 150); местную си-
стему М, состоящую из элемен-
тов, непосредственно восприни-
мающих внешнюю нагрузку и
опертых на узлы основной стерж-
невой системы, и стержневую
систему С, состоящую из шарнир-
но сопряженных стержней, вос-
принимающих в своих узлах опор-
ные давления элементов местной
системы и работающих только на
осевое сжатие и растяжение.
На величину изгибающего момента и нормальных сил, возни-
кающих в отдельных элементах системы при неразрезном ре-
шении пояса, существенно влияет просадка среднего узла Б; эта
просадка является следствием упругих деформаций: удлинения
нижнего пояса, укорочения верхнего пояса и стойки и в значи-
тельной мере — неупругих усушенных и рыхлых деформаций со-
единений.
При расчете равномерно загруженной треугольной шпренгель-
ной балки обычно исходят из допустимости просадки узла Г в
пределах от f = 0 до /макс == —«— L . При /=0 расчетный мо-
384 Е J
Расчетная схема
у=(р*д)кг/м
,/у ДТГТТ1Г Ги Г11П1Т1П ШТГП'Птггптп
л
--------L-----:---Н Qiz
Местная системам^
iiHHiiimyiKuiiiiiiiiiimui
б„
Стержнебая система С М*
Ам 0
А
А
Ра
Рис. 150.
угольной
Узел А
WKC Q
д
Узел Г
К расчету тре-
шпренгельной
балки
мент Мъ = — при fMaKC Мь = 0 и максимальный изгибаю-
8
щий момент в четверти пролета Л1макс - 4- — (рис. 150).-
8
— 293 —
Для обеспечения этих допусков в работе шпренгельной балки
в предельном состоянии необходимо в процессе изготовления
придать строительный подъем неразрезному поясу на величину
ожидаемой просадки узла Г в условиях нормальной эксплуата-
ции балки (без перегрузки). Найти эту величину можно построе-
нием диаграммы перемещений при нормативном загружении с
учетом возможных неупругих деформаций в узлах балки. Вели-
чина строительного подъема fCrp обычно составляет 1/300—1/200
полного пролета L.
При расчете растянутого пояса, стойки и всех узловых соеди-
нений принимается более опасная для них схема работы при
fB = 0, в которой предполагается, что неразрезной пояс после
осадки средней опоры на полную величину /стр будет работать
как двухпролетная нераэрезная балка и давление на стойку со-
ставит V = 1,25<у/. В соответствии с изложенным верхний пояс
шпренгельной балки проверяется <в пролета на внецентренное
сжатие по изгибающему моменту М = + — и .нормальной силе
8 5
Nc—^1 Если над средней стойкой имеется ослабление, то не-
2 tg f
обходимо проверить и это сечение на внецентренное сжатие по
моменту М=— и той же нормальной силе. В этом случае
коэффициент £ можно определить по расчетной длине, равной
расстоянию между нулевыми точками моментов, которое для
двухпролетной балки равно 0,5/.
Нижний растянутый пояс проверяется по усилию •
Усилие в стойке равно: У=1,25<7/, по которому производится
ее 'проверка на сжатие с продольным изгибом и на смятие в ме-
стах сопряжения с верхним и нижним узлами.
При устройстве стыка пояса над стойкой система превращает-
ся ® статически определимую. Расчетный момент и нормальная
сила в верхнем поясе остаются те же. Расчетные усилия в стой-
ке и нижнем поясе при этом уменьшаются на 25%(.
При больших пролетах и нагрузках в верхнем поясе шпрен-
гельной разрезной балки возникают большие изгибающие момен-
ты, которые могут быть уменьшены за счет устройства эксцент-
рицитетов е и е\ приложения нормальной силы /V в опорном и
среднем узлах (рис. 149). В этом случае расчетный изгибающий
момент нужно считать равным:
M=7^-/ve-±^_L.
\ 8 2/5
Натяжение затяжки для создания строительного подъема или
для его восстановления во время эксплуатации может быть вы-
полнено завинчиванием гаек в опорных узлах или же в серьге
— 294 —
нижнего узла балки (рис. 148). Последний способ дает возмож-
ность приложения меньшего усилия для получения необходимого
натяжения, но при этом усложняется конструкция балки.
Экономия металла и повышение транспортабельности дета-
лей нередко оправдывают применение разрезной схемы, несмот-
ря на осложнение, связанное с устройством стыка.
Трапециевидные шпренгельные балки (схема 2, табл. 22) ма-
ло отличаются от треугольных шпренгельных балок. Ими можно
перекрывать при той же нагрузке несколько большие пролеты,
чем треугольными балками. При устройстве шарнирных стыков
в обоих узлах трапециевидной шпренгельной балки система пре-
вращается в статически изменяемую. Неизменяемость системы
может быть обеспечена устройством .неразрезного верхнего поя-
са или постановкой в средней панели одного или двух раскосов.
В этом случае шпренгельная балка превращается в ферму. В бал-
ках этого типа также обязательно крепление из плоскости систе-
мы узлов верхнего >и нижнего поясов.
§ 86. ПРОСТЕЙШИЕ ПОДВЕСНЫЕ СТРОПИЛЬНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ
КОНСТРУКЦИИ
К простейшим подвесным комбинированным д. к. относятся
малопролетные бревенчатые и брусчатые фермы, несущие вне-
узловую нагрузку, распределенную по верхнему поясу (реже —
по нижнему). В частности, к ним относятся неразрезные дере-
вянные балки, подвешенные в одной или двух точках к тре-
угольной или трапециевидной системе сжатых бревенчатых или
брусчатых элементов (см., например, рис. 151). Подвески этих
систем делаются металлическими в виде тяжей или деревянны-
ми (тоже натяжными). Узловые сопряжения деревянных эле-
ментов обычно выполняются на лобовых врубкаХ|.
Широкое распространение в малопролетных покрытиях по-
лучила треугольная система (рис. 151, а), верхний пояс которой
обычно несет распределенную нагрузку от обрешетки. Усилия
в элементах этой системы определяются как для трехшарнир-
ной арки или методом расчленения на стержневую и местную
системы (рис. 151, б).
Треугольная система с распоркой или с повышенной затяж-
кой применяется в качестве стропильной конструкции в покры-
тиях небольших зданий с крутым уклоном кровли.
При наличии нижней затяжки или достаточно жестких опор,
воспринимающих распор, рассматриваемая система представ-
ляет собой треугольную комбинированную систему со сжатой
распоркой. Эта система однажды статически неопределима
(рис. 152, а). Если опоры не могут воспринять распор, система
превращается в статически определимую, треугольную балоч-
— 295 —
Рис. 151. Простейшие треугольные системы
— конструктивные детали; б — расчет треугольной системы путем расчленения комби-
нированной системы К на местную М и стержневую С
296 —
ную систему с повышенной затяжкой, работающей на растяже-
ние (рис. 152, б).
Если в треугольной системе с распоркой при равномерно рас-
пределенной по всему пролету нагрузкой рассматривать стро-
пильную ногу как двухпролетную неразрезную балку на жест-
ких1 опорах, можно определить сжимающее усилие в распор-
ке по формуле
Y Л2 + з//2+/22
32 * fjrf
Рис. 152. Конструктивные детали треугольной си-
стемы с распоркой или повышенной затяжкой.
Узлы В и К лучше решить примыканием в упор
с перекрытием парными накладками на гвоздях
или болтах
При загружении половины пролета усилие в распорке равно
Х/2.
Распор Н на уровне опор определяется из условия Мв =0:
М°в + ^
ГТ — ,
f
где — момент по середине пролета в простой балке проле-
том I на двух опорах А и D.
Таким образом, с введением распорки распор Н в опорных
узлах стропильной фермы увеличивается по сравнению с рас-
пором в треугольной системе, имеющей затяжку на уровне опор,
В статически определимых треугольных системах с повышен-
ной затяжкой, работающих по схеме рис. 152, б, опорные реак-
1 Просадку стропильной ноги в узлах Б и Г можно предотвратить уст-
ройством строительного подъема.
20—2665 — 297 —
ции находят как в обычных свободно лежащих балках. Усилие
в затяжке равно:
А^з =
ч
/. ’
Mg ив М°1/г — момент по середине балки пролетом I.
При загружении всего пролета равномерно распределенной
нагрузкой q
При
дР
8//
загружении половины пролета
16/,'
Зная в первом случае величины X и Н и во втором N3, изги-
бающие моменты и нормальные силы системы находят обычным
путем.
При конструировании этих систем следует стремиться к ми-
нимальному ослаблению стропильных ног в местах сопряжения
поясов с распоркой и тем более с затяжкой, применяя, как пра-
вило, вместо врубок болты (рис. 152).
§ 87. ПОДКОСНЫЕ СИСТЕМЫ
Несущую способность балок при больших нагрузках можно
значительно увеличить введением снизу подкосов и ригелей.
Вместе с тем при шарнирном опирании стоек на фундаменты
подкосы обеспечивают поперечную устойчивость сооружения,
связывая стойки и ригель в единую рамную конструкцию.
Основными преимуществами подкосных систем являются:
простота конструкции, возможность изготовления их из местного
круглого леса без привлечения высококвалифицированных ис-
полнителей, эффективное использование работы бревен на сжа-
тие с изгибом и сравнительно небольшой расход стали — на ско-
бы и болты.
Подкосные системы применяются в несущих конструкциях
временных и вспомогательных сооружений (в навесах, пакгау-
зах, складах, амбарах, лесах, подмостях и т. п.), в строительных
конструкциях жилых зданий, а также в мостах и эстакадах.
Этими конструкциями обычно перекрываются пролеты 4—9 л.
Различают следующие основные типы подкосных систем: одно-
подкосную, ригельно-подкосную и трапецеидально-подкосную
(рис. 153). Особенностью этих систем является работа не толь-
ко их ригелей, но и стоек при односторонней вертикальной
нагрузке на поперечный изгиб от распора, передающегося
через подкосы на стойки. Постановкой затяжек в схемах
рис. 153, гид можно воспринять этот распор; увеличение жест-
— 298 —
кости стоек в схеме рис. 153, е достигается установкой решет*
чатых опор.
При горизонтальной ветровой нагрузке стойки всех систем
работают на поперечный изгиб.
Для деревянных каркасов одноэтажных зданий наиболее ши*
роко применяются трапецидально-подкосные системы, у которых
подкосы упираются своими верхними концами в прогон (рис. 154
и 155). Верхние концы подкосов обычно располагаются в третях
пролета прогона, а нижние — на высоте не менее 2,25 м от уров*
ня пола. Угол наклона подкосов принимается от 30 до 45°.
Подкосы соеди-
няются со стойками
и прогоном лобовы-
ми врубками и ско-
бами, так как при
обычных значениях
постоянной и вре-
менной нагрузок в
подкосах многопро-
летных схем возни-
кают только сжи-
мающие усилия. В
крайних подкосах
двухпролетных схем
(рис. 154, а) могут
возникнуть растяги-
вающие усилия от
воздействия ветро-
вой нагрузки, а так-
же когда снеговая
Рис. 153. Простейшие подкосные системы и
их разновидности
а — одноподкосная; б — ригельно-подкосная; в —
трапецеидально-подкосная; г — рама с одноподкос»
ной фермой; д — рама с ригельно-подкосной фер«
мой; е — башенные опоры с консолями
нагрузка при распо-
ложении на одном из скатов кровли более чем в 2 раза превос*
ходит постоянную нагрузку. В этом случае для воспринятия рас*
тягивающих усилий подкос прикрепляется к стойке и прогону
парными накладками на болтах.
Стыки прогона в зависимости от сортамента бревен могут
быть расположены над стойками (рис. 154, а—в) или в средней
части ригеля вблизи мест примыкания подкоса (на расстоянии
*/«—4s пролета между врубками средних подкосо®) (рис. 154,г),
за исключением конька, в котором стык неизбежен.
При проектировании трапецеидально-подкосных систем еле*’
дует учитывать сбег бревен, располагая их в стойках тонким
концом вверх, а в крайних пролетах прогонов тонким концом к
наружной стойке.
Концы стоек шарнирно опираются непосредственно на камеи*
ный фундамент или могут быть частично защемлены путем уст»
ройства зарытых в грунт железобетонных коротышей, прикреп-
ленных выше уровня земли к стойкам болтами (рис. 155).
20»
— 299 —
*o ht
1*6* h* 3,5-6,5м 2,25 м
otW /МО9 у~30° &=35*
Рис. 154. Основные схемы
трапецеидально-подкосных систем
Рис. 155. Трапецеидально-подкосная система для каркасов одноэтажных
зданий
— 300 —
Статический расчет трапецеидально-подкосных систем, как
правило, производится упрощенными способами. Большая точ-
ность расчета этих систем, если рассматривать их как рамы, не
может быть оправдана в связи с тем, что на работе такой рамы
сильно сказываются неточности изготовления, усушенные дефор-
мации и т. д., трудно учитываемые в расчете.
Для упрощенного расчета при действии вертикальной на-
грузки q кг/м и снеговой нагрузки р кг/м при соблюдении усло-
вий, приведенных на рис. 154, могут служить следующие приб-
лиженные формулы.
1. Расчетный изгибающий момент в прогоне:
л, ЯР
2Ирасч = тт" Для схем а и в;
32
Мрасч — ДЛЯ схемы б, рис. 154.
2.-Расчетные изгибающие моменты в стойках (рис. 154):
крайних Л4кр = ;
Зо
промежуточных: Afnp = для схемы б и Л4пр — для
Ом 1UU
схемы в;
Р& ЛЛ РР
средних: Л4ср = - для схемы а и 7Иср = 4— для схемы в.
Расчетные сжимающие усилия в стойках:
^кР = -у; ^n₽ = iVcp = ^.
Расчетные усилия в подкосах:
°кр = “ • ~гЛ—> £>пр = -Оср = Для схем а И в и Г>пр = £>ср =
р 36 axhx sin а F к 3
= ql для схемы б, рис. 154.
Воздействие горизонтальной ветровой нагрузки W=WдаВл +
+ И^отсос, приложенной в левом и правом карнизном узлах, сле-
дует учитывать только в расчете стоек на воздействие изгибаю-
щего момента MW = H whi, где Н w определяется по следующим
приближенным формулам (рис. 154, в):
для крайних стоек
нкр =
₽ 2(1 + пср)
для промежуточных и средних стоек
w
^ср ~ ^пр = 2//кр = 1 и ’
1 “Г “Ср
где пСр—число промежуточных и средних стоек каркаса.
— 301 —
По найденным изгибающим моментам и усилиям производят
подбор сечений всех элементов трапецеидально-подкосной систе-
мы. Стойки подкосных систем рассчитывают на продольный из-
гиб из плоскости системы со свободной длиной /о = h и на сжатие
с изгибом в плоскости системы со свободной длиной, равной
2,5 в предположении, что нижний участок стойки является
консолью, упруго закрепленной в точках примыкания подкоса и
прогона к стойке.
Заготовка всех многократно повторяющихся элементов тра*
пецеидально-подкосных систем и сборка монтажных блоков
должны производиться при помощи шаблонов и кондукторов,
без чего не может быть обеспечено ни требуемое качество соору-
жения, ни достаточно высокие темпы строительства.
Монтаж трапецеидально-подкосных систем, собираемых в го-
ризонтальном положении, как правило, выполняется путем их
кантования по линии опирания на фундаменты.
Глава III
ДЕРЕВЯННЫЕ И МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННЫЕ БАЛОЧНЫЕ
ФЕРМЫ
§ 88. ФЕРМЫ ИЗ БРЕВЕН И БРУСЬЕВ НА ЛОБОВЫХ ВРУБКАХ
(схемы 7—9, табл. 22)
Фермы на лобовых врубках представляют собой конструк-
цию, у которой пояса и раскосы выполняются, как правило, из
бревен или брусьев, а стойки — в виде тяжей из круглой стали
(рис. 156 и 157).
В фермах этого типа при помощи лобовых нрубок решают
опорные узлы и узлы примыкания раскосов к поясам. Так как
лобовые врубки могут передавать усилия только одного знака,
то раскосы должны работать на сжатие, а стойки из круглой
стали — на растяжение при любых возможных комбинациях на-
грузок.
Этому требованию отвечают треугольные фермы с нисходя-
щими раскосами (рис. 157). Фермы с параллельными поясами и
пятиугольные двускатные фермы выполняются с восходящими
раскосами (схемы 8 и 9, табл. 22).
— 302 —
Рис. 156. Крепление прогонов в узлах к верхним и нижним поясам ферм:
1 — балка; 2 — нижний пояс; 3 — хомут из круглой стали; 4 — прогон; 5 — подкладка
из уголковой стали; 6 — доска, прибитая к нижней части прогона; 7 — шлаковата;
S— настил щита; 9 — бруски щита;./0— строительная бумага; // — сухая штукатурка;
12 — хомут
1акая система решетки в фермах с параллельными поясами
обеспечивает при равномерно распределенной нагрузке -работу
раскосов на сжатие, а стоек — на растяжение во всех панелях.
В пятиугольных фермах при такой же нагрузке однозначная ра-
бота решетки будет обеспечена только в крайних панелях; в сред-
них панелях знаки усилий в решетке будут зависеть от угла на-
клона верхнего пояса; при больших углах наклона и большом
числе панелей восходящие раскосы в средних панелях могут ока-
заться растянутыми.
При односторонней нагрузке усилия в элементах решетки в
средних панелях меняют знак в фермах обоих очертаний.
В связи с этим в панелях со знакопеременной работой ре-
шетки обычно ставятся перекрестные раскосы (схемы 8 и 9,
табл. 22). В этом случае на сжатие работает раскос одного из
направлений; усилие в другом раскосе равно нулю.
В фермах на лобовых врубках с металлическими стойками
имеется возможность обеспечить начальную плотность узловых
соединений путем натяжения металлических стоек, а также в
значительной мере устранить провисание ферм, являющееся
следствием усушки поясов и неупругих деформаций смятия в уз-
лах, путем подтяжки стоек в процессе эксплуатации.
Вместе с тем конструкция этих ферм ограничивает возмож-
ность механизации производственных процессов и требует высо-
кой квалификации исполнителей.
Применение ферм на лобовых врубках с деревянными растя-
нутыми стойками не рекомендуется, так как в таких фермах
трудно устранить провисание, являющееся следствием больших
местных деформаций в узлах в связи с неточной пригонкой вру-
бок, а также обмятием и усушкой поясов поперек волокон. Поя-
са и раскосы ферм на лобовых врубках выполняют из обзольных
брусьев или из бревен с сохранением сбега, в последнем случае
комлевые концы бревен располагают в поясах в сторону панелей
с большими усилиями.
Стойки выполняются, как правило, из одного тяжа.
Концы длинных тяжей диаметром более 19 мм рекомендуется
осаживать под нарезку с таким расчетом, чтобы площадь ослаб-
ленного нарезкой сечения была на 25% больше площади сечения
брутто основного тяжа,, так как в соответствии с указаниями
норм расчетное сопротивление для сечений, ослабленных нарез-
кой, уменьшается умножением-на коэффициент 0,8. Конструкция
тяжей должна предусматривать возможность удобного их под-
тягивания при ремонте ферм. Если доступ к концам тяжей в уз-
лах верхнего и нижнего поясов затруднен, то тяжи должны быть
снабжены стяжными муфтами.
Сопряжение вертикальных тяжей с наклонными брусчатыми
поясами следует производить при помощи косых деревянных
подкладок, прикрепленных к поясам гвоздями (рис. 156, а и
157).
— 304 —
Рис. 157. Треугольная ферма на лобовых врубках пролетом 15,4 м
В бревенчатых сжатых поясах возможна подрезка пояса на
глубину не более d (рис. 156, б и 157). При проверке напря-
жений в поясах следует учитывать суммарное ослабление вруб-
кой, отверстием для тяжа и стеской для размещения шайбы.
Для уменьшения напряжения в ослабленном сечении пояса
центрирование брусчатых элементов в опорных и промежуточ-
ных узлах следует производить по центру ослабленного сечения
пояса (рис. 156, а). В бревенчатых фермах центрирование всех
узлов можно производить по оси бревен поясов (рис. 156, б и
157), так как ослабление бревна врубкой приводит лишь к не-
большому смещению оси ослабленного сечения по отношению к
оси бревна.
Опорные узлы решаются лобовым упором на натяжных хому-
тах (рис. 157). При малых пролетах и нагрузках применяются
лобовые врубки с одним или двумя зубьями.
Нагрузка на верхний пояс может передаваться как в узлах,
так и в виде местной нагрузки в панелях. В брусчатых фермах
прогоны при вертикальном расположении ставятся, как правило,
на подкладки (рис. 156, а). В бревенчатых фермах прогоны
можно ставить непосредственно на верхний пояс, устраивая для
этого подрезку (рис. 156, б).
Применение ферм рассматриваемых типов делает очень удоб-
ным устройство чердачных перекрытий; потолок крепится к про-
гонам, подвешиваемым в узлах нижнего пояса фермы на болтах
или хомутах, с помощью которых выравнивается потолок перед
его отделкой, а также в случае провисания ферм в процессе
эксплуатации (рис. 156, в, г). На рис. 156, д и е показаны детали
подвесного потолка.
В плане прогоны обычно располагаются перпендикулярно
плоскости фермы. При расстоянии между фермами, не превыша-
ющем 2—2,5 м, возможна подвеска прогонов в плоскости ферм
под нижним поясом.
Рекомендуется, как правило, делать прогоны неразрезными
(спаренными из двух досок), так как они улучшают связь между
фермами и повышают жесткость чердачного перекрытия.
На рис. 157 приведен пример решения треугольной фермы на
врубках из бревен пролетом 15,4 м. Особенностью конструкции
треугольной фермы является решение среднего узла нижнего
пояса. Сжатые подкосы пропущены между накладками стыка
нижнего пояса и упираются вертикальными плоскостями друг в
друга, а горизонтальными — в шайбу тяжа средней стойки
(рис. 157, узел 7).
При симметричном загружении фермы усилия в раскосах
одинаковы и болты, служащие для прикрепления подкосов к на-
кладкам, не работают.
При несимметричном загружении фермы усилия в средних
раскосах неодинаковы, в связи с чем болты, проходящие через
—306х— >
подкосы и накладки, должны быть рассчитаны на разность гори-
зонтальных составляющих усилий в раскосах.
Коньковый узел решается непосредственным упором брусь-
ев верхнего пояса друг в друга и соединением их между собой
парными накладками на болтах.
§ 89. ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФЕРМ НА ЛОБОВЫХ
ВРУБКАХ
При заготовке элементов комлевые концы бревен следует
располагать у опорных узлов как в сжатом, так и в растянутом
поясаХ|. Длины изготовляемых элементов вычисляются с учетом
строительного подъема. Обрезка элементов по длине, запиловка
в них врубок и сверление отверстий выполняются при помощи
шаблонов.
Отверстия для нагелей и болтов просверливают только в од-
ном из сопрягаемых элементов (в узлах) или в одной из на-
кладок (и стыках). При сборке эти элементы сами служат шаб-
лоном для сверления отверстий в сопрягаемых брусьях и парных
накладках. В растянутых стыках отверстия для нагелей сверлят
после установки стяжных болтов по два с каждой стороны стыка.
Сборку ферм, как правило, ведут в горизонтальном положе-
нии на бойке, который представляет собой прямоугольную в пла-
не площадку из досок, уложенных по уровню на лагах. Рекомен-
дуется для контроля правильности сборки расчерчивать ферму
на бойке как без учета строительного подъема, так и с учетом
его. Первоначально ферму собирают на бойке без строительного
подъема, т. е. с прямолинейными поясами и со стыками, перекры-
тыми накладками на болтах и нагелях. Затем стойки (тяжи) по-
степенно укорачивают путем завинчивания гаек, пока нижний
пояс фермы не примет очертания соответствующей кривой вы-
гиба.
Пробную сборку первой фермы следует производить с осо-
бой тщательностью до заготовки элементов остальных ферм в
целях использования проверенных элементов пробной фермы в
качестве эталонов при заготовке элементов остальных ферм.
§ 90. МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННЫЕ ФЕРМЫ С ВЕРХНИМ ПОЯСОМ
ИЗ БРУСЬЕВ (схемы 10 и И, табл. 22)
Сжатые и сжато-изогнутые элементы этих ферм выполняются
из брусьев, растянутые — из стали, обычно профильной.
Фермы имеют треугольное, пятиугольное или трапециевидное
очертание1, сильно отличные от кривой давления, благодаря че-
1 Многоугольные брусчатые фермы, см, § 94.
— 307 —
му усилия в раскосах велики и для их прикрепления к верхнему
поясу требуются специальные сварные башмаки и шайбы на-
гельного типа из уголков.
Фермы этого типа являются сборными конструкциями инду-
стриального изготовления, они не имеют врубок и примыкание
раскосов в узлах осуществляется или упором в металлическую
деталь узла или на нагельных соединениях, работающих вдоль
волокон (рис. 158—160). Благодаря такому примыканию усуш-
ка раскосов и верхнего пояса не вызывает расстройства узлов и
не сказывается отрицательно на полном прогибе ферм, вследст-
вие чего деревянные элементы ферм могут быть выполнены из
лесоматериалов повышенной влажности.
Простая форма деревянных элементов ферм и отсутствие вру-
бок делает их весьма технологичными в изготовлении.
На рис. 158 представлена разработанная в ЦНИИСКе1 пяти-
угольная ферма пролетом 15 м.
Верхний пояс фермы выполнен из двух брусьев, причем верх-
ний брус передает на нижний давление через прокладки, распо-
ложенные в третях пролета панели.
Это дает возможность, не прибегая к большим поперечным
сечениям брусьев, расположить прогоны на близком расстоянии
друг от друга и непосредственно по ним уложить щиты под кров-
лю без устройства вспомогательных стропильных ног. При ма-
лых пролетах и 'нагрузках или при узловом загружении ферм
верхний пояс может быть решен из одного бруса. Нижний пояс
и вторые от опоры (растянутые) раскосы выполнены из парных
уголков.
Особенностью конструкции этой фермы является устройство
узлов верхнего пояса. В узле 3 к боковым стальным пластинкам
приварены: горизонтальная планка, на которую опирается верх-
ний пояс, отрезок швеллера, расположенный в стыке, и уголки
раскосов. Вертикальная составляющая усилия в раскосах пере-
дается через горизонтальную планку, а горизонтальная — через
швеллер. Большое усилие опорного сжатого раскоса передается
в узле 3 на уголки через приваренную к ним диафрагму из по-
лосового железа, усиленную поперечными уголками.
В менее напряженном узле 5 швеллер заменен полосовой
сталью и диафрагма в примыкании раскоса к уголкам отсутст-
вует; растягивающие и сжимающие усилия от раскосов переда-
ются уголкам через болты. В узлах нижнего пояса подкосы кре-
пятся болтами к уголкам, приваренным к фасонкам. Верхний
брус верхнего пояса работает на изгиб, нижний — на изгиб со
сжатием.
Для того чтобы уменьшить величину момента, изгибающего
нижний брус, узлы верхнего пояса решены с эксцентрицитетом,
1 Предложена и разработана Г. В. Свенцицким [17].
— 308 -
309
Рис. 158. Пятиугольная металлодеревянная ферма ЦНИИСК пролетом 15 м с верхним поясом из брусьев
создающим момент обратного знака по отношению к моменту от
вертикальной нагрузки.
Ферме придают строительный подъем путем выгиба поясов
на величину /СтР^//200, соответственно учтенную в длинах эле-
ментов решетки по спецификации.
На рис. 159 и 160 представлена треугольная ферма пролетом
11,6 л<*. Особенностью этой фермы является примыкание рас-
косов в узлах и брусьев верхнего пояса в коньке непосредствен-
ным упором в стальную деталь узла. Нижний пояс выполнен из
круглой стали и при перевозке складывается по длине вдвое.
Учитывая незначительность деформаций от усушки и смятия
древесины в узлах, такие фермы можно выполнять и с умень-
шенным строительным подъемом.
Рис. 159. Треугольная металлодеревянная ферма ЦНИИСК пролетом 11,6 м
с верхним поясом из брусьев
Деревянные элементы ферм изготовляются с помощью шаб-
лонов; стальные элементы выполняются по заводским черте-
жам.
Сборку ферм ведут на горизонтальной площадке на подклад-
ках. На рис. 161 показан порядок сборки фермы, конструкция
которой показана на рис. 159 и 160. Вначале к бруску верхнего
пояса прикрепляется башмак Mi с помощью болтов и гвоздей и
затем (рис. 161, а) на ровном месте раскладывают на подклад-
ках -нижний пояс фермы. В проушины серег забивают деревян-
ные клинья К (рис. 161, б) для предупреждения изменения дли-
ны нижнего пояса во время сборки и для получения его длины
♦ Предложена и разработана Г. В. Свенцицким [17].
— 310 -
Рис. 160. Детали металлодеревянной фермы ЦНИИСК пролетом 11,6 м
11,6 м между центрами опорных плит. Верхние пояса фермы
вставляются нижними концами в опорные башмаки нижнего по-
яса (рис. 161, в); в конь-
ковом узле устанавли-
вается стальной башмак
М2 и тяж (рис. 161, г) и
немного подкручиваются
гайки тяжа. Ставятся на-
кладки в коньковом узле,
причем верхняя накладка
имеет заранее просверлен-
ные отверстия. Через от-
верстия в верхней наклад-
ке просверливаются сквоз-
ные отверстия и ставятся
болты. Устанавливаются
раскосы; их концы, если
нужно, точно прирезают-
ся по месту, подкручи-
ваются гайки тяжа, и за-
тем ставятся все осталь-
ные болты (рис. 161, д).
На рис. 162 показан
общий вид ферм во вре-
мя монтажа.
Рис. 161. Порядок сборки треугольной ме-
таллодеревянной фермы пролетом 11,6 м
Рис. 162. Общий вид треугольной фермы ЦНИИСК пролетом 11,6 м при
монтаже
— 312 —
§ 91. ФЕРМЫ НА КОГТЕВЫХ ШАЙБАХ
При конструировании деревянных ферм с большими и знакопеременными
усилиями в решетке могут быть применены когтевые шайбы (§ 50), позволя-
ющие осуществлять мощное сборно-разборное узловое сопряжение элементов
ферм и в условиях изготовления на деревообрабатывающих предприятиях
строительных трестов. При заводском изготовлении д. к. для тех же целей
могут быть использованы клеестальные шайбы (§ 65).
На рис. 163 показано конструктивное решение узлов пятиугольной фермы
пролетом 21 м на когтевых шайбах.
Длина панелей верхнего пояса фермы принята 1,5 м, что дает возмож-
ность опирать прогоны в узлах без устройства вспомогательных стропил. По-
яса и раскосы фермы решены из трех одинаковых брусков, а стойки из двух.
Зазоры между брусками поясов и решетки определяются суммарной толщи-
ной узловых планок и донышек когтевых шайб.
Панели сжатого пояса, имеющие малую длину, позволяют воспринимать
сжимающие усилия без постановки специальных связей между брусками, что
значительно упрощает сборку сжатого пояса фермы.
Стойки, несущие лишь местную нагрузку, ставятся в распор между поя-
сами; поперечная усушка последних не влияет на общее провисание фермы.
К тому же она может быть легко обезврежена путем устройства строитель-
ного подъема.
Раскосы крепятся к узлам при помощи стальных планок, прикрепленных
к раскосам глухарями (или глухими нагелями), а к поясам—центровым бол-
том, проходящим через отверстия в когтевых шайбах.
Благодаря большому количеству рабочих срезов центрового болта (ког-
тевых шайб) через узел могут быть переданы значительные по величине уси-
лия (рис. 91).
Растянутые стыки перекрыты стальными планками, - воспринимающими
усилия через когтевые шайбы. Дополнительное перекрытие растянутых сты-
ков деревянными накладками целесообразно для обеспечения пространствен-
ной жесткости и прочности нижнего пояса при подъеме фермы, т. е. в усло-
виях, когда он, работая на сжатие, вовсе не раскреплен пространственными
связями. Стыки брусков сжатого пояса располагаются в —~ — —• панели; они
5 8
решаются лобовым упором торцовых обрезов брусков и перекрываются дере-
вянными накладками на болтах.
Опорный узел решен путем упора раскоса в швеллер, передающий гори-
зонтальную составляющую усилия раскоса через стальные планки и когтевые
шайбы брускам нижнего пояса. Вертикальная составляющая усилия раскоса
передается через стальную плиту непосредственно на опору.
Заготовка отдельных элементов фермы и сверление в них отверстий ве-
дется с помощью кондукторных шаблонов, обеспечивающих точность разме-
ров элементов и расположение отверстий для болтов (с учетом строитель-
ного подъема).
Когтевые шайбы забиваются в элементы поясов фермы ударами бабы,
скользящей по направляющей штанге, вставляемой в отверстия для центровых
болтов.
Шайбы крепятся глухарями к брускам раскосов на верстаке с точной фик-
сацией их положения на маячных и центровых маячных штырях в обоих кон-
цах раскоса (аналогично изображенному на рис. 184). Укрупнительная сбор-
ка многослойных раскосов производится на сквозных болтах б (рис. 163) на
том же верстаке. Совпадение болтовых отверстий с центровыми маячными
штырями верстака служит контролем точности заготовки элементов и гаран-
тией беспрепятственной сборки всей фермы.
— 313 —
314
Схема фермы
§ 92. МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННЫЕ ФЕРМЫ С ВЕРХНИМ ПОЯСОМ
ИЗ БАЛОК ДЕРЕВЯГИНА ИЛИ ИЗ ДОСОК НА КЛЕЮ
(схемы 12—18, табл. 22)
Применение для верхнего пояса ферм составных балок из
двух или трех брусьев на пластинчатых нагелях или в виде ба-
лок из досок на клею позволяет увеличить длину панели фермы
до 4,5—6,5 м вместо обычной длины до 3 м. Это дает возмож-
ность свести до минимума число узлов и создать сборную ферму
из крупных транспортабельных блоков, изготовляемых индуст-
риальным способом.
Деревянный верхний пояс этих ферм, помимо сжатия, испы-
тывает большие изгибающие моменты от межузловой нагрузки.
Чтобы уменьшить ‘величину последних, создают разгружающий
Рис. 164. Определение нормальных сил и изгибающих моментов в крупно-
блочной металлодеревянной ферме путем расчленения ее на местную М и
стержневую С системы
изгибающий момент обратного знака, для чего в опорных и про-
межуточных узлах верхнего пояса фермы применяют внецент-
ренное стыкование, осуществляя упор только нижних частей по-
перечного сечения балки (рис. 166—169). Стыки балок, устраи-
— 315 —
ваемые в узлах ферм, перекрываются накладками на болтах.
Пример определения нормальных усилий и изгибающих момен-
тов в панели сжатого пояса фермы путем (расчленения ее ла мест-
ную и стержневую системы показан на рис. 164.
Растянутые элементы выполняются из круглой стали в виде
одиночных тяжей или из профильной стали.
Применение круглой стали для нижнего пояса и растянутых
элементов решетки дает возможность упростить решение узлов,
а также сборку фермы. Однако монтаж фермы при этом услож-
няется ввиду невозможности использования работы на сжатие
Рис. 165. Придание строительного подъема
ферме с верхним поясом из балок на плас-
тинчатых нагелях
ft — строительный подъем балок на пластинчатых
нагелях; = 3/j — превышение среднего узла
фермы; /стр^^200 ~ строительный подъем
нижнего пояса фермы
нижнего пояса. Применение для нижнего пояса и для растяну-
тых элементов решетки профильной стали позволяет использо-
вать ее работу на сжатие, что упрощает монтаж фермы. Вместе
с тем в этом случае приходится выполнять при сборке фермы на
месте строительства сварочные работы по прикреплению растя-
нутых элементов решетки к нижнему поясу, устройство стыков
нижнего пояса и т. д. Гибкость растянутых элементов из про-
фильной стали не должна превышать Х<400 в плоскости фермы.
Опорные узлы ферм могут решаться аналогично опорным
узлам трехшарнирных арок из балок Деревягина (§ 74),.
В балках на пластинчатых нагелях, образующих верхние поя-
са, каждой панели придается строительный подъем, определяе-
мый по формуле (26) (§ 68). Наличие последнего' при действии
сжимающих усилий вызывает в верхнем поясе дополнительный
разгружающий отрицательный момент, который, однако, в рас-
чете не учитывается в предположении погашения его под на-
грузкой в процессе эксплуатации. Кроме того, в целях предотвра-
щения просадки всей фермы и создания плавности очертания
верхнего пояса среднему узлу шпренгельных ферм (схемы 12 и
13, табл. 22), а также промежуточным узлам (в четвертях про-
лета) четырехпанельных ферм (схемы 16—18, табл. 22) рекомен-
— 316 -
дуется придать превышение, равное трехкратной величине строи-
тельного подъема балок (рис. 165). Нижнему поясу ферм при-
дается строительный подъем fCTpss//200.
На рис. 166 и 167 показана односкатная шпренгельная ферма
пролетом 12м*.
Примыкающая к среднему узлу фермы сжатая стойка состо-
ит из двух брусьев с вырезанными на концах четвертями. Сжа-
тая стойка примыкает упором конца в месте выреза к нижнему
брусу пояса и соединяется с верхним поясом болтом, проходя-
щим через овальные прорези в стойке. Вертикальные прорези де-
лаются для того, чтобы накладки не препятствовали осадке верх-
него пояса, происходящей от усушки балок. Стык в этом узле
перекрывается двумя горизонтальными накладками «а четырех
болтах.
Аналогично решается средний узел рыбообразной фермы по
схеме 13 и узлы в четвертях пролета четырехпанельных схем
16—18 по табл. 22.
Как в шпренгельных, так и в рыбообразных фермах для обес-
печения устойчивости среднего узла нижнего пояса и предот-
вращения выхода его из плоскости необходимо устраивать
вертикальные связи, соединяя ими фермы попарно (рис. 166
и 167).
На рис. 168 и 169 показана треугольная ферма с верхним по-
ясом из балок на пластинчатых нагелях пролетом 15 м. Особен-
ностью этой фермы является слабо напряженная решетка, ко-
торая при симметричном загружении фермы не работает; усилия
в решетке возникают только при одностороннем загружении фер-
мы временной нагрузкой. Раскосы крепятся в узлах с помощью
стальных планок, соединенных с раскосом гвоздями и с нижним
брусом верхнего пояса болтом. В нижнем центральном узле
стальная планка заходит в пропиленную щель раскоса и кре-
пится к нему при помощи болтов, а к нижнему поясу — при -по-
мощи валика.
Расчет верхнего пояса при наличии местной нагрузки в пане-
лях, а также стальных деталей фермы производится аналогично
расчету трехшарнирных арок с верхним поясом из балок Дере-
вягина (§ 74). При различной величине узловых эксцентриците-
тов в концах панели за расчетный эксцентрицитет принимается
их полусумма. Значения эксцентрицитетов для различных случа-
ев приложения нормальной силы к брусьям верхнего пояса ферм
показаны на рис. 138. Величины эксцентрицитетов в промежуточ-
ных узлах верхнего пояса принимаются такими же, как в конько-
вом узле.
* Фермы, показанные на рис. 166—168, предложены и разработаны
В. С. Деревягиным.
— 317 -
318
Рис.
ферма пролетом 12 м
166. Односкатная шпренгельная
Узел Б
Уклон г =0,10
Узел в
Рис. 167. Детали односкатной шпренгельной фермы пролетом 12 м
омз
Рис. IfiR Треугольная ферма пролетом 15 м с ригелем и раскосами
В опорном узле величина эксцентрицитета зависит от положе-
ния и размера опорной подушки, в связи с чем их предваритель-
но нужно определить. В целях более полного использования не-
Рис. 169. Детали треугольной фермы пролетом 15 м с ригелем и раскосами
сущей способности сечения верхнего пояса фермы рекомендуется
эксцентрицитет ерасч назначать таким, чтобы
Мс = Оерасч < (Жо - О?расч) (72)
где Л4С —момент от внецентренного приложения сжимающего
усилия в верхнем поясе О;
ЛГ0 — момент от внеузловой нагрузки в панели;
£расч — расчетный эксцентрицитет;
$ — коэффициент, определяемый по формуле (17).
21—2665
— 321 —
При проектировании ферм с верхним поясом из балок на пла-
стинчатых нагелях следует учитывать, что в связи с наличием
большого усилия «в нижнем поясе существенное значение приоб-
ретает место приложения этого усилия в опорном узле, влияю-
щее на количество нагелей в швах сопрягаемых элементов (см.
§74).
Расчет валика в среднем узле нижнего пояса (рис. 168) сле-
дует производить по равнодействующей усилий в раскосах. Рас-
чет стальных планок и соединений для их крепления к раскосам
ведется по величине усилия в раскосах.
Гибкость сжатых стальных планок следует назначать не бо-
лее 200, причем за свободную длину в этом случае принимается
расстояние между узловым шарниром и первым рядом гвоз-
дей.
Гвозди для крепления планок к раскосу (рис. 169) ставятся
навстречу друг к другу и рассчитываются по общим правилам.
Учитывая вероятность образования усушечных трещин по сере-
дине пласти досок и брусков, необходимо принимать, как пра-
вило, четное число продольных рядов гвоздей. В некоторых слу-
чаях из-за небольшой ширины элементов решетки гвозди не мо-
гут быть забиты навстречу друг другу. В этом случае для
размещения гвоздей приходится удлинять стальные планки.
Уменьшение длины планок может быть достигнуто применением
глухих нагелей или глухарей, завинчиваемых в сверленые отвер-
стия, для которых нормы расстановки меньше, чем для гвоз-
дей.
'На рис. 170 показан общий вид треугольных ферм пролетом
18 м в покрытии здания. *
На рис. 171 показана конструкция крупнопанельной пяти-
угольной фермы, верхний пояс которой выполнен из клееных бло-
ков. Фермы этого типа разработаны для пролетов от 12 до 24 м*;
они применяются -в покрытиях промышленных зданий с наруж-
ным отводом воды без фонарей верхнего света. Для уменьшения
числа монтажных элементов и повышения устойчивости ферм из
плоскости, что особенно важно при их монтаже, 'верхний пояс
выполнен неразрезным на длине двух панелей. Опорный и сред-
ний узлы решены с эксцентрицитетом с целью получения раз-
гружающих изгибающих моментов, уменьшающих величины мо-
ментов от нагрузки как в середине панелей, так и на опоре
в V4 пролета.
Нижний пояс и растянутые раскосы выполнены из парных
уголков. Все сжатые деревянные элементы в узлах уперты в
* Фермы разработаны в проектно-конструкторской конторе Индустрой-
проект Н. П. Птицыным.
— 322 —
диафрагмы из металла, приваренные между фасонками узлов
нижнего пояса. Для воспринятая растягивающих усилий дере-
вянные раскосы скреплены с фасонками при помощи болтов.
Средний верхний узел решен аналогично среднему узлу ме-
таллодеревянной фермы из брусьев (рис. 158).
Фермы соединены между собой попарно вертикальными свя-
зями во избежание выхода узлов 3 нижнего пояса из плоскости
фермы.
Рис. 170. Общий вид треугольных ферм пролетом 18 м с ригелем и раско-
сами в покрытии здания
Элементы ферм с верхним поясом из балок на пластинчатых
нагелях и из досок на клею изготовляются по шаблонам, выпол-
ненным по заводским чертежам.
Деревянные элементы клееных ферм изготовляются в це-
хах клееных конструкций, в которых может быть обеспечена
требуемая технология склейки. После изготовления балок на
пластинчатых нагелях или клееных блоков и элементов решетки
концы их обрезаются по шаблону в соответствии с формой при-
мыкания в узлах и стыках.
Сборка ферм производится на подкладках, расположенных
в одной плоскости. Балки верхнего пояса ферм должны плотно
соприкасаться в стыках, для чего следует производить их при-
торцовку путем пропиливания по плоскости соприкасания ба-'
лок.
21*
— 323 —
/77П
Рис. 171. Пятиугольная крупнопанельная ферма пролетом 17,7 м с клееным верхним поясом
§ 93. СЕГМЕНТНЫЕ ФЕРМЫ С ВЕРХНИМ ПОЯСОМ ИЗ КЛЕЕНЫХ
БЛОКОВ
(схемы 19—21, табл. 22)
В сегментных фермах верхний пояс имеет круговое очертание,
близкое к кривой давления от равномерно распределенной по
пролету нагрузки. Изгибающие моменты в поясе и нормальные
усилия в решетке невелики; последнее дает возможность конст-
руировать узлы при помощи простейших соединений. Благодаря
сборности и экономичности эти фермы получают все большее
распространение в строительстве.
Клееные сегментные фермы целесообразно применять в одно-
пролетных покрытиях гражданских и промышленных зданий, а
также в повышенных средних частях трехпролетных зданий.
Устройство различного рода надстроек для фонарей или для по-
лучения пологой кровли усложняет и утяжеляет конструкцию
фермы.
В зависимости от величин перекрываемого пролета и нагруз-
ки сегментные клееные фермы решаются трех-, четырех- или
шестипанельными.
На рис. 172 показана конструкция трехпанельной фермы про-
летом 18 м из клееных блоков1. Поперечное сечение верхнего
пояса фермы имеет прямоугольную форму. Из условия попереч-
ной устойчивости отношение высоты сечения верхнего пояса к
ширине следует назначать не более 4. Опорный узел выполнен в
виде башмака из двух листов с приваренным между ними швел-
лером. Примыкание верхнего пояса к швеллеру осуществляется
лобовым упором с прикреплением к башмаку стяжным болтом,
используемым при монтаже в качестве двухсрезного нагеля.
Раскосы присоединены к листу нижнего пояса и к верхнему поя-
су стальными планками. Планки соединены с нижним и верх-
ним поясом одним болтом, а с раскосами — гвоздями и стяжным
болтом. Элементы нижнего пояса в стыках соединяются сваркой
после предварительной стяжки двумя болтами d=12 мм.
Общий вид трехпанельных ферм пролетом Гб,4 м с верхним
поясом из клееных блоков показан на рис. 173.
При расчете сегментных ферм усилия в их элементах от наи-
невыгоднейшего загружения определяют обычным методом по-
строения диаграммы усилий в предположении шарнирности
узлов и прямолинейности панелей между ними (по хорде). Из-
гибающий момент в середине панели с учетом криволинейности
верхнего пояса равен (рис. 174):
-^расч Ofh
1 Ферма является видоизменением фермы, разработанной проектно-кон-
структорской конторой Индустройпроект совместно с ЦНИПС и КТИС на ос-
нове предложения А. Б. Губенко, Н. П. Птицына, Г. Н. Зубарева и В- А. Гел-
лера.
— 325 —
Рис. 172. Сегментная клееная ферма пролетом 18 м
где Л10— изгибающий момент от поперечной внеузловой
нагрузки в середине панели;
О — нормальная сила в панели;
fi =—£- —стрелка в середине панели;
о/?
11 — длина хорды панели;
R — радиус кривизны верхнего пояса,.
Панель верхнего пояса рассчитывается в запас прочности как
сжато-изогнутый стержень с шарнирно опертыми концами.
В узлах верхнего пояса в местах крепления элементов решет-
ки ставятся парные стыковые накладки (рис. 172 и 173). Поэто-
му болты, прикрепляющие раскосы с помощью стальных пла-
нок, считаются четырехсрезными. Однако, ввиду податливости
Рис. 173. Общий вид ферм пролетом
16,4 м с клееным верхним поясом
Рис. 174. К расчету сегментной
клееной фермы
крепления самих .накладок к поясам расчетное сопротивление
центровогб болтового нагеля в накладках рекомендуется снижать
умножением на коэффициент 0,5, что соответствует учету только
трех срезов всего соединения.
Таким образом, несущая способность одного рабочего среза
нагеля при направлении действующего усилия N под углом а к
волокнам должна быть не менее [Тнаг]а > > где N— наи-
большее из возможных усилий в элементе решетки.
При примыкании к верхнему поясу двух раскосов (например,
по схемам 20 и 21, табл. 22) усилие, передающееся на болт, оп-
ределяется по указаниям, приведенным в § 94.
Накладки прикрепляются к поясу болтами (в запас проч-
ности) на силу, равную N/2.
Сборка сегментных клееных ферм производится теми же спо-
собами, что и металлодеревянных клееных ферм с прямолиней-
ным верхним поясом (§ 92).
— 327 —
Рис. 175. Покрытие по сегментным фермам пролетом 29,6 м над складом
сельскохозяйственного инвентаря в Англии
Рис. 176. Монтаж сегментных ферм пролетом 70,7 м с клееным верхним и
нижним поясами (США)
— 328 —
На рис. 175 показано покрытие по сегментным фермам про-
летом 29,6 м над складом сельскохозяйственного инвентаря в
Англии. Верхний и нижний пояса ферм — клееные. Прикрепле-
ние слабо работающих элементов решетки в узлах осуществляет-
ся при помощи металлических накладок. Опорный узел решен в
виде сварного башмака, в который упирается верхний пояс и к
которому крепится нижний пояс при помощи шпонок.
На рис. 176 показан монтаж сегментных ферм пролетом 70,7 м,
перекрывающих ангар в Миннееаполисе (США). Верхний и
нижний пояса ферм состоят из трех клееных пакетов; решетка,
выполненная из элементов цельного сечения, проходит между
пакетами поясов.
§ 94. МНОГОУГОЛЬНЫЕ ФЕРМЫ1
(схема 22, табл. 22)
Очертание верхнего пояса этих ферм принимается в виде
многоугольника, описанного или вписанного в окружность.
Особенностью многоугольных ферм является решение почти
всего верхнего пояса из одинаковых «косяков» длиной в две па-
нели, выполненных из брусьев с заранее приторцованными кон-
цами. Крайние панели верхнего пояса фермы половинной длины
получаются путем распиловки пополам заготовок для основных
элементов пояса,. Нижний пояс выполняется обычно из профиль-
ной стали.
На рис. 177 представлена металлодеревянная многоугольная
ферма ЦНИИСК пролетом 18 м *. Ферма рассчитана на распо-
ложение прогонов по верхнему поясу на близком расстоянии
друг от друга; при таком решении пояс работает на изгиб. Для
того чтобы уменьшить изгибающий момент в верхнем поясе от
местной нагрузки, косяки должны примыкать друг к другу в уз-
лах с эксцентрицитетом» что создает момент обратного знака.
Косяки перекрыты в узлах накладками на болтах. Решетка вы-
полнена из брусьев, имеющих ширину, равную толщине косяка
верхнего пояса. Крепление решетки в узлах верхнего и нижнего
поясов выполнено с помощью парных стальных планок, прикреп-
ленных заранее к брускам решетки гвоздями или нагелями из
круглой стали, а при сборке к поясам одним болтом2.
В связи с тем что крепление раскосов к ферме осуществляет-
ся при помощи болта, расположенного вблизи середины высоты
пояса, поперечная усушка брусьев верхнего пояса не вызывает
провисания фермы. Узловые болты в нижнем поясе приварены
к поясным уголкам.
1 Впервые металлодеревянные многоугольные фермы были предложены
и разработаны В. С. Деревягиным. Особенностью этих ферм являлось нали-
чие переломов в каждом из узлов верхнего пояса.
* Предложена и разработана Г. В. Свенцицким [17].
2 Предложено В. С. Деревягиным.
22—2665
— 329 —
Рис. 177. Многоугольная металлодеревянная ферма ЦНИИСК пролетом 18 м
В средних панелях брусья верхнего пояса образуют двухпро-
летные неразрезные балки. Учитывая вероятность просадки та-
кой балки над стойкой по причине усушечных и упруго-пласти-
ческих деформаций, при расчете изгибающий момент над стой-
кой условно принимается равным нулю. В целях обеспечения
возможно полного использования материала рекомендуется на-
значать величину эксцентрицитета приложения нормальной силы
в стыках верхнего пояса исходя из условия равенства макси-
мального расчетного момента в пролете, деленного на коэффи-
циент £, и момента от эксцентрицитета в стыке [формула (72)].
Так для случая, указанного на рис. 178, узловой эксцентри-
цитет определится из равенства
^cosp/, _ Ое_\ 1 = Ое
4 2 / 6
Усилие, передаваемое узловым болтом через стальные план-
ки, является равнодействующей усилий раскосов, присоединяе-
мых в данном узле (рис. 178). При определении возможных наи-
невыгоднейших видов приложения снеговой нагрузки необходимо
обращать внимание не только на абсолютную величину равно-
действующей /?, но и на величину угла а, образуемого ею с во-
22*
— 331 —
локнами деревянных элементов, которым она передается. Диа-
метр центровых болтов определяется по наиневыгоднейшему со-
четанию R и а. Деревянные стыковые накладки в узлах верхнего
пояса располагаются перпендикулярно биссектрисе угла, обра-
зуемого панелями верхнего пояса. Так как равнодействующая
усилий раскосов, прикладываемая к узлу верхнего пояса, на-
правлена вниз, то узловой болт и болты, прикрепляющие наклад-
ки к поясу, необходимо располагать так, чтобы не произошло
разрыва накладок поперек волокон. С этой целью можно реко-
мендовать смещение болтов с оси накладок так, чтобы узловой
болт был выше ее оси и рекомендовать изготовление накладок
из воздушно-сухих брусьев прямоугольного сечения с расположе-
нием большего размера сечения по направлению болта (рис. 177
и 179),.
Указания по расчету узлового болта и болтов, служащих для
прикрепления накладок к поясу, даны в § 93.
Для того чтобы полностью устранить возможность разрыва
поперек волокон, может быть применен узел с металлическим
вкладышем1 (рис. 179). Такое решение следует рекомендовать
для ферм больших пролетов с большими нагрузками, когда в
элементах решетки возникают значительные по величине уси-
лия.
Кровля по многоугольным фермам выполняется с перелома-
ми в узлах или цилиндрического очертания, для чего под прого-
нами, расположенными в панели, ставятся подкладки.
Многоугольным фермам со стальным нижним поясом при-
дается строительный подъем /стр/^Угоо-
Заготовка отдельных элементов ведется по шаблонам, а
сборка производится обычно в горизонтальном положении на
подкладках.
Для точного соблюдения заданной расстановки болтовых от-
верстий рекомендуется применение при сборке ферм кондуктор-
ного шаблона2 (рис. 180). Шаблон делается из сухой прямо-
слойной доски и снабжается точеными кондукторами (рис. 181),
плотно охватывающими конусный патрон электросверлилки
(рис. 182), фиксирующей точное положение и направление
сверла.
Плотное примыкание косяков друг к другу может быть зара-
нее обеспечено приторцовыванием косяков при помощи специ-
ального верстака (рис. 183). На верстаке, представляющем со-
бой жесткую раму, устроены упоры. К этим упорам клиньями
прижимаются обрезанные по шаблону и перенумерованные
смежные косяки таким образом, чтобы косяки примыкали друг
к другу под постоянным, заданным в проекте углом. После за-
клинивания косяков ручной пилой пропиливают стыковой шов
1 Предложено Г. В. Свенцицким.
2 Предложен и разработан Н. Ф. Котовым.
— 332 —
О
Болты
Парные накладки
Стально
вкладыш
Ось верхнего
\ пояса
Стальные
пластинки 0fi*6
стальной
вкладыш
По а-5
Стальные
° пластинки
Диафрагмы^ приваренные
' к пластинке
Нагель из круглой стали,
приваренный к пластинке,
и к н арижной диасррагме
Диафрагма
Рис. 179, Узел верхнего пояса
многоугольной фермы с металлическим вкла-
дышем
— 333 —
Рис. 180. Кондукторный шаб-
лон
/ — электросверлилка; 2 — средний
кондуктор; 3 — неподвижные лап-
ки, обеспечивающие совмещение
плоскостей кромки шаблона с
маячной кромкой обрабатываемой
доски; 4 — обрабатываемая доска;
5 — подвижные пружинные лапки
Рис. 181. Конусный патрон
- для кондукторного сверления; б — кондуктор; в — керн для установки кондуктора
г — крепление кондуктора шурупами к доске шаблона
— 334 —
и затем ударами с обоих торцов сближают концы косяков до
плотного их соприкосновения в стыке.
В приторцованном и заклиненном шве при помощи кондукто-
ра просверливается отверстие для центрового болта. До сборки
в косяки обычно закладываются монтажные болты, имеющие
гайки с обеих сторон. При монтаже косяков деревянные узловые
накладки с двух сторон надевают на болты, для чего на лицевой
накладке заранее просверливают все болтовые отверстия, а на
тыльной — лишь центровое отверстие. После этого досверливают
отверстия на тыльной накладке, разбирают узел и затем монти-
руют ферму с постановкой раскосов и стоек.
Рис. 182. Электросвер-
лилка, оборудованная
конусным патроном для
кондукторного сверления
Рис. 183. Верстак для приторцовки
косяков
Оснастка раскосов и стоек заранее прикрепляемыми узло-
выми планками осуществляется на верстаке; положение узловых
болтов-точно фиксируется с помощью штырей на обоих концах
элемента (рис. 184).
На практике сборку многоугольных ферм ведут следующим
способом.
Вначале нижний пояс укладывают на подкладки и сваривают
его стыки. Одновременно, используя шаблон, собирают два бло-
ка верхнего пояса, состоящие каждый из двух косяков. В месте
примыкания косяков каждого блока друг к другу ставится цент-
ральный болт с узловыми планками и к косякам болтами кре-
пятся накладки. Затем оба блока верхнего пояса укладывают в
правильное положение относительно нижнего пояса, что можно
сделать при помощи реек, на которых отмечаются точные длины
U и /1 раскосов Z>4 и Di от центра болта нижнего пояса до цент-
ра узла верхнего пояса (рис. 185, а).
Выверив положение блоков, ставят в коньке центральный
болт с планками, накладки на болтах и раскосы и D*
(ри«. 185,6). Далее ставят раскос Оз (рис. 185, в), затем с при-
— 335 —
резкой по месту — опорные косяки верхнего пояса и раскос Dx
(рис. Г85, г).
Наконец, к косякам верхнего пояса прибивают детали
(рис. 177) для крепления стоек, устанавливают сами стойки, за-
Рис. 184. Пример заготовки раскоса или стойки фермы на верстаке
а — обрезка концов заготовки на верстаке 1 с прорезями в бортах 2; б — прикрепление
стальных планок 3 к концам раскосов гвоздями 4; положение планок фиксируется с
помощью двух центровых маячных штырей 5; в — поворот элемента 6 фермы относи-
тельно его продольной оси на 180°, посадка его на маячные штыри, постановка на них
планок и крепление их гвоздями к элементу фермы; 7 — стальной лист, фиксирующий
положение маячных штырей; 8 — ограничитель; 9 — клинья
бивают гвозди, прикрепляющие узловые планки к элементам ре-
шетки, после чего ферму переворачивают и забивают гвозди в
планки, бывшие раньше внизу фермы.
На рис. 186 показаны многоугольные фермы пролетом 18 Л1
с металлическими узловыми вкладышами перед их монтажом.
§ 95. СЕГМЕНТНЫЕ ФЕРМЫ НА ГВОЗДЯХ1
(схема 23, табл. 22)
Сегментные фермы имеют круговое очертание и рассчитаны на кровлю
с часто расположенными прогонами. Разбивка поясов ферм на панели про-
изводится обычно таким образом, чтобы все средние панели верхнего пояса
имели одинаковую длину горизонтальных проекций, а крайние панели —
0,65 от этой длины (рис. 187). Крайние панели верхнего неразрезного криво-
линейного пояса делают короче потому, что усилия в них больше усилий в
смежных панелях, причем крайние панели, работающие на внецентренное сжа-
тие, находятся в несколько худших условиях по сравнению с промежуточны-
1 Приведенные указания в основном распространяются также и на трех-
шарнирные арки из сегментных ферм (см. §96).
— 336 —
Рис. 185. Порядок сборки многоугольной фермы
Рис. 186. Многоугольные фермы ЦНИИСК пролетом 18 м с металлическими
узловыми вкладышами перед их монтажом
— 337 —
Рис. 187. Конструктивные решения узлов сегментной фермы
ми панелями вследствие отсутствия надежного защемления в опорном узле.
Длина панелей верхнего пояса колеблется в пределах 1,2—2,5 ж. Угол накло-
на раскосов решетки меняется от 30 до 60°. Типы сечений поясов и решетки,
применяемые в сегментных фермах, показаны на рис. 188.
Каждая ветвь верхнего пояса состоит из 4—5 брусков толщиной 5—6 см,
изогнутых по дуге круга. Во избежание появления больших начальных напря:
жений от изгиба отношение радиуса кривизны пояса к толщине h изгибаемого
бруска должно быть не менее 200.
Стыки брусков каждой ветви плотно приторцовываются и располагают-
ся вразбежку на расстояниях друг от друга не менее 50 см и от узлов фер-
мы — не менее чем на 7s длины панели. В любом поперечном сечении каж-
дой отдельной ветви не должно быть более одного стыка. В опорных пане-
лях и в узлах фермы бруски не стыкуются.
Во всех панелях верхнего пояса между его ветвями ставятся прокладки
из широких цельных досок на ребро, примыкающие вплотную к элементам
решетки. Прокладки т И 1U
должны быть прибиты 7
горизонтальными гвоздя- Верхний пояс
Min не менее чем к трем
брускам каждой ветви
пояса. Рекомендуется ши-
рину досок для про-
кладок принимать с та-
ким расчетом, чтобы все
бруски пояса были при-
биты к прокладке гори-
зонтальными гвоздями.
Стыкование прокладок в
пределах панели не до-
пускается. Бруски пояса
скрепляются между со-
бой вертикальными гвоз-
дями.
Число досок и тол-
щина их в нижнем поясе
определяются типом се-
чения верхнего пояса.
При двухветвевом реше-
нии верхнего пояса ниж-
ний пояс состоит из двух
досок, при трехветвевом
поясе — из трех или че-
тырех досок (рис. 188).
Стыки нижнего пояса пе-
рекрываются накладка-
ми и прокладками на на- Рис- 188- Типы сечении поясов и решетки сегмент-
гелях из круглой стали ных ФеРм
диаметром 12—19 мм.
В тех случаях, когда
жесткость сжатых элементов одиночной решетки, выполняемых из цельных
досок, оказывается недостаточной при работе их на продольный изгиб, они
усиляются накладками на гвоздях (рис. 187 и 188). Накладки доходят до
поясов и в передаче нормальных усилий не участвуют, увеличивая только
расчетный момент инерции поперечного сечения решетки. В сечениях решетки
из двух широко расставленных ветвей (рис. 188) рекомендуются сплошные
прокладки в виде досок на ребро.
Ширину досок раскосов и стоек назначают из условия размещения гвоз-
дей в узлах верхнего пояса (рис. 187), а толщину принимают обычно равной
толщине досок нижнего пояса, что необходимо для удобства перекрытия в
нем растянутых стыков. Стержни решетки прикрепляются к поясам внецент-
— 339 —
рении, о местах крепления элементов решетки к верхним поясам гвоздями
НиТУ допускают некоторые отступления от нормальной расстановки гвоздей,
а именно: расстояние от оси гвоздя до шва между поясными брусками
$з>ЗаГгви расстояние между рядами гвоздей поперек волокон бруска при ко-
сой расстановке $2>2^гв (рис. 187, узлы 2 и 3), причем для элементов решет-
ки расстановка гвоздей должна удовлетворять общим требованиям расстанов-
ки по НиТУ. Для плотного примыкания элементов друг к другу в каждом
узле ставится не менее одного стяжного болта. Опорные узлы сегментных ферм
выполняются лобовым упором с вкладышем и решаются на натяжных хому-
тах из круглой стали (рис. 187).
Особенности расчета и изготовления сегментных ферм изложены в § 96.
Как видно из приведенного описания, недостатком сегментных ферм- на
гвоздях является значительная трудоемкость их изготовления, связанная с
необходимостью сплачивания брусков и досок многослойного верхнего паке-
та и крепления решетки к поясам с помощью большого количества гвоздей.
Для нижних поясов сегментных ферм необходимы высококачественные доски
первой категории.
В связи с этим сегментные фермы в настоящее время в строительстве
применяются редко. Они встречаются в построенных сооружениях [7].
Сегментные гвоздевые фермы не утратили своего значения в трехшарнир-
ных арках, образуемых двумя сегментными фермами, в которых основные
растягивающие усилия воспринимаются стальной затяжкой (§ 96).
Глава IV
АРКИ, РАМЫ И РЕШЕТЧАТЫЕ СТОИКИ
§ 96. АРКИ
1. Трехшарнирные арки из сегментных ферм
(схемы 24 и 25, табл. 22)
Трехшарнирные арки из сегментных ферм на гвоздях с ме-
таллическими затяжками или с передачей распора непосредст-
венно опорам применяются, как правило, в покрытиях зданий
с пролетами более 30 м.
По сравнению с балочными сегментными фермами трехшар-
нирные арки благодаря меньшей высоте сегментов (примерно
в 4 раза) имеют меньшие длины панелей верхнего пояса и эле-
ментов решетки, а расчетные усилия в раскосах арок при одно-
сторонней нагрузке значительно меньше усилий в раскосах ба-
лочных сегментных ферм того же пролета.
Трехшарнирные арки хорошо членятся на транспортабельные
крупные блоки.
Недостатками трехшарнирных арок являются: относительная
сложность опорных и коньковых узлов ферм и необходимость
постановки вертикальных связей для пространственного крепле-
ния нижнего пояса, осложняющей монтаж арок.
Разбивку ферм на панели равной длины обычно производят
по -нижнему поясу (рис. 189). Длины панелей верхнего пояса
— 340 —
назначаются ориентировочно в пределах от 1 до 1,5 м при про-
летах 15—40 м и от '1,5 до 2 м — при пролетах 40—60 мг
При конструировании арок можно руководствоваться пра-
вилами, изложенными выше для сегментных ферм (§ 95). Сече-
ния поясов арок при больших пролетах в целях повышения жест-
кости нижнего (сжатого) пояса рекомендуется делать со сплош-
ными прокладками по типу /// (рис. 188); при малых пролетах
рекомендуется решение верхнего и нижнего поясов по типу 1
рис. 188.
В арочных сквозных конструкциях необходима постановка
вертикальных связей для закрепления нижнего сжато-растяну-
того пояса в целях предупреждения выпучивания его из плос-
кости системы (рис. 189).
Стыки нижнего пояса устраивают вблизи тех узлов, где рас-
полагаются вертикальные связи.
По архитектурным или монтажным соображениям иногда це-
лесообразно применять попарно сближенную расстановку арок
с устройством связей в плоскости нижнего пояса.
Затяжки арок выполняются из одного круглого стального тя-
жа или при больших пролетах из двух уголков или швеллеров.
Для устранения заметного провисания затяжек под влиянием
собственного веса устраиваются подвески из круглой стали диа-
метром 8—10 мм.
В арках больших пролетов (более 30 м) металлическая за-
тяжка прикрепляется в опорном узле при помощи сварного
стального башмака, который облегчает устройство подвижной
опоры (рис. 189, узел 3). Все элементы в опорных узлах фермы,
представленной на рис. 189, центрированы. Сжимающие усилия
верхнего пояса, так же как растягивающие и сжимающие усилия
нижнего пояса, передаются опорной наклонной плите стального
башмака. Верхний пояс непосредственно упирается в плиту.
Нижний пояс у опорного узла прерывается: между элементами
нижнего пояса поставлены прокладки и с боков — накладки на
нагелях и болтах, через которые плите передаются сжимающие
усилия; растягивающие усилия воспринимаются тяжами, кото-
рые сверху крепятся к уголкам, упертым в накладки нижнего
пояса, а снизу — к опорной плите.
Примыкание нижнего пояса в коньковом узле аналогично
примыканию в опорном узле. Коньковый «шарнир» решен из
уголков, скрепленных между собой двумя стальными накладка-
ми на болтах (узел 2 рис. 189)..
К особенностям расчета трехшарнирных арок относится сле-
дующее: при одностороннем загружении арки решетка и верх-
ний пояс незагруженной полуарки не работают, а при нагрузке,
равномерно распределенной по всему пролету, решетка и ниж-
ний пояс воспринимают незначительные усилия. Для определе-
ния расчетных усилий в этих элементах необходимо учитывать,
— 342 —
помимо слошного загружении, возможность расположения снега
на */*, V2 и 3А пролета.
Верхний пояс сегментных полуарок представляет собой не-
разрезной криволинейный стержень, воспринимающий, кроме
сжимающих усилий, изгибающие моменты. Сложная работа со-
ставного, на податливых соединениях (гвоздях), многопролет-
ного верхнего пояса со сплошными прокладками, прерывающи-
мися в узлах, где вследствие этого жесткость пояса резко падает,
еще более осложняется 'наличием в нем моментов от внецентрен-
ного прикрепления решетки.
В практике проектирования верхний пояс рассчитывается при-
ближенным методом, отражающим действительный характер
работы верхнего пояса. В основу метода расчета *, .рекомендуе-
мого НиТУ 122-55, положены следующие предпосылки.
1. В ветвях верхнего пояса, представляющего собой короткий
многослойный составной элемент, вертикальные гвозди .пол-
ностью не обеспечивают совместной работы брусков, поэтому
расчетные момент инерции и момент сопротивления основных
ветвей существенно ниже, чем у монолитного сечения. Решаю-
щую роль в обеспечении требуемых жесткости и прочности на
изгиб верхнего пояса играют ребровые прокладки, воспринимаю-
щие основную часть изгибающего момента, поэтому особенно
важное значение приобретают горизонтальные гвозди, служа-
щие для прикрепления основных ветвей к прокладкам.
2. Вне пределов прокладок пояс работает как пакет практи-
чески не скрепленных между собой брусков, причем в зоне уз-
лов жесткость его несколько повышается благодаря прикрепле-
нию к элементам решетки. Продольные усилия при сжатии вос-
принимаются только ветвями пояса.
3. В связи с тем, что прокладки в верхнем поясе не проходят
через узел фермы, момент инерции пояса в панели резко отли-
чается от момента инерции вблизи узла, поэтому пояс необхо-
димо рассматривать как неразрезную балку с резко уменьшен-
ным моментом на участках в зоне узлов. В расчете местополо-
жение нулевых точек^моментов принято близ концов прокладок
на расстоянии «0,05 /о от узлов (рис. 190). Длина пояса между
точками нулевых моментов принята равной 0,9 /о- В этом случае
полный изгибающий момент в середине панели будет равен:
АГпрол = 0,927И = 0,8Ш
и на опоре:
Жоп = 0,19/И,
где М — полный изгибающий момент в рассматриваемой панели,
1 Предложен В. Г. Писчиковым.
— 343 —
определяемый по схеме с шарнирным опиранием в узлах
(рис. 190, а) и равный:
M = Nf0-M0.
Здесь N— сжимающее усилие в панели верхнего пояса;
г
— стрелка панели верхнего пояса, соответствую-
ог?
щая расстоянию между узлами панели и ра-
диусу R оси пояса;
Мо — изгибающий момент от местной нагрузки в па-
нели верхнего пояса, определяемый как для
. свободно лежащей балки с пролетом, равным
расстоянию между узлами пояса,.
Рис. 190. К расчету сегментных ферм арок
Распределение изгибающего момента ЛТпрол в середине па-
нели между прокладками и брусками принимается приближен-
но равным обычно встречающемуся соотношению между соответ-
ственными моментами инерции пакетов брусков и прокладок.
При этом на прокладки передается около
0,757Ипрол = 0,75-0,81м ^0,6.41.
— 344 —
Ветви пояса рассчитываются на изгибающий момент, равный
0,25Af, с учетом необходимости некоторого запаса против теоре-
тического расчета.
В соответствии с изложенным:
1) бруски верхнего пояса рассчитываются на сжатие с изги-
бом как пакет брусков, не соединенных связями, по формуле
N 0.25М D .
f6 + m </?сОТгн’
2) сечение прокладок верхнего пояса рассчитывается на из-
гиб по формуле
0,6
^пр "
Здесь F6 — площадь сечения брусков верхнего пояса (без
учета сечения прокладок)
e = где х=_w—.
3100 f6rz /^77;
V F6
J6 и W6—сумма моментов инерции и соответственно сумма
моментов сопротивления брусков верхнего пояса
при условии, что они не скреплены с проклад-
ками;
Jnp и IFnp—момент инерции и момент сопротивления сечения
прокладок верхнего пояса;
тга—коэффициенты условий работы для гнутых эле-
ментов, приведенные в табл. 11 (§ 29).
В тех случаях, когда ---<0,1 —, производится провер-
ке Ft
ка ветвей верхнего пояса на продольный изгиб по формуле
~ <.RZ, где коэффициент <р определяется по гибкости X,
указанной выше.
Влиянием ослабления деревянных элементов отверстиями для
гвоздей обычно пренебрегают.
Исследования работы горизонтальных гвоздей показали [7],
что необходимое число срезов'гвоздей для восприятия сдвигаю-
щих усилий, возникающих в гвоздях на длине панели между
каждой ветвью и прокладкой или двумя прокладками (для сред-
ней ветви), может быть определено по формуле
25MF,
с> и/л.’
где F, — площадь сечения рассматриваемой ветви;
7Г, — расчетная несущая способность гвоздя на один срез.
Горизонтальные гвозди ставятся равномерно по длине пане-
ли. Продольное расстояние между горизонтальными гвоздями
не должно превосходить 40 d„ .
— 345 —
6) Для нижнего пояса Для верхнего пояса
Вертикальные гвозди ставят конструктивно по всей длине
верхнего пояса и забивают сверху и снизу ветвей. При ширине
ветви не более 7 см вертикальные гвозди ставят в ветви в один
ряд; при ширине ветви более 7 см — в два ряда. Шаг забоя вер-
тикальных гвоздей принимается не более 40 drB «(рис. 187).
Сжатый пояс сегментных ферм проверяется на возможность
выпучивания из плоскости фермы обычным методом.
Нижний пояс рассчитывается на растяжение в ослабленном
нагелями стыке и в узле с наибольшим изгибающим моментом
от внецентренного‘прикрепления решетки (§ 82).
Дополнительно нижний пояс должен рассчитываться на сжа-
тие с продольным изгибом в плоскости фермы при свободной
длине, равной расстоянию между узлами ферм, и из плоскости
фермы со свободной
длиной, равной расстоя-
нию между связями,
увеличенному на 25%.
Внецентренное крепле-
ние решетки в узлах
верхнего пояса сегмент-
ных ферм обычно не
учитывается. Считается,
что возможные при
этом перенапряжения
перекрываются имею-
щимся запасом проч-
ности. Для упрощения
изготовления сегмент-
ных ферм стержни ре-
шетки разбивают на две группы — сильно нагруженные и
слабо нагруженные. Концы стержней каждой группы крепят
одинаковым количеством гвоздей, исчисленным по максимально
нагруженному стержню (но не менее 4 гвоздей). Ширина досок
решетки определяется условиями размещения гвоздей в узлах;
желательно все стержни решетки выполнять из досок одной
ширины.
Разбивку фермы полуарки производят на бойке, на котором
ведется сборка ферм из заранее заготовленных по шаблонам до-
сок и брусков. Во избежание просадки конькового узла арке
придают превышение в коньковом шарнире по отношению к про-
ектному его положению, ориентировочно равное Vso пролета.
Для сборки фермы [7] к бойку прибивают ваймы в виде до-
сок на ребро на расстояний 1—1,5 м друг от друга (рис. 191).
В досках вайм прорезают гнезда для нижнего и верхнего поясов
и производят послойную сборку фермы на монтажных гвоздях
и гвоздях, расположенных в плоскостях пакетов. После стяжки
пакетов узловыми и стыковыми болтами забивают расчетные
План
Рис. 191. Разбивка фермы и располо-
жение вайм для поясов на бойке
а — расположение вайм на бойке; б —
боковой вид ваймы; размеры: а — тол-
щина одной ветви нижнего пояса; Лв п—
высота верхнего пояса
— 346 —
гвозди, с лицевой поверхности. Расчетные гвозди с тыльной по-
верхности забивают после кантовки фермы полуарки обычно
в вертикальном положении, что, однако, не должно ухудшать ка-
чества забоя гвоздей.
2. Трехшарнирные арки из серповидных ферм
(схема 26, табл. 22)
В тех случаях, когда необходимо увеличение свободного пространства
внутри здания большого пролета, применяют трехшарнирные арки из серпо-
видных ферм. При проектировании этих арок можно руководствоваться пра-
вилами, данными выше для трехшарнирных арок из сегментных ферм.
Особенностью арок этого типа является устройство обоих поясов из гну-
тых брусков и работа этих поясов на изгиб от внецентренного приложения
осевого усилия вследствие кривизны поясов.
Стыки отдельных брусков нижнего пояса размещаются вразбежку с вза-
имным их перекрытием и постановкой необходимого числа связей. Изгибаю-
щие моменты в основном воспринимаются ребровыми прокладками из досок,
соединяемых горизонтальными гвоздями с арочными поясами.
3. Трехшарнирные арки из брусчатых многоугольных ферм1
(схема 27 и 28, табл. 22)
Трехшарнирные арки из многоугольных брусчатых ферм со
стальными затяжками или с передачей распора непосредственно
на фундаменты являются конструкциями индустриального изго-
товления и применяются при пролетах 20—40 м.
Верхний и нижний пояса ферм полуарок выполняют из брусь-
ев (рис. 192). Узловыми сопряжениями являются стальные план-
_ ки на нагелях и гвоздях, применимых в связи с малыми усилия-
ми в элементах решетки. Устойчивость нижнего пояса ферм из
плоскости конструкции обеспечивается поперечными связями;
расстояние между ними принимается, как правило, равным удво-
енной длине панели нижнего пояса.
В остальном конструкция ферм полуарок аналогична конст-
рукции металлодеревянных многоугольных брусчатых ферм
(§94).
§ 97. РАМЫ
Рамные сквозные д. к. решаются, как правило, в трехшарнир-
ной схеме (схема 30, табл. 22).
В качестве примера на рис. 193 показаны узлы трехшарнир-
ной рамы для навеса временного назначения пролетом 18 м из
бревен и пластин с узловыми сопряжениями на врубках и на-
гелях из круглой стали. Характерным для таких рамных конст-
рукций является сопряжение всех сжатых элементов в узле А
трехлобовым упором (рис. 193). Растянутый раскос крепится
1 Предложено и разработано Г. В. Саенцицким.
— 347 —
Рис. 192. Трехшарнирная арка пролетом 26 .и из брусчатых многоугольных ферм
Рис. 193. Трехшарнирная рама пролетом 18 м для навеса
— 349 —
в узле с помощью натяжного хомута. Во избежание потери устой-
чивости из плоскости рамы узел А должен быть хорошо закреп-
лен пространственными связями. В данном примере пространст-
венное крепление обеспечивается неразрезным подкосом, за-
крепленным в верхнем поясе и опорном узле рамы.
Одним из способов придания поперечной устойчивости кар-
касу здания с деревянными стойками, шарнирно опертыми на
Рис. 194. Двухшарнирная рама пролетом 15 м с решетчатым
ригелем
фундамент, является постановка подкосов, связывающих стойки
с фермой покрытия и образующих таким образом двухшарнир-
ную раму (схема 31, табл. 22).
Рамы с ригелем в виде фермы из бревен или брусьев на вруб-
ках (рис. 194) применяются для малых пролетов (9—15 м) при
высоте стоек до 6',5 м. Подкосы рамы располагают примерно на
середине высоты стойки и крепят к поясам фермы и к стойкам
болтовыми нагелями по расчету на воздействие как вертикаль-
ных, так и горизонтальных (ветровых) нагрузок.
Рамы этого типа являются статически неопределимыми си-
стемами с одной лишней неизвестной. Произведенные подсчеты
— 350 —
показали, что податливость связей изменяет величину распора
в этих рамах всего лишь на 6—8% (в ту и другую сторону).
В связи с этим расчет рам обычно ведут без учета податливости
связей.
Так как момент инерции ригеля (фермы) значительно боль-
ше момента инерции стойки, то изгибающие моменты от верти-
кальных нагрузок воспринимаются в основном ригелем, поэтому
ферму можно рассчитывать как простую балочную систему без
учета разгружающего влияния подкоса. Средний раскос фермы,
работающий при отсутствии подкоса рамы на сжатие, прове-
ряется только на возможность появления в нем растягивающих
усилий. Сечения стойки и подкоса определяются по усилиям, по-
лученным при расчете рамы.
§ 98. РЕШЕТЧАТЫЕ СТОЙКИ
Решетчатые стойки применяются для придания зданию попе-
речной устойчивости, а также в конструкциях торцовых стен
(рис. 195). Каждая из ветвей стойки закрепляется в фундамен-
те. Стойки воспринимают вертикальную нагрузку от покрытия
и легких кранов и горизонтальную— от давления ветра и тор-
мозных усилий.
При наличии кранов применяются стойки ступенчатого типа
(рис. 195, а, б); при отсутствии кранов сечение стойки может
быть постоянным по всей ее высоте (рис. 195, г, б). Стойки раз-
мещают либо внутри здания, либо снаружи в виде контрфорсов
треугольного очертания (рис. 195, в). В капитальных сооруже-
ниях рекомендуется располагать их внутри здания. Отношение
ширины hQ (расстояния между центрами ветвей в основании ре-
шетчатой стойки) к высоте стойки принимается обычно в преде-
лах Vs—*/в для стоек с параллельными ветвями и 1/4—Ve для
контрфорсов треугольного очертания.
Сечение ветви стойки в направлении, нормальном к ее плос-
кости, состоит из одного из двух бревен или брусьев (рис. 196).
При одиночном сечении ветви применяется двойная решетка,
охватывающая ветви стойки с обеих сторон. Узлы стоек конст-
руируются обычно с внецентренным присоединением решетки.
Узловые сопряжения чаще всего выполняют на болтах. Стойки
закрепляются в фундаменты при помощи металлических анке-
ров из полосовой или круглой стали (рис. 196).
Стойки рассчитываются на вертикальную нагрузку и гори-
зонтальные силы от давления ветра и поперечного торможения
кранов.
При расчете на вертикальную нагрузку можно считать (пре-
небрегая продольными деформациями ветвей стойки), что на-
грузка, приложенная к одной ветви, передается непосредственно
— 351 —
этой ветвью на фундамент, не вызывая (через решетку) усилий
во второй ветви стойки.
Две стойки, связанные поверху несущей конструкцией
кровельного покрытия, образуют поперечную раму здания
(рис. 195, а —г). В деревянных рамах связь ригелей со стой-
кой, как правило, принимается шарнирной, вследствие чего вер-
тикальная нагрузка, изгибающая ригель, не вызывает в стойках
изгибающих моментов.
Рис. 195. Типы решетчатых стоек
При расчете на горизонтальную нагрузку следует учитывать
взаимную связь стоек с ригелем, решая в общем случае однаж-
ды статически неопределимую раму, состоящую из двух закреп-
ленных в основании стоек, связанных поверху шарнирно при-
соединенным ригелем.
При ступенчатых стойках переменного сечения (рис. 196 и
— 352 —
Рис. 196. Конструкция решетчатой стойки ступенчатого типа
23-2665 — 353 —
197) в приближенном расчете можно принять, что горизонталь-
ная нагрузка, приложенная к нижней (решетчатой) части стой-
ки, не вызовет усилий в верхней одиночной стойке. В таком слу-
чае верхнюю часть стоек с ригелем можно рассчитывать как са-
мостоятельную раму с заделанными или же упруго защемлен-
ными стойками (постоянного сечения) высотой h\ (рис. 197, б).
При определении усилий в элементах решетчатой части стой-
ки от действия горизонтальных нагрузок ее можно рассматри-
вать как консольную ферму, защемленную в фундаменте.
Проверка устойчивости ступенчатых стоек в плоскости рамы
производится в этом случае отдельно для верхней и нижней ее
частей.
Верхняя часть стоек проверяется как сжато-изогнутый стер-
жень цельного сечения. Расчетная длина стержня зависит от
пространственного
раскрепления стойки.
Если верх стойки при
помощи кровельного
покрытия или ветро-
вых связей соединен
с торцовыми стенами
здания, расчетная
длина верхней части
стойки может быть
принята равной фак-
тической ее длине hi
Рис. 197. Расчетная схема ступенчатых стоек
(рис. 197, а). В противном случае расчетную длину принимают
равной 2ft|. Нижняя решетчатая часть рассчитывается так же,
как сжато-изогнутый стержень с расчетной длиной, равной двой-
ной ее высоте йг. Учитывая значительное расстояние между ося-
ми ветвей и обычно одинаковое сечение их, расчет ведется по сле-
дующей формуле
N . Nm ф /?с < о
FHT ‘ '
(73)
Здесь Fm — площадь нетто сечения одной ветви стойки;
N — усилие внизу одной ветви стойки от вертикаль-
ной нагрузки;
м
Nm =------сжимающее усилие от горизонтальных нагру-
Ло
зок, вызывающих изгибающий момент М у ос-
нования стойки.
Податливость связей, соединяющих решетку с ветвями сто-
ек, учитывается введением при вычислении коэффициента | при-
веденной гибкости Хпр решетчатой части стойки, принимая гиб-
кость отдельной ветви Х|=0. Число срезов связей пс (болтов,
гвоздей) на 1 м длины стойки определяется делением числа сре-
зов связей в узле стойки на длину панели (рис. 196 и 197, а).
— 354 —
В приближенном расчете можно принять коэффициент жестко-
сти стойки kj—0,7, чему соответствует ц= 1,2.
При обычно применяемых стойках с отношением
расчет можно производить без введения коэффициента L
Проверка устойчивости отдельной ветви стойки производится
по формуле
+ (74)
* бр * **бр
Здесь — коэффициент продольного изгиба, определяемый по
расчетной длине /1 (рис. 197, а);
F6p — площадь брутто сечения ветви; остальные величины
имеют прежнее значение.
Расчет элементов стойки из плоскости рамы производится без
учета изгибающего момента Л1, отдельно для каждой ветви стой-
ки по расчетной длине, равной расстоянию между пространст-
венными связями, раскрепляющими ветви. Если сечение ветви
составное (рис. 196), расчет производится, как для соответствую-
щего центрально сжатого составного стержня.
Расчет стоек с постоянной высотой сечения (рис. 195, г) ве-
дут по формулам (73) и (74), принимая расчетную длину в за*
висимости от пространственного раскрепления верха стойки, в
пределах от фактической длины стойки до двойной ее длины.
Усилия в элементах решетки определяются, как в решетча-
той ферме, с последующим делением на коэффициент £. Расчет
анкеров производится по максимальному растягивающему уси-
лию в ветвях стойки при действии постоянной вертикальной и
максимальной горизонтальной нагрузок.
23*
Раздел седьмой
Пространственное крепление плоских
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
§ 99. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Плоские конструкции (балки, фермы, арки, рамы и т. д.) сое-
диняются между собой прогонами, кровельными и стеновыми
щитами и другими связями, образуя по существу пространствен-
ную конструкцию.
Пространственная неизменяемость, устойчивость, жесткость
и прочность сооружений и их частей должны быть обеспечены
как в условиях эксплуатации, так и при транспортировке и мон-
таже.
При проектировании пространственных креплений должны
быть учтены (в наиневыгоднейших сочетаниях) силовые воздей-
ствия, возможные в конкретных условиях эксплуатации соору-
жения,— давление и отсос ветра, инерционные воздействия
крановых нагрузок и др. Все усилия должны быть «доведены»
до фундаментов сооружения. Перетекая с элемента на элемент,
они нередко вызывают дополнительные напряжения в основ-
ных несущих конструкциях, что должно быть учтено при их
расчете.
В условиях сборного крупноблочного строительства суще-
ственное значение имеет учет усилий, возникающих в конструк-
циях при их транспортировке, кантовке из горизонтального в вер-
тикальное положение, подъеме, а также при устройстве крепле-
ний после установки конструкций на опоры.
§ 100. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНОГО ОСТОВА
ДЕРЕВЯННОГО ЗДАНИЯ
Общая устойчивость может быть придана остову деревянного
здания следующими способами.
— 356 —
Рис. 198. Схема поперечного се-
чения деревянного каркасного
здания с защемленными в земле
стойками, имеющими на концах
пасынки (антисептированные де-
ревянные, железобетонные или ме-
таллические)
Первый способ. Поперечная и продольная устойчивость зда-»
ния обеспечивается защемлением каждой из стоек каркаса в
грунте; верхние концы стоек связываются чё|)ез обвязку с эле-
ментами покрытия (рис. 198). Во избежание наблюдаемого в
некоторых случаях перекашивания здания в связи с деформа-
циями грунта в местах защемления стоек, в крайних пролетах
продольных и торцовых стен, а также по длине здания через 20—
30 м, как правило, ставятся подкосы (аналогично показанному
на рис. 199). Для увеличения срока службы такого здания ниж-
няя часть стоек, зарытая в землю, должна быть надежно анти-
септирована, в противном случае концы их быстро загнивают.
Поэтому рекомендуется устраивать на концах стоек сменяемые
деревянные, лучше — желе-
зобетонные пасынки, при-
крепляемые к стойкам бол-
тами или хомутами. Этот
способ получил широкое
распространение в строи-
тельстве временных зданий.
Второй способ. Попереч-
ная устойчивость обеспечи-
вается защемлением стоек
пространственного типа со-
ставного сечения, располо-
женных внутри здания
(рис. 199). Каждая ветвь
стойки привязывается к
фундаменту натяжными ан-
керами, работающими на
растяжение при воздействии на здание горизонтальных нагрузок
(аналогично показанному на рис. 196). Продольная устойчивость
средней части здания обеспечивается теми же стойками. Наруж-
ные стойки крепятся подкосами или перекрестными связями в
крайних пролетах и через каждые 20—30 м.
Поперечная устойчивость здания может быаь также обеспе-
чена защемлением в опорах плоских стоек составного сечения,
расположенных внутри здания, или при помощи наружных
контрфорсов. Схемы поперечных сечений таких стоек и их кон-
структивные решения показаны на рис. 195 и 196. Продольная
устойчивость зданий с плоскими стойками обеспечивается поста-
новкой подкосов или перекрестных связей по наружным стенам
и по внутренним стойкам.
Для устойчивости каркасных торцовых стен в их крайних
пролетах также ставятся аналогичные связи.
Третий способ. Поперечная устойчивость здания обеспечи-
вается применением простейших комбинированных и подкосных
систем (рис. 155), рамных систем (рис. 193, 194 и 200) илиароч-
— 357 —
ных конструкций, передающих распор непосредственно на фун-
даменты (схемы 25, 26, 28 и 29, табл. 22). Конструктивные ре-
шения и принципы расчета этих систем изложены в пятом и ше-
стом разделах.
Рис. 199. Схема каркаса здания с решетчатыми стойками
Продольная устойчивость здания может быть обеспечена
постановкой связей по каждой линии стоек (рис. 200). Щиты
теплого ограждения в этом случае располагаются с наружной
стороны стоек.
— 358 —
Продольную устойчивость зданию с арочными конструкция-
ми, опертыми непосредственно на фундамент, придают связи,
Рис. 200. Схема каркаса здания с де-
ревянными рамами
располагаемые по кро-
вельному покрытию, а
также поперечные связи,
соединяющие арки попар-
но.
Четвертый способ.
Устойчивость каркасного
здания при шарнирном
опирании стоек на фун-
даменты и шарнирном
примыкании их к элемен-
там кровельного покрытия
может быть обеспечена
лишь в том случае, если
последнее представляет
собой пластинку, обла-
дающую достаточной про-
чностью и жесткостью в
своей плоскости и связан-
ной с жесткими торцовы-
22-2ZT
Рис. 201. Схема каркасного здания при шарнирном опирании стоек на фун-
даменты и шарнирном примыкании к элементам кровельного покрытия
— 359 —
ми или поперечными стенами (рис.201). Для этой цели в качестве
основы под рулонную кровлю может быть использован двойной
перекрестный настил. Совокупность прогонов, рабочего настила и
косого защитного настила, скрепленных между собой гвоздями,
представляет собой пластинку, способную передать ветровые
усилия с продольной стены на торцовую (рис,. 201). Жесткость
и неизменяемость стен обеспечиваются в их плоскости косыми
обшивками или раскосами, образующими вместе со стойками и
обвязками вертикальные фермы, способные воспринять ветровые
усилия и передать их фундаменту (рис. 199—201). Особенностью
такого решения является необходимость временного простран-
ственного крепления всех стоек до завершения монтажа зда-
ния. Участие ограждающих частей здания в обеспечении про-
странственной его устойчивости может быть рекомендовано
только при малых размерах здания.
Рис. 202. Расчетная схема
работы щитов на ветровую нагрузку
В отличие от каркасных шитовые здания собираются из го-
товых щитов дощато-гвоздевой или клеефанерной конструкции.
Перекос щитов при транспортировке, монтаже и в эксплуатации
предотвращается устройством внутренних подкосов, диагональ-
ной обшивкой или оклейкой фанерой. Устойчивость такого зда-
ния может быть обеспечена, как и в предыдущем случае, только
при наличии жесткой горизонтальной диафрагмы чердачного
(или кровельного) перекрытия (рис. 202). Шов примыкания щи-
тов обычно перекрывается нащельниками, пришитыми мелкими
гвоздями, работа которых при возможном между щитами сдви-
ге не учитывается, поскольку такие гвозди способны воспринять
весьма небольшие сдвигающие усилия.
По схеме на рис. 202 половина ветровой нагрузки, восприни-
маемой стеновыми щитами, передается фундаментам, вторая по-
ловина— щитам чердачного перекрытия. Чердачное перекрытие,
— 360 —
работая как горизонтальная балка, передает нагрузку на щиты
наружных стен, параллельных направлению ветра, которые ра*
ботают на перекос и на опрокидывание. Устойчивость этих стен
(в их плоскости) принимается равной суммарной устойчивости
составляющих щитов.
Расчетное значение горизонтальных сил от ветра, передава-
емых щитами продольных стен и воспринимаемых поперечной
стеной, определяется по формуле
EQ<n— (Gt + .
х Н 1 2 / k3
Здесь п — число щитов в стене;
Gi — постоянная вертикальная нагрузка от веса пере*
крытия и кровли, передающаяся через верхнюю
обвязку на один щит;
G2 — вес одного щита;
b — ширина щита;
Н — высота стены;
k3— коэффициент запаса на опрокидывание, прини-
маемый равным 1,4.
§ 101. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СВЯЗИ В ПОКРЫТИЯХ
Ветровое давление, передающееся на деревянную торцовую
стену каркасной конструкции небольшой высоты, распределяет-
ся между фундаментом и верхним покрытием при помощи рабо-
тающих на изгиб вертикальных стоек (см., например, рис. 200).
Конструкция покрытия в этом случае должна обеспечивать пе-
редачу ветрового давления через верхнюю обвязку вертикальным
фермам продольных стен. При устройстве в качестве основы под
руберойдную кровлю двойного перекрестного настила покрытие
можно рассматривать как жесткую пластинку. В этом случае
расчет сводится к проверке прочности:
а) прикрепления верхних концов стоек каркасной стены к
прогонам (на положительное давление и отсос ветра);
б) гвоздевой пришивки прогонов к перекрестному настилу;
в) соединения гвоздями обоих настилов для перекрытия их
стыков, расположенных вразбежку;
г) прикрепления косого настила к верхней обвязке каркас-
ных деревянных стен.
Указанная конструкция покрытия хорошо обеспечивает за-
крепление плоских д. к. в проектном положении.
Жесткость покрытий с одинарным настилом или с обре-
шеткой недостаточна и не может быть использована для вос-
принятия ветровой нагрузки и закрепления плоских д. к. в про-
ектном положении. В этом случае при наличии деревянных кар-
касных стен необходимо устройство в плоскости верхних поясов
24—2665
— 361 —
несущих конструкции горизонтальных связей, располагаемых в
торцовых частях здания и по его длине на расстоянии не более
20 м (рис. 203).
Горизонтальные связи, воспринимающие ветровую нагрузку,
образуют в плоскости верхних поясов двух соседних несущих
конструкций решетчатую ферму, которая передает действующие
Рис. 203. Торцовые и промежуточные связи, расположенные в плоскости
верхних поясов конструкции
в ее плоскости усилия на продольные стены. При жестких тор-
цовых стенах, воспринимающих ветровую нагрузку, и небольшой
длине здания (до 20 м) устойчивость плоских д. к. может быть
обеспечена прогонами кровли, надежно скрепленными с верх-
ним поясом фермы и заанкеренных своими концами в торцовых
каменных стенах (рис. 204). При этом стыки разрезных или
консольно-балочных прогонов должны быть перекрыты наклад-
ками на гвоздях.
— 362 —
В средней части зданий большой протяженности, кроме того,
устраивают горизонтальные связи (рис. 203) на расстоянии не
более 20 м от торцовой стены и друг от друга.
При высоких торцовых стенах для уменьшения их расчет*
ного пролета устраивают горизонтальные ветровые фермы
(рис. 195, д). Опорные давления ветровых ферм воспринимают*
ся продольными стенами здания, которые должны быть рассчи-
таны на воспринятие и передачу этих давлений фундаментам.
Рис. 204. Примеры крепления прогонов кровли
а — к ферме; б — к торцовым стенам
На рис. 205 показана пространственная схема здания с по-
крытием по пятиугольным фермам; в торце здания устроен про-
ем для ворот. Ветровую нагрузку, приходящуюся на площадь
Fi, воспринимают нижние опорные устройства раздвижных во*
рот, давление на площадь F3 передаётся через прогоны бесчер-
дачному покрытию, а давление на площадь Гг воспринимается
специальной горизонтальной надворотной фермой, подвешенной
к основным фермам на уровне затяжек и передающей ветровую
нагрузку продольным стенам здания.
Кровельное покрытие, воспринимающее давление ветра с пло-
щади Гз, не примыкает непосредственно к настенному брусу:
24»
— 363 —
для передачи этого ветрового давления на настенный брус в па-
нелях фонаря должны быть предусмотрены косые связи. Для
светопрозрачности такие связи часто выполняются перекрестны-
ми из круглой стали (рис. 206).
Рис. 205. Устройство ветровых связей при
покрытии по пятиугольным фермам
/ — связи в плоскости покрытия; 2 — то же, не по-
казаны; 3 — вертикальные связи (см. рис. 206); 4 —
надворотная ветровая ферма; 5 — ворота
Рис. 206. Натяжные ветровые связи в световых фонарях (к рис. 205)
§ 102. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
ПЛОСКИХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
. Рассмотренные выше пространственные крепления, воспри-
нимающие ветровые усилия, в то же время служат для предуп-
реждения выпучивания сжатого контура плоских д. к. В боль-
— 364 —
шинстве случаев сжатый пояс плоских д. к. раскрепляется про-
гонами кровли. Прогоны кровли должны быть прочно прикреп-
лены к верхнему поясу и к настилам кровли. Различные спо-
собы крепления перечислены в разделах пятом и шестом, а так-
же показаны на рис. 204, а.
В арочных конструкциях, помимо раскрепления верхних
сжатых поясов, следует принимать меры и к раскреплению ниж-
них поясов арок, а в рамных конструкциях—внутреннего кон-
тура рамы, который может быть сжат на всей своей длине или
ее части.
Нижние пояса раскрепляются путем устройства вертикаль-
ных связей.
Рис. 207. «Вертикальные» поперечные связи
а — правильно; б» в — неправильно
Учитывая деформации в соединениях связей, за расчетную
длину сжатого нижнего пояса при проверке его устойчивости
следует принимать расстояние между связями, увеличенное
на 25%.
Основным типом поперечных вертикальных связей являются
жесткие связи, соединяющие попарно вдоль здания соседние
конструкции (рис. 207,а).
Вертикальные связи не следует делать непрерывными по всей
длине здания, так как в этом случае при обрушении по какой-
либо причине одной из несущих конструкций она перегрузит че-
рез связи соседние конструкции, что может привести к последо-
вательному обрушению всего покрытия. Конструктивные реше-
ния вертикальных связей показаны на рис. 189,
Устройство вертикальных связей в виде подкосов (рис. 207, б)
малоэффективно и его следует избегать. Если по длине зда-
ния действует снеговая нагрузка различной интенсивности
— 365 —
(рис. 207, в), подкосы не только не предупреждают, но, наобо-
рот, могут способствовать выпучиванию закрепляемого ими
пояса фермы.
Связи следует рассчитывать на усилия, которые могут воз-
никнуть при выпучивании нижнего сжатого пояса из плоскости
фермы. При определении усилий можно условно принять, что
нижний пояс искривляется по параболе и что возможное мак-
симальное отклонение при выпучивании нижнего пояса из про-
ектной плоскости может достигнуть в предельном состоянии
100 11'
На длине выпучивания 1\ нижний пояс обладает большой
гибкостью, поэтому сопротивление пояса изгибу из плоскости
фермы при расчете связей не учитывается.
Принимая, что на решетчатые связи по нижнему поясу дей-
ствует погонная нагрузка q, получим (рис. 208, б)
Рис. 208. Определение усилий
а— в поперечных связях; б — в решетчатых связях, располагаемых в плоскости сжа-
тых иоясов
— 366 —
KTf ЯЧ1 „ Wf0
Nfo--1T’ откуда q = —^.
О /j
-p if л ai 0.08N
Так как f0/li — 0,01, то q =----.
A
Предполагая, что выпучивание нижних поясов происходит
в обеих фермах в одном направлении и на одну и ту же вели-
чину, получаем, что в каждом узле решетчатых связей приложе-
но усилие Q = qa, где а—длина панели решетчатых связей
(рис. 208, б). На поперечные связи будут передаваться силы
Qt=qb, где b — расстояние между связями (рис. 208, а).
Силы Qi приложены к нижним узлам поперечных связей.
Реактивные горизонтальные силы 2Qi (рис. 207, а) передаются
поперечными связями в пло-
скость верхних поясов основ-
ных ферм и воспринимаются
жесткой системой кровельно-
го покрытия, образуемой
перекрестным настилом или
ветровыми фермами.
Близко расположенные
друг ют друга несущие ароч-
ные или рамные конструкции
иногда соединяют решетча-
тыми связями, располагае-
мыми в плоскости сжатых
поясов. Такие решетчатые
связи рассчитываются как
горизонтальные фермы,
имеющие пролет, равный
длине нижнего пояса (рис.
208,6).
Бывают случаи, когда
даже при отсутствии актив-
ных сил, действующих пер-
пендикулярно плоскости кон-
Рис. 209 Условия равновесия и
пространственное крепление узла Г,
нижнего пояса шпренгельных ферм
струкции, приходится прини-
мать меры к креплению ее растянутого контура. Примером
таких конструкций являются шпренгельные системы (рис. 209).
Шпренгельные конструкции характеризуются пониженным по
отношению к линии опор расположением нижнего пояса в сред-
ней части пролета и по крайней мере одним переломом в его
очертании — в месте сжатой стойки. Если при этом верхний по-
яс расположен выше уровня опор, то равновесие узла Б — устой-
чивое (рис. 209, а). При отклонении узла Б из плоскости систе-
мы он стремится вернуться в прежнее положение. Если верхний
пояс .расположен ниже уровня опор, узел Б находится в не-
устойчивом равновесии (рис. 209, в). При прямом верхнем поясе
равновесие узла Б становится безразличным (рис. 209, 6).
— 367 —
На практике применяются шпренгельные конструкции с рас-
положением верхнего пояса по схемам рис. 209, а и б. При рас-
положении верхнего пояса по схемам рис. 209, бив обяза-
тельно устройство вертикальных связей. .
Устройство вертикальных связей необходимо при любой
схеме конструкции, если к нижнему поясу ее приложены актив-
ные силы, действующие перпендикулярно ее плоскости, напри-
мер силы торможения от подвесного транспортного оборудова-
ния. Во многих случаях сечения элементов связей приходится
назначать по конструктивным соображениям; при этом предель-
ная максимальная гибкость элементов не должна превосходить
200.
§ 103. РАБОТА ПЛОСКИХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
ПРИ ИХ МОНТАЖЕ
Работа отдельных элементов плоских д. к. при их монтаже во
многих случаях существенно отличается от работы в условиях
эксплуатации,. Так, например, при кантовке ферм в верхнем поя-
се возникают большие напряжения от изгиба из плоскости ферм;
при подъеме ферм часто меняются знаки усилий в решетке и
поясах, причем нижний пояс, как правило, работает на сжатие
вместо растяжения и т. д.
Таким образом, при монтаже ферм необходима проверка на-
пряжений в отдельных элементах (балок, арок, рам и т. п.) и
устройство специальных креплений, если в элементах возникают
недопустимые напряжения или деформации. Проекты плоских
д. к. заранее должны быть ориентированы на достаточно простые
способы сборки, кантовки и подъема конструкции. В проекте
должно быть указано расположение точек захвата при кантовке
и подъеме.
В зависимости от способов монтажа различают конструкции
с гибким нижним поясом из круглой стали, которые не могут
воспринять сжимающих усилий, и конструкции с жестким де-
ревянным нижним поясом или с поясом из профильной стали,
которые воспринимают сжимающие усилия. В первом случае
требуются специальные крепления при подъеме конструкции.
При проектировании монтажных креплений й способов их сопря-
жений с монтируемой фермой следует предусматривать воз-
можность многократного использования их и добиваться макси-
мальной простоты не только оснастки фермы, но и демонтажа
креплений (расстроповки), производимого в неудобных услови-
ях, наверху после подъема фермы.
Для подъема плоских д. к. рекомендуется применять пере-
движные стреловые краны на гусеничном ходу грузоподъем-
ностью 5; 6 и 7,5 т с высотой подъема 8; 10,2 и 10,6 м. Для ферм
весом менее 3 т обычно применяют автомобильные стреловые
подъемные краны с высотой подъема до 13 м.
— 368 —
Кантовка ферм. Кантовка ферм, т. е. поворот их из горизон-
тального (сборочного) положения в вертикальное (подъемное)
производится, как правило, поворотом фермы на 90° вокруг ниж-
него пояса. Для быстроты и безопасности монтажа кантовка и
подъем ферм должны выполняться одними и теми же подъем-
ными механизмами без перестроповки фермы в вертикальном
положении.
При кантовке в верхнем поясе фермы возникают значитель-
ные изгибающие моменты из плоскости фермы. На эти изгибаю-
щие моменты необходима проверка как самого пояса, так и креп-
ления сжатых стыков жесткими накладками. Нижний пояс при
кантовке лежит на подкладках, на которых перед монтажом рас-
кладываются и в порядке укрупнительной сборки сопрягаются
между собой отдельные элементы или блоки фермы,.
Верхний пояс фермы при кантовке загружен собственным ве-
сом и весом примыкающей к нему половины решетки. Для дере-
вянных ферм это составляет 0,5—0,6 6Ф; для .металлодеревянных
0,7—0,8бф, где Оф — полный вес фермы. Соответственно погон-
ная нагрузка определяется делением GB. п на длину верхнего
пояса.
При кантовке фермы треугольного очертания верхний пояс ее,
поднимаемый за коньковый узел, остается опертым в опорных уз-
лах. При расчете верхнего пояса момент его защемления в конь-
ковом узле обычно (в запас прочности) принимается равным
нулю.
На рис. 210 показана эпюра моментов в верхнем поясе для
случаев, когда в середине фермы есть сжимы и когда их нет.
Сначала расчет производится для следующих условий: кантовка
выполняется захватом крюка непосредственно за конек; в этом
случае проверяется сопротивление изгибу самого пояса за преде-
лами стыковых накладок. Если прочность пояса недостаточна
для воспринятия изгибающего момента, возникающего при кан-
товке, то следует его уменьшить введением жестких монтажных
сжимов. По моменту AfCT (рис. 210) подбирается сечение двух
накладок и сечение болтов.
Принимая, что каждая из жестких накладок воспринимает
0,5Л1с1, имеем для верхней накладки (рис. 210)’
= =A(b + a)-N'a; (75)
для нижней накладки'
AfB>B = = N' (а + b) + N"b\ (75')
А = N' 4- N"; (76)
о гею да
N' = дг" =----. (77)
2 (26 +а)
— 869 —
По растягивающим усилиям N' и N" в болтах подбирается их
сечение и размеры шайб.
При кантовке ферм прямоугольного или близкого к нему пя-
тиугольного очертания, в которых верхний пояс не доводится до
опорного узла, расчет производится в соответствии с рис. 211.
Если ферму кантовать путем захвата за коньковый узел, то в
верхнем поясе, работающем на изгиб из плоскости как двухкон-
сольная балка, в месте захвата возникает значительный изгиба-
ющий момент, который обычно не может быть воспринят конько-
вым узлом самой конструкции.
Боковой вив
сяыка
Эпюра моментов ,
В верхней накладке\ **
План
Стины
Стыковые
накладки
^Эпюра моментов
6 Верхнем поясе при
отсутствии акимоВ
Эпюра моментов при. наличии
сжимов
Эпюра моментов В
• нижней накладке -
югяятяяашк
Рис. 210. К расчету стыка при кантовке треугольной фермы
При введении жестких монтажных сжимов на треугольной
подвеске изгибающие моменты в верхнем поясе могут быть зна-
чительно уменьшены.
Для того чтобы при последующем подъеме фермы с помощью
той же подвески и сжимов не увеличивать чрезмерно превыше-
ния подвески над коньком фермы (что связано с увеличением
длины стрелы подъемного крана), рекомендуется подхватывать
жесткие сжимы (распорку) не в концах, а на некотором рас-
стоянии от них, заставляя сжимы работать не только на сжатие,
но и на изгиб. Для полноценного участия в работе на изгиб сжи-
мы, состоящие из двух брусьев, должны плотно обхватывать и
— 370 —
защемлять не только верхний пояс фермы, но и средней частью
своей длины деревянную решетку.
При кантовке ферм сегментного или многоугольного очерта-
ния верхний пояс работает на воспринятие изгибающих и крутя-
щих моментов (рис. 212, а),.
Кантовку этих ферм производят с применением жестких мон-
тажных сжимов, нео!бходимых также для их подъема (рис. 212, г).
Рис. 211. К расчету верхнего пояса пяти-
угольной фермы при ее кантовке
а — расчетная схема работы верхнего пояса при
кантовке; б — эпюра моментов: 1 — в сжимах; 2 — в
верхнем поясе
что уменьшает величины моментов, воспринимаемых верхним по-
ясом. Так как фермы имеют пологое очертание = V"4”"?”) ’
то напряжения от крутящих моментов невелики и ими в расчете
можно пренебречь, рассчитывая верхний пояс только на изгиб.
При расчете болтов, прикрепляющих накладки к верхнему по-
ясу, следует учесть возникающие в них растягивающие усилия
(рис. 212, б)'
М' = (78)
е
считая, что крутящий момент воспринимает только первая пара
болтов.
— 371 —
— 372 —
Рис. 212. К расчету верхнего пояса сегментной клееной фермы при ее кантовке и подъеме
а — эпюра моментов при кантовке фермы; б — схема работы болтов при кручении верхнего пояса относительно оси х—х при кантовке
фермы; в — эпюра моментов при подъеме фермы; г — приспособления для подъема фермы; д — расчетная схема работы стыка при подъеме
фермы. Выкружаленный брус состоит из двух половинок, каждая из которых крепится к сжимам гвоздями
Рис. 213. Схема монтажа рамы
1 — парные сжимы; 2 — фундамент; 3 — падаю-
щая стрела; 4 — обратная оттяжка; 5 — рама;
6 — монтажное бревно; 7 — лебедки; 8 — клин;
9 — анкерный уголок; 10 — пластина
Растягивающее усилие JVj' в болте следует прибавить к рас-
тягивающим усилиям N' и N" в болтах накладки при расчете
верхнего пояса на изгиб [формула (77)].
Кантовка арочных и рамных д. к., опорные узлы которых воз-
вышаются над уровнем пола не более чем на 1 м, производится,
как правило, при помощи подъемных кранов или лебедки и па-
дающей стрелы (рис. 213).
При этих способах кан-
товки в средней части
арок и рам устраиваются
длинные жесткие сжимы.
Пояса арок, а также ри-
гель, ноги рам и их стыки
проверяются на изгиб. В
момент приближения кан-
туемой конструкции к вер-
тикальному положению
необходимо обратить вни-
мание на своевременное
крепление обратных*оття-
жек во избежание опроки-
дывания конструкции.
Подъем ферм. При
подъеме ферм с гибким
нижним поясом, а также
арок с затяжкой изгибаю-
щие моменты полностью
воспринимаются верхним
поясом, усиленным жест-
кими монтажными сжи-
мами, которые состоят из
двух половинок, соединен-
ных между собой стяжны-
ми болтами (рис. 214).
Для облегчения съемки
монтажных креплений
(сжимов) после постанов-
ки фермы на опоры
рекомендуется заранее прикрепить к одному из элементов сжима
шайбу с приваренной к ней гайкой стяжного болта, а снабжен*
иый упором удлиненный ненарезной конец болта изогнуть коле-
ном, заменяющим гаечный ключ (рис. 214, б). Каждый из эле-
ментов сжима прикрепляется к крюку самостоятельной подвес-
кой (рис. 214, г), что позволяет после развинчивания коленчатых
стяжных болтов переносить через установленную ферму, не сни-
мая с крюка, все монтажное крепление для использования его
при подъеме следующей фермы.
Монтажные сжимы, обхватывающие верхнюю часть фермы, в
— 373 —
основном работают на изгиб и, являясь распорками, восприни-
мают сжимающее усилие, равное горизонтальным составляю*
щим давления верхнего пояса фермы на скошенный конец ежи*
ма и натяжения треугольной подвески (рис. 214, айв).
Рис. 214. Подъем треугольной металлодеревянной фермы с гибким нижним
поясом. Расчетные схемы и детали
л — эпюра моментов в верхнем поясе; б-—план сжимов (распорки); « — расчетная схем»
работы сжимов; /?, Q— усилия в подвесках;' О — нагрузка от веса фермы; г — прикреп-
ление элементов сжима к крюку
Конструирование стыков верхнего пояса, расчет накладок »
болтов производятся с учетом воспринятия момента поперечной
(рис. 212, д) или продольной парой сил (рис. 214, узел А) в слу-
— 374 —
чае работы на сжатие части стыка и воспринятая растяжения на-
кладками на болтах.
При подъеме ферм с жестким нижним поясом изгибающие
моменты в их плоскости могут быть восприняты не только верх-
ним поясом, но и всей фермой в целом.
Если ферма поднимается одним крюком, верхний пояс ее ра-
ботает на растяжение, нижний — на сжатие; как в двухконсоль-
ных фермах, работает и решетка, связывающая верхний пояс с
нижним.
Фермы небольшого пролета (<15 л), запроектированные до-
статочно жесткими на изгиб из плоскости, могут быть подняты
расчетные длины
одним крюком с захватом в
коньковом узле без устрой-
ства монтажных сжимов. В
этом случае на действие ра-
стягивающей силы прове-
ряются стыки верхнею поя-
са, а на действие сжимаю-
щей силы рассчитывается
нижний пояс с учетом воз-
можности продольного изги-
ба его из плоскости фермы.
При расчете на продольный
изгиб нижний пояс можно
рассматривать как консоль,,
защемленную по середине
фермы, /коне =0,5 /пояса* ЭПЮ-
ры распределения сжимаю*
щих усилий Nc по длине
нижнего пояса зависят от
очертания фермы и характе-
ра распределения ее собственного веса. При приложении сжи-
мающей силы Nc в конце консоли, что соответствует постоянному
ее значению по всей длине консоли, свободная длина нижнего
пояса /о == 2/КОнс (рис. 215, а); при равномерном распределении
сжимающей нагрузки по длине консоли, т. е. при линейном нара-
стании сжимающей силы от нуля в свободном конце консоли
до Л/с в защемленном конце, /о=1,12/конс (рис. 215, б); при
распределении сжимающей нагрузки по треугольной эпюре с
наибольшей ординатой в свободном конце консоли, что соответ-^
ствует нарастанию сжимающих сил по закону параболы /о =
= 1,4/конс (рис. 215, в).
Расчетная гибкость нижнего пояса не должна превышать 300г
В фермах пролетом более 15 м монтажная устойчивость из
плоскости фермы обычно оказывается недостаточной. В таких
случаях рекомендуется уменьшить монтажный момент Л[макс>
изгибающий ферму в ее плоскости, путем применения треуголь-
ных подвесок с жесткими сжимами, аналогичными рассмотрен-
— 375 —
ны.м выше. Как правило, жесткие сжимы на уровне верхнего по-
яса в таких случаях требуются также и для воспринятая изги-
бающих моментов, возникающих при кантовке фермы.
Если расчетная гибкость нижнего пояса все же больше допу-
стимой, то требуется монтажное крепление жесткими сжимами
средней зоны не только верхнего, но и нижнего пояса фермы на
врубках (рис. 216).
Подъем ферм на лобовых врубках с гибкими металлическими
тяжами несколько осложняется тем, что элементы таких ферм
могут работать только на однозначные усилия, отвечающие ос-
новным расчетным схемам ферм. При подъеме в отдельных их
элементах будут возникать усилия обратного знака. В связи с
этим в фермах с параллельными поясами и в полигональных не-
обходимо ставить временные монтажные раскосы обратного на-
правления, работающие во время подъема ферм на сжатие; в тре-
угольных фермах следует ставить в опорном узле хомут, рабо-
тающий на растяжение (рис. 216), и т. д. Необходимо отметить,
что съемка парных расшивин на гвоздях (рис. 216) представ-
ляет большие трудности.
Подъем сквозных арок с затяжками, опирающихся на стены,
колонны и т. д., при пролетах до 20—25 м ведется теми же спосо-
бами, что и ферм с гибким нижним поясом.
При больших пролетах подъем арок обычно производится
при помощи двух кранов или мачт и средней подвижной башни,
снабженной рабочими площадками для монтажа ключевого
шарнира и стыка затяжки (рис. 217).
При установке подъемистых трехшарнирных арок, опираю-
щихся непосредственно на фундаменты, можно обойтись одной
— 376 —
центральной подвижной башней, снабженной двумя кранами-
укосинами (рис. 218). В этом случае полуарки поднимают-
ся парами; для этого они кантуются на земле в вертикальное по-
ложение и соединяются поперечными вертикальными связями.
Такой способ монтажа особенно удобен при сближенной парной
расстановке арок.
Подъем фермы производится после укладки и анкерного
крепления настенного бруса, заготовки неразрезных прогонов с
прибоинами, щитов покрытия и т(. д., проверки всей строповки,
подтяжки болтов фермы и после пробного подъема ее на высоту
10—20 см. Лишь после повторной, тщательной проверки всей
Рис. 217. Схема монтажа трехшар-
нирных арок из сегментных ферм
Рис. 218. Монтаж подъемистых
трехшарнирных арок при помощи
одной центральной башни, снабжен-
ной кранами-укосинами
строповки на весу производится ровный, без толчков, подъем
фермы, разворот ее при помощи расчалок из косого в прямое по-
ложение, посадка на подготовленные опоры и временное закреп-
ление в вертикальном положении. Все узлы фермы совмещают-
ся в одной вертикальной плоскости при помощи теодолита, путем
подтяжки и травления расчалок. Эта операция должна быть тща-
тельно выполнена для первой пары ферм; остальные фермы рав-
няются (рихтуются) по первой паре ферм при помощи заранее
заготовленных неразрезных прогонов с прибоинами. Положение
самих прогонов на ферме должно быть фиксировано трапецие-
— 377 —
видными прибоинами, заранее пришитыми к верхнему поясу.
Укладка прогонов и пришивка их гвоздями к ферме начинаются
с карнизного и завершаются коньковым узлом. Непосредственно
вслед за укладкой прогонов на них укладываются и пришиваются
щиты покрытия или настилы. Ферма может быть освобождена от
подвески к крюку только после надежного пространственного
крепления ее не менее чем на 2/з—полупролета со стороны
каждой опоры.
При жестких торцовых стенах пространственное -крепление
крайних ферм может быть сразу же обеспечено анкеровкой кон-
цов прогонов в стенах.
•При неустойчивых торцовых стенах (например, деревянных
каркасных) необходима постановка одновременно с укладкой
прогонов связей жесткости, воспринимающих ветровую нагрузку.
Вертикальные связи, служащие для пространственного креп-
ления среднего пояса трехшарнирных арок и рам, должны быть
заранее заготовлены и после установки арки или рамы на опоры
тотчас же прикреплены к ним.
Анкерные гнезда на- опорах должны заливаться раствором
лишь после загрузки фермы собственным весом покрытия.
Раздел восьмой
Пространственные деревянные
конструкции
Глава 1
ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ
ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ
§ 104. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Пространственные д. к. различаются в зависимости от фор-
мы плана перекрываемого здания и способов их опирания на
стены.
К основным конструктивным типам пространственных д. к.
относятся: своды при прямоугольном плане и опирании по про-
дольным сторонам «ли по контуру здания; складки и своды-обо-
лочки при опирании в основном только на торцовые стены; кре-
стовые своды при опирании на колонны, расположенные в углах
квадратного в плане здания; сомкнутые своды — при опирании
по контуру здания квадратного или многоугольного в плане; ку-
пола — при опирании по контуру круглого в плане здания.
Все указанные выше решения могут быть выполнены в виде
1) тонкостенных оболочек;
2) ребристых складок и оболочек, в которых для увеличения
жесткости тонкостенные элементы усилены ребрами;
3) сетчатых систем.
В табл. 23 и на рис. 219 приведены основные схемы и технико-
экономические характеристики пространственных д. к. в покры-
тиях.
В таких пространственных конструкциях как складки, сво-
ды-оболочки, купола-оболочки, элементы ограждения совмещены
с элементами конструкции, поэтому при применении этих систем
в утепленных покрытиях необходимо предотвратить опасность
— 375 —
ТиНКиСшсппЫС ииОлични
PcupuClItDie CK/iUUHU*0UUfSU4HU
СеI пЧи iчыс nстсгпрунцuu
К брутально -сетчатые своды
5. Нружально - сетчатые
крестовые своды
Ц. Тонкостенные крестовые своды*
оболочки
8. Сомкнутые нрцжално-
сетчатые своды
9. Тонкостенные купола -оболочки
//, Сетчатые купола
Рис. 219. Основные схемы пространственных деревянных конструкций в по-
крытиях -
конденсационного увлажнения и загнивания деревянных эле-
ментов конструкций. В этих конструкциях должны быть приняты
меры по беспечению надежного осушающего эксплуатационного
режима покрытия (надежная кровля, осушающие продухи, при-
менение негниющих и несгораемых утеплителей и т. д.), а в кон-
струкциях постоянного назначения обязательно антисептирова-
ние древесины.
Кружально-сетчатые своды и купола не являются совмещен-
ными конструкциями, поэтому опасность загнивания в этих си-
стемах значительно меньше, чем в оболочках или складках.
В отличие от плоскостных систем в пространственных д. к.
разрушение какого-либо одного элемента обычно не приводит к
обрушению всей конструкции, поскольку вместо выбывшего эле-
мента в работу включаются смежные, пространственно связан-
ные с разрушившимся элементом. Разрушение пространственных
д. к. обычно сопровождается большими деформациями, приводя-
щими к искажению геометрической формы конструкции, в неко-
торых случаях разрушение происходит от потери устойчивости
всей системы (распорные своды) или отдельных ее элементов.
Применение указанных в табл. 23 пространственных д. к. це-
лесообразно в следующих случаях:
1) если необходимо использовать внутренний габарит поме-
щения при малой строительной высоте конструкции и, следова-
тельно, нецелесообразно применение подвесного потолка;
2) если распор желательно передать не сосредоточенно, а по
всей длине фундаментов или продольных стен (область приме-
нения распорных сводов);
3) если в продольных стенах необходимы большие проемы
для ворот (например, в ангарах) и опирание должно осуществ-
ляться на торцовые стены (область применения ребристых сво-
дов-оболочек и складок);
4) в покрытиях над помещениями круглыми, квадратными
или многоугольными в плане (область применения куполов и
сомкнутых сводов).
Применение пространственных д. к. нецелесообразно в покры-
тиях над зданиями с высокой влажностью воздуха, а также в
многорядовых покрытиях с ендовами, так как в них возможно
образование снеговых мешков.
Из указанных в табл. 23 следует рекомендовать к массовому
применению конструкции индустриального изготовления — кру-
жально-сетчатые своды и купола.
Складки, своды-оболочки и купола-оболочки раньше выпол-
нялись в основном в виде гвоздевых конструкций построечного
изготовления. Такого рода конструкции многодельны в выпол-
нении и обладают повышенной деформативностью из-за податли-
вости гвоздевых соединений. В настоящее время эти конструкции
можно выполнять из клееных или клеефанерных блоков, изго-
товляемых заводским путем, а сборку вести индустриальными
— 381 —
Таблица 23
Основные схемы и технико-экономические характеристики пространственных д. к. в покрытиях (рис. 219)
Обозначения: kC B — коэффициент собственного веса;
kM — затрата металла в % от веса конструкции, но без учета
затяжек
Оо
Название и краткая характеристика Генеральные размеры и технико-экономические показатели Область применения
Распорные своды 1. Кружальпо-сетчатые своды кругового очертания с затяжкой или с передачей распора непо- средственно опорам с узловыми сопряжениями на врубках в безме- тальных сводах и па болтах в ме- тальных сводах. Сборная конст- рукция заводского изготовления (схема 1а). 2. Кружально-сетчатые своды стрельчатого очертания без затя- жек с передачей распора непо- средственно опорам (схема 16). Сопряжения те же, что в п. 1. Сбор- ная конструкция заводского изго- товления * При пролете 20—25 м требуется Z = 1280*jh; ///> 1/7; Л//> 1/100; £св = 13 ч- 15 В безметальных сводах *м = 14-2*/0; в метальных сводах *м = 3ч-5о/о /=124-80*^; ///>1/3; fjl^ 1/15; /г// > 1/100; &с.в и kM— те же, что в п. 1 применение клееных косяков. Покрытия над производствен- ными помещениями, гаражами, ан- гарами, театрами, выставочными павильонами и т. п. Холодные покрытия над произ- водственными помещениями, скла- дами и т. п. при стальной, ши- ферной и т. п. кровлях
Продолжение табл. 23
Название и краткая характеристика Генеральные размеры и технико-экономические показатели Область применения
Складчатые конструкции
3. Ребристые складчатые одно- рядовые и многорядовые покрытия треугольного очертания с опира- нием на торцовые степы. Сопря- жения на клею или на гвоздях (схема За). /=12ч-30 ж;/// = 1/2 4-1/9; //В =14-3; а>35 4-45°; *с.в=15ч-20; kM = 3 4- 5°/о (сопряжения на гвоздях) Покрытия над производствен- ными помещениями, складами, га- ражами и т. п.
Своды-оболочки
4. Тонкостенные своды-оболочки кругового очертания с опиранием на торцовые стены и с горизон- тальным закреплением края фер- мами жесткости. Сопряжения от- дельных элементов на клею или на гвоздях (схема 2). / = 20 4- 40 м-, f/l = 1/5 ч- 1/6; //В = 2,5 4- 3; 2а > 120°; *с.в = 10 4-15; Ам=4 4-5°/0 (сопряжения на гвоздях) Покрытия над производствен- ными помещениями, складами, га- ражами при необходимости глад- кой поверхности потолка
5. Ребристые своды-оболочки кругового очертания с опиранием на торцовые стены. Сопряжения на клею или на гвоздях (схема 36) / = 20 4- 100 м; fll = 1/6 4-1/8; IjB > 4; 2а > 90°; Лс.в = 6 - 12; ku = 5 - 8о/о (сопряжения на гвоздях) Покрытия над производствен- ными помещениями, ангарами, складами и т. п.
Продолжение табл, 23
384
Название и краткая характеристика Генеральные размеры и технико-экономические показатели Область применения
Купола 6. Покрытия куполообразной фор- мы из трехшарнирных арок с пере- дачей распора непосредственно опорам 7. Тонкостенные сферические купола-оболочки. Сопряжения на клею или на гвоздях (схема Р) 8. Ребристые сферические ку- пола-оболочки. Сопряжения на клею или на гвоздях (схема 10) 9. Купола в виде сомкнутого свода-оболочки с планом, имею- щим форму квадрата или правиль- ного многоугольника. Сопряжения на клею или на гвоздях (схемы 6 и 7) / = 20 4-70 ж; ///=1/2 4-1/6; А// = 1/30 4-1/40; Лс.в = 3 ч- 5; Лм = 4ч-6°/0 (для гвоздевых конст- рукций); А?с.в =*= 2 ч-4; £м = 2 4-3% (для клееных конструкций) /= 12ч-35 м\ ///=1/2 4-1/6; Aa/Z = 1/200 4-1/250; £с.в = Ю 4-15; Лм = 34-5% (сопряжения на гвоздях) / = 35 4- 60 м\ fll = 1/2 4-1/6; hp/l = 1/50 4-1/70; £с.в = Ю 4-15; ^м = 4 —6°/0 (сопряжения на гвоздях) / = 20 4-40 ж;///=1/2 4-1/6; Ар// =1/40-4-1/60 (для ребристого купола); Лс.в = 10 4-15; Лм = 4 4-6°/0 (сопряжения на гвоздях) Покрытия над цирками, мане- жами, зрительными залами, имею- щими в плане круговое очертание, и т. п. Покрытия над производствен- ными зданиями, имеющими в плане круговое очертание То же, что в п. 6 и 7 То же, что в п. 6 и 7 при плане, имеющем квадратную или много- угольную форму. В виде полуку- пола в качестве покрытия над сценой, эстрадой, оркестровой ра- ковиной и пр.
Продолжение табл. 23
См
Название и краткая характеристика Генеральные размеры и технико-экономические показатели Область применения
10. Сферические кружально-сет- чатые купола. Характеризуются нестандартностью косяков, формы и размеры которых изменяются по высоте купола. Узловые сопря- жения те же, что в п. 1. Сборная конструкция заводского изготов- ления (схема 11) 1 = 15 ч- 35 м; fit=1/2 ч- 1/6; Л//=1/150; £с.в = 8ч-10. В безметальных куполах = 1 4- 2%; в метальных куполах Лм = Зч-5°/0 То же, что в п. 6 и 7
11. Купола в виде сомкнутых кружально-сетчатых сводов с пла- ' ном, имеющим форму квадрата или правильного многоугольника. Ха- рактеризуются стандартностью ко- сяков. Узловые сопряжения те же, что в п. 1. Сборная конструкция заводского изготовления (схема 8) 1 = 15ч-45 л;///=1/2 4-1/6; h/l > 1/150; Лс.в и ku—те же, что в п. 10 То же, что в п. 6 и 7
Примечание. Складчатые коне*] в виде сомкнутого свода-оболочки (п. 9) Я1 мерных блоков и конструкциями Построечн грукции (п. 3), своды-оболочки (п. 4 и 5), сфер вляются конструкциями заводского изготовления п ого изготовления при сопряжении отдельных эле шческие купола-оболочки (п. 7 ри выполнении их из клееных ‘ментов на гвоздях. и 8), купола или клеефа-
методами. Применение клея в качестве соединения элементов
складок и оболочек значительно увеличит их жесткость.
Для создания клееных и клеефанерных складок и оболочек
необходимо опытное проектирование и экспериментальная их
проверка при изготовлении, монтаже и в эксплуатации.
Глава II
КРУЖАЛЬНО-СЕТЧАТЫЕ СВОДЫ
§ 105. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Кружально-сетчатые своды (схема 1 на рис. 219; рис. 220—
222) представляют собой пространственную конструкцию, состо-
ящую из отдельных, поставленных на ребро стандартных эле-
ментов — косяков, идущих по двум пересекающимся направле-
ниям и образующих ломаные винтовые линии.
Рис. 220. Кружально-сетчатый свод над физ'
культурным залом (Московская обл.)
Кружально-сетчатые своды в поперечном сечении имеют сна-
ружи круговое или правильное многоугольное очертание. В пер-
вом случае верхняя грань косяков имеет близкое к круговому
эллиптическое очертание, а во втором — ломаное. Из таких же
косяков могут быть выполнены сетчатые покрытия в виде купо-
лов.
Распор покрытий воспринимается либо металлическими за-
тяжками, либо непосредственно опорами.
Характерными особенностями всех кружально-сетчатых по-
крытий являются:
1) стандартность косяков, дающая возможность заготовки их
заводским способом, что полностью отвечает современным тре-
бованиям индустриализации и стандартизации строительства;
— 386 —
2) небольшие размеры косяков;
3) транспортабельность элементов при их перевозке;
4) сборность конструкции;
5) простота и быстрота сборки;
6) возможность устройства кровельного настила непосредст-
венно по несущей конструкции (без прогонов и вспомогательных
стропильных ног).
Применение кружально-сетчатых сводов в многорядовых по-
крытиях не рекомендуется, так как снеговые «мешки» в местах
примыкания сводов обычно создают большие боковые давления,
что может привести к значительным деформациям свода.
В зависимости от способа узлового соединения косяков раз-
личают два конструктивных варианта кружально-сетчатых сво-
дов: 1) своды с узлами на шипах (безметальные) системы
С. И. Песельника; 2) своды с узлами на болтах системы Цолль-
бау.
Косяки сводов выполняются из сплошных цельных досок, по-
перечное сечение которых ограничено естественными размерами
сортамента лесоматериалов, поэтому пролеты, перекрываемые
кружально-сетчатыми сводами, ограничены; Для имеющегося
сортамента лесных материалов предельный пролет равен при-
близительно 18—20 м. Применение клееных косяков из досок
или клеефанерных косяков позволяет перекрывать значительно
большие пролеты (до 80 м).
В конструкции покрытий всех систем (см. например, рис. 229)
различают три типа узлов: основные (средние); опорные, в кото-
рых косяки сопрягаются с настенными брусьями, и торцовые, в
которых косяки сопрягаются с торцовой аркой.
Основные узлы сетки образуются из трех косяков, один из
которых является сквозным и проходит через узел не прерыва-^
ясь, а два других «набегающих» косяка примыкают к сквозному
косяку.
§ 106. КОНСТРУКЦИЯ КРУЖАЛЬНО-СЕТЧАТЫХ сводов
1. Безметальные кружально-сетчатые своды системы
С. И. Песельника1
ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ И ДЕТАЛИ КОНСТРУКЦИИ
Косяки свода на концах снабжены шипами, а по середине их
длины — сквозными гнездами (рис. 223). В каждом узле сетки
сопрягаются три косяка, из которых два набегающих косяка вхо-
дят (с двух сторон) своими шипами в гнезда сквозного косяка.
1 По данным проекта инструкции ЦНИПС.
25* — 387 —
Сетка безметального кружально-сетчатого свода применяется
как прямоугольная (рис. 221), так и косоугольная (рис. 222)
обычно с углом около 45°.
Верхняя грань косяка делается кругового, двускатного (рис.
224 и 225) или трехскатного очертания (см., например, рис.
231, б) .Трехскатный косяк более жесток по сравнению с дву-
скатным. Ось гнезда для шипа располагается по середине дли-
ны и высоты косяка. Высота гнезда, а следовательно, и шипа
должна быть, как правило, равна 1/4 высоты косяка. Для бо-
лее плотного примыкания косяков в гнезде ширина гнезда де-
лается на 2 мм меньше двойной ширины шипа; на концах шипов
устраиваются фаски для облегчения ввода шипов в гнезда. Для
большего удобства производства работ рекомендуется распола-
— 388 —
Рис. 222. Безметальный кружально-сетчатый свод системы Песельника с ко-
соугольной сеткой
гать набегающие косяки в узле
таким образом, чтобы шип выше-
лежащего косяка ложился в
гнезде на шип нижележащего
(рис. 221 и 222).
При работе кружально-сетча-
того свода в его косяках, помимо
нормальных напряжений вдоль
волокон, возникают также растя-
гивающие напряжения поперек
волокон (подробнее см. § 107).
Как известно, предел прочности
древесины сосны и ели на рас-
тяжение поперек волокон невелик
и составляет в среднем 20—
30 кг!см*\ эти значения сильно
снижаются, если в древесине
имеются усушенные трещины.
Для того чтобы уменьшить
величину растягивающих напря-
жений поперек волокон, косяки
следует делать возможно боль-
шей длины, соблюдая следующие
условия: высота fti торца кося-
Рис. 223. Узел кружально-сетча-
того свода. Шипы перпендику-
лярны торцовому скосу косяка
(но не к плоскости нижней
грани)
— 389 —
ка должна быть не меньше половины высоты его посередине и
во всяком случае не менее 10.см. Отношение длины косяка к его
высоте посередине 4/10, толщина косяка Ь должна быть не
менее 2,5 см, а отношение Ак/6< 4,5.
Косяки прямоугольной сетки свода имеют более простую фор-
му концов и более просты в изготовлении. Однако при проекти-
ровании кружально-сетчатого свода с прямоугольной сеткой дли-
на косяков получается небольшой (<2 м), что повышает опас-
ность их разрушения от растяжения поперек волокон. В связи с
этим косяки с прямоугольной сеткой применяются для сводов не-
Рис. 224. Косяк для свода с прямоугольной сеткой
больших пролетов (/ = 1Q+-13 м); для больших пролетов приме-
няется косоугольная сетка.
Для упрощения геометрической формы концов косяков в без-
метальном кружально-сетчатом своде предусматривается закру-
чивание косяков, производимое при сборке свода. Закручивание
косяков, проводимое ручным путем, может быть выполнено про-
сто только при небольших толщинах косяка (2,5—4 см). В ре-
зультате закручивания косяков происходит обмятие древесины в
шипах и гнездах, что несколько уменьшает жесткость сводов.
Косяки кружально-сетчатого свода примыкают к настен-
ному брусу обычно по центрам узлов с вырезкой в брусьях спе-
циальных гнезд (рис. 226) и пришивкой концов косяков гвоз-
дями.
390 —
Затяжки из- круглой стали, воспринимающие распор, распо-
лагаются по длине свода обычно через 1,5—3 м. Рекомендуется
шаг затяжек назначать кратным шагу косяков.
Кружальные торцовые арки, обрамляющие свод по его тор-
цам, выполняются из двух и более слоев косяков. В первом слу-
чае стыки косяков одного слоя арки делаются по середине дли-
Рис. 225. Косяки для
свода с косоугольной сеткой
ны косяков другого слоя. Торцовые арки опираются на деревян-
ную или каменную торцовую стену.
Готовые косяки свода примыкают к торцовой арке, от кото-
рой начинается сборка, обычно по центрам узлов (рис^ 227). Ко
второй торцовой арке они прирезаются по месту (рис. 221 и 222).
В случае, если длина настенного бруса делится на равные от-
резки, являющиеся шагом косяков, то они примыкают ко второй
торцовой арке также по центрам узлов. Концы косяков закрепля-
ются гвоздями.
В прямоугольной сетке имеется шесть типов, а .в косоугольной
семь типов косяков. На практике, как правило, оперируют од-
ним стандартным косяком в прямоугольной сетке и двумя (лё-
— 391 —
вым и правым) — в косоугольной сетке, прирезая их к настенно-
му брусу и к опорной арке.
Рис. 226. Гнезда в настенных брусьях в мес-
тах примыкания косяков
При расположении торцовых стен на небольшом расстояния
друг от друга увеличивается жесткость свода и уменьшаются
изгибающие моменты, действующие в косяках. На основании
опытных данных установлено, что .разгружающее действие жест-
ких фронтонов имеет место только в том случае, если они рас-
положены на расстоянии В<2,5$д, где $д— длина дуги попереч-
ного сечения свода. При расстоянии В между фронтонами, боль-
шем 2,5«д, для облегчения работы свода прибегают иногда к уст-
ройству промежуточных жестких диафрагм, которые выполня-
ются в виде плоской .(сквозной или сплошной) конструкции.
— 392 —
Вырезы или отверстия в сетке покрытия окаймляются бру-
сьями. образующими жесткую раму, к которой примыкают ко-
сяки сетки покрытия.
Фонари устраивают без выреза сетки, что является нормаль-
ным решением верхнего света, характерным для сетчатых сводов.
Устройство холодной стальной кровли и кровли с утеплите-
лем и рулонным ковром по кружально-сетчатому своду показа-
но на рис. 228.
По дба гвоздя в каждом косяке
Рис. 227. Примыкание косяков к
торцовой арке. План-развертка
Рис. 228. Типы покры-
тий по кружально-сет-
чатым сводам
СЕТКА СВОДА
Основные размеры сводов — пролет, длина, стрела подъема —
устанавливаются в зависимости от назначения свода, а также от
архитектурных требований.
При выборе сетки сводов и косяков следует иметь в виду, что
косяки по своим размерам должны удовлетворять соотношениям,
указанным выше, и что длина их должна быть по возможности
такой, чтобы при раскрое досок нормальной длины получался
минимум обрезков. Экономичность как самой конструкции сет-
ки, так и настила (или обрешетки), работающего в основном на
изгиб, с максимальным пролетом, равным расстоянию между
узлами косяков, зависит от шага косяков с. Чем больше значе-
ние с (при остальных одинаковых размерах сетки), тем больше
изгибающие моменты, действующие в косяках, и тем с большим
пролетом работает настил.
Для сводов пролетами до 20 м рекомендуется назначать
с = 0,7— 1,5 л.
В целях получения минимального количества типов косяков
и одинакового примыкания к торцовым стенам и к настенному
26—2665
— 393 —
брусу расстояние между торцовыми стенами делится на равные
отрезки с, а длина дуги — на равные расстояния As; при этом
величину угла между косяками ф рекомендуется назначать от
35 до 90°.
2. Кружально-сетчатые своды с узлами на болтах системы
Цолльбау
В своде этой системы косяки в основных (средних) узлах сое-
диняются между собой болтами, работающими на растяжение
(рис. 229 и 230). При этом набегающие косяки примыкают
к сквозному косяку близ середины его длины с некоторым сме-
щением s. Величина смещения должна быть минимальной и
выбирается так, чтобы отверстия для болтов на концах кося-
ков находились вне скошенной торцовой поверхности послед-
них.
В обычных конструкциях, где угол между косяками и образу-
ющей свода не меньше 67°, минимальная величина смещения
s = 2Ь + 30 мм.
где Ь — толщина косяка.
Ось болта проходит через центр узла, совпадающий с сере-
диной сквозного косяка.
Косяки имеют на концах круглые отверстия по диаметру бол-
тов плюс 4 мм, а посередине продолговатое отверстие такой же
ширины. Длина 1\ отверстия выбирается так, чтобы болт мог
свободно пройти через него под нужным углом (рис. 231).
При высоте h косяка более 22 см и при высоте hi торца кося-
ка более 18 см рекомендуется ставить два узловых болта вмес-
то одного. В этом случае оси болтов делят высоту торца косяка
hi на три приблизительно равные части.
К основным размерам косяков предъявляются те же требова-
ния, что и к размерам косяков с узловыми соединениями на ши-
пах.
Опорный узел образуется из основного среднего узла путем
разреза последнего по оси О—О (отброшенная половина основ-
ного узла показана на рис. 229 пунктиром).
Косяки в опорных узлах врубаются в настенные брусья. Глу-
бина врубки обычно бывает не менее 10 см. Опорные косяки со-
прягаются с настенными брусьями при помощи гвоздей и при-
жимных клиновидных брусков, скрепляемых болтами или глуха-
рями диаметром 12—16 мм (рис. 229).
Торцовый узел (рис. 229) образуется также из основного сред-
него узла путем разреза последнего по оси А—А (отброшенная
— 394 —
Передний фасад
Поперечный разрез
Рис. 229. Кружально-сетчатый свод пролетом 14,7 м с узлами на болтах
Косяк N1 (правый и левыйJ
\h--20
hr-h-aa
Косяк N3
Косяк N 5
Рис. 230. Косяки свода с узлами на болтах (см. рис. 229)
— 396 —
половина основного узла показана на рис. 229 пунктиром). Тор-
цовые косяки соединяются с фронтонной аркой болтами.
Из четырех узлов
покрытия (рис. 229) два
узла, расположенных
по одной диагонали
прямоугольного плана
покрытия с концами
косяков, смещенными
внутрь от осевой фрон-
тонной линии А—А
(рис. 232, а), конструи-
руются со вставкой
клина аналогично нормальному опорному узлу. Два других
угловых узла, расположенных по другой диагонали плана покры-
тия (рис. 232, б) и смещенных наружу от осевой фронтонной
линии А—А, представляют собой промежуточную конструкцию
между опорными и торцовыми узлами и образуются кося-
ками № 5
Рис. 232. Угловой узел
а — с вкладышем; б — без вкладыша
При проектировании сетки свода постоянный шаг косяков с
(рис. 229) для пролетов до 20 м рекомендуется выбирать в пре-
делах от 0.7 до 1 м.
Величина угла ф (рис. 229) между косяками назначается в
пределах от 30 до 50°, а величина угла а между нижними реб-
рами косяков и образующей свода — от 65 до 75е.
Сетка кружально-сетчатого свода с узловыми соединениями
на болтах состоит из косяков шести различных типов. Из них
— 397 —
два косяка (правый и левый) являются основными, а осталь-
ные— производными от этих основных косяков (рис. 230).
В остальном конструкция свода с узловыми соединениями на
болтах аналогична своду с узловыми соединениями на шипах.
3. Своды из составных клеефанерных косяков
Применение составных клеефанерных косяков (рис. 233) поз*
воляет перекрывать кружально-сетчатыми сводами большие про-
леты при сравнительно небольшом собственном весе конструк-
ции.
Рис. 233. Клеефанерный косяк
безметалыюго свода (а) и узел свода (б)
Клеефанерные косяки могут быть применены как при узловых
соединениях на шипах, так и на болтах. Наличие фанерной стен-
ки в косяках устраняет опасность их разрыва поперек волокон.
Для кружально-сетчатых сводов с узловыми соединениями на
шипах косяки выполняют крыловатой (винтообразной) формы1,
что исключает необходимость закручивания косяка при сборке
свода или устройства шипов сложной формы. Косяки имеют ко-
робчатое сечение и состоят из поясов, выполненных из остроган-
ных досок толщиной 34—44 мм и ребер жесткости, служащих
для придания фанерным стенкам достаточной устойчивости,. На
концах и посередине косяки имеют сплошное сечение. Стыки ли-
стов фанеры перекрываются накладками на клею.
Решение основного узла арки из клеефанерных косяков и
разложение продольных сил в узле показано на рис. 233.
Конструкция и расчет составных косяков аналогичны состав-
ным балкам с фанерной стенкой.
1 Предложено и разработано Г. Г,. Карлсеном и Б. А. Освенским.
- 398 —
§ 107. РАСЧЕТ КРУЖАЛЬНО-СЕТЧАТЫХ. СВОДОВ
Кружально-сетчатый свод благодаря большому количеству
шарнирных соединений представляет собой сложную простран-
ственную систему. Так как точный статический расчет кружаль-
но-сетчатого свода весьма громоздок и сложен, применяют рас-
чет по приближенному методу, точность которого, как показали
многочисленные опыты, вполне достаточна для практического
пользования.
Этот метод состоит в следующем.
Из покрытия нормально к его оси выделяется расчетная по-
лоса шириной с (рис. 221 и 222).
В соответствии с конструкцией свода выделенная полоса рас-
считывается обычными ме-
тодами как двух- или трех-
шарнирная арка постоянной
жесткости, нагруженная при-
ходящейся на нее нагрузкой.
При расчете свода площадь
сечения арки берется равной
площади сечения двух кося-
ков, а момент инерции сече-
ния арки приравнивается к
моменту инерции Среднего рис 234. Определение изгибающего
Сечения одного косяка. момента в косяке
В каждом узле сетки сво-
да изгибающий момент вос-
принимается полностью только одним сквозным косяком. Полу-
ченный из расчета изгибающий момент Мо дает составляющие
на вертикальные плоскости, проходящие через косяк Mi и через
образующую М2 (рис. 234)
м,=
JMp
sin а
(78а)
где Af0—изгибающий момент в выделенной полосе свода;
а — угол между косяком и образующей свода.
Момент М2 в свою очередь дает составляющие Мк' и Мк" в
плоскости, перпендикулярной осям примыкающих косяков, кото-
рые вызывают в них кручение, погашаемое в основном настилом,
прибитым к косякам.
Благодаря пространственной работе покрытия на величину
изгибающих косяки моментов оказывают влияние жесткие фрон-
тоны, которые увеличивают жесткость покрытия и уменьшают ве-
личины прогибов и изгибающих моментов в косяках,.
Разгружающее действие жестких фронтонов определяется ко-
эффициентом /?ф представленным в табл. 24 в зависимости от
отношения В/зл , где В — расстояние между жесткими фронтона-
ми, sA — длина дуги поперечного сечения свода.
— 399 —
Таблица 24
Коэффициенты k ф для учета разгружающего действия фронтонов при расчете
кружально-сетчатых сводов
1 и менее 1,5 2 2,5 и более
кф 20 1,4 1,1 1,0
Таким образом, расчетный изгибающий момент в косяке при-
нимается равным:
М
расч
Му
Е Лф sin а
(79)
При внецентренном узловом сопряжении неизбежно появление
дополнительных изгибающих моментов, действующих в направ-
лении меньшего момента инер-
ции косяков (рис. 235). Одна-
ко, как правило, при наличии
продольного настила эти допол-
нительные моменты обычно
расчетом не учитываются.
В выделенной арочной поло-
се нормальные силы No воспри-
нимаются одинаково обоими
косяками (рис. 236,а). На каж-
дый косяк передается усилие.
Рис. 235. Схема работы кося-
ков в плоскости их меньшего
момента инерции
(80)
^=
2sin а
Проверка напряжений в косяках производится по формуле*
Рис. 236. Схемы разложения нормальных сил в узлах свода
а — в узле между косяками; б к торцовом узле
— 400 —
Здесь Fm и ТГнт—площадь и момент сопротивления нетто
косяка в середине его длины;
а — угол между продольной осью косяка и об-
разующей свода;
е = 1--------(82)
ЗЮО^Лбр^с bin а
X — гибкость свода, определяемая по формуле
X =------0.74,----_ 3.5/0 . (83)
. , Sin а Лк
si" |/ £
Г бр
0,7 — эмпирический коэффициент, учитываю-
щий пространственную работу сетки
свода.
Так как суммарная деформация свода определяется длиной,
на которой происходит накопление элементарных деформаций
под воздействием изгибающего момента, то, учитывая косое на-
правление косяков, расчетная длина свода увеличивается деле-
нием на sin а.
Свободная (расчетная) длина дуги свода /о принимается: при
наличии односторонней нагрузки /о = 0,5s; при наличии симмет-
ричной нагрузки — для двухшарнирных сводов Zo=O,6s и для
трехшарнирных Zo=0,7s.
На основании произведенных испытаний кружально-сетчатых
сводов с узловыми сопряжениями на шипах по НиТУ рекомен-
дуется принимать.
х = ±*ч
Лк
При малых значениях напряжения изгиба k {—» не пРе*
вышающих 10% от напряжения ———, косяки рассчитывают-
2rUT sin а
ся на устойчивость без учета изгибающего момента по формуле
2^бр ? sin “
Здесь ф— коэффициент продольного изгиба, определяемый
по расчетной гибкости К.
Сжимающие усилия в косяках, примыкающих к торцовой сте-
не, дают равнодействующую в направлении образующей свода
jVp = Xoctga (рис. 236, б).
Во избежание передачи усилия Np на торцовые стены их вос-
принимают досками продольного настила (обрешеткой), при-
крепляемыми к верхнему поясу торцовой арки гвоздями.
Необходимое число гвоздей для прикрепления одной доски
— 40! —
продольного настила шириной Ь к торцовой арке находится по
формуле;
гв Д5ТГВ
Стыки досок продольного настила располагаются вразбеж-
ку. Каждая доска на длине стыка прикрепляется к косякам гвоз-
дями в количестве, не меньшем полученного по формуле (85),
Расчет продольного настила ведется на совместное действие из-
гиба от внешней нагрузки на пролете между косяками и на рас-
тяжение, вызываемое силой Мр.
Разложение сил в узле кру-
жально-сетчатого свода с узловы-
ми соединениями на болтах по-
казано на рис. 237.
Сила смятия косяков в узлах,
направленная по нормали, к
сквозному косяку, равна:
Натяжение болтов в узлах
определяется по формуле
N = JV(lctg2a, (87)
2sin а
Разгружающее влияние тре-
ния, создаваемого натяжением
болтов, на величину силы, смя-
тия Nc в узлах на практике не
учитывается. Вместе с тем счи-
тается, что поперечные силы в
узлах кружально-сетчатых сводов на болтах воспринима-
ются силой трения между косяками, создаваемой натяжением
болтов.
При расчете кружально-сетчатых сводов с узловыми соеди-
нениями на шипах необходимо учитывать-влияние поперечных
сил на работу косяков.
В каждом узле расчетной полосы свода изгибающий момент
воспринимается только одним сквозным косяком, служащим опо-
рой для двух набегающих косяков. Каждый косяк работает как
однопролетная балка с приложенными к ней грузами -Q
(рис. 238). <
Для такой балки имеем М = - %—~~ » откуда находим по-
перечную силу Q, равную опорной реакции балки Q = -—<
LK—b
— 402 —
Расчетная опорная реакция одного косяка может быть най«
дена с учетом выражения (79) по формуле
q _ 2Л10
. £Лф51Па(£к — Ь)‘
Проведенными экспериментальными исследованиями уста
новлено, что во избежание разрушения косяков от разрыва попе
рек волокон при действии сил Q (рис. 238). необходимо назна
чать соотношения размеров косяков, указанные в § 106.
Конструкция жестких фрон- >
тонов, а также примыкание свода
к фронтону должны быть прове-
рены расчетом на нагрузку (сим-
метричную и одностороннюю),
равную на единицу длины гори-
зонтальной проекции фронтонной
арки:
(87а)
2 \ оЛф /
где q — соответствующая (сим-
Рис. 238. Эпюра изгибающих мо-
ментов в отдельных косяках (а) и
характер разрушения косяка (б)
метричная или односто-
ронняя) нагрузка на го-
ризонтальную проекцию свода. Значение В в формуле (87а)
должно приниматься не более 2,5$д.
Настенные брусья рассчитываются на изгиб. В зависимости
от схемы опирания расчет их производится:
а) при опирании на отдельно стоящие стойки — на косой из-
гиб от действия вертикальной и горизонтальной (распор) на-
грузки от свода; б) при опирании на стену — на изгиб в гори-
зонтальной плоскости от действия распора.
Расчетными пролетами являются: при расчете на вертикаль-
ные нагрузки — расстояние между стойками и на горизонталь-
ные— расстояние между затяжками свода.
§ 108. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СЕТКИ
КРУЖАЛЬНО-СЕТЧАТОГО СВОДА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ
При построении кружально-сетчатого свода его можно рас-
сматривать как производную ряда двухслойных кружальных
арок. Для этого все косяки четных рядов поворачиваются на
угол 90° — а в одном направлении вокруг нормали /?н к нижней
кромке косяка, проходящей через середину длины и толщины
косяка. Косяки нечетных рядов арки поворачиваются на тот же
угол, но в обратном направлении (рис. 239).
Так как поворот косяков происходит вокруг нормалей /?н, то
многогранник, образуемый плоскостями нижних кромок кося-
ков арки, остается при вращении косяков без изменения и пря-
— 403 —
Рис. 239. Схема образования
сетчатого свода из кружальной арки
Рис. 240. Положение косяков в пространстве (ребра а—Ь см. на рис. 239).
Прямая 2—3 является следом продолжения грани В на пласти сквозного
косяка
— 404
мые ab— ребра многогранника (рис. 239)—остаются в сетча-
том своде в той же плоскости, что и в арке.
Учитывая это, можно представить себе образование свода
следующим образом: косяки свода укладываются нижней кром-
кой на одной плоскости в положении, указанном на рис. 239
пунктиром, и закрепляются на этой плоскости посередине длины
в пределах между двумя пря-
мыми ab, затем плоскость
вместе с расположенными на
ней косяками превращается
путем перегиба по линиям ab
в правильный многогранник с
ребрами ab и внешним уг-
лом др.
На основании изложенного
может быть произведен геомет-
рический расчет косяков свода
исходя из условия пересечения
двух плоскостей (боковых гра-
ней косяков), наклоненных под
углом а к образующей свода
(рис. 240). Наиболее простое
решение задачи получается при
рассмотрении положения ниж-
Рис. 241. Обозначения уг-
лов и размеров пирамиды
1-2-3-4
них кромок косяков, располо-
женных на гранях воображаемого многогранника1. Основные
величины, необходимые для определения геометрических величин
косяков, находятся из образующейся при этом трехгранной
пирамиды 1-2-3-4 (рис. 241) *.
Плотность сопряжения отдельных косяков между собой зави-
сит от правильности и точности их формы и размеров, поэтому
в геометрическом расчете все размеры сетки и косяков опреде-
ляются с точностью до 1 мм.
§ 109. ВОЗВЕДЕНИЕ КРУЖАЛЬНО-СЕТЧАТЫХ СВОДОВ
Применение кружально-сетчатых сводов, которые являются
сборными конструкциями и составлены из стандартных элемен-
тов (косяков), дает возможность максимально механизировать
производство работ.
Большая часть работ по изготовлению косяков может выпол-
няться на деревообрабатывающем предприятии строительного
треста или на заводе.
1 Метод предложен В. Г. Писчиковым.
♦ Основные формулы для геометрического расчета сетки свода и косяков
кружально-сетчатого свода с узловыми соединениями на болтах см. [7]; с
соединениями на шипах см. [3].
— 405 —
В процессе изготовления косяки должны сравниваться с зара-
нее заготовленным точным шаблоном. Отклонения от проектных
размеров допускаются не более 1 мм.
Сборка сетки безметального кружально-сетчатого свода си-
стемы Песельника производится следующим образом.
Предварительно на земле около пяты торцовой арки соби-
рается из косяков участок сетки свода (рис. 242).
Рис. 242. Монтажный участок сетки для кругового свода системы Песельника
По центрам узлов, намечаемых в точках Л, Б, В и Г, прочер-
чиваются по рейке линии АБ и ВГ. По прочерченным линиям
производятся сквозные пропилы сетки в узлах. Направление про-
пила должно быть перпендикулярно нижней грани сквозного ко-
сяка. Полученные в результате пропила части монтажного уча-
стка АБГ и АБВ являются угловыми частями свода у пят на-
чальной торцовой арки. Часть БАГ переносится и ставится по
левому настенному брусу, часть БАВ — по правому. Отрезан-
ные косяки монтажного участка служат шаблонами для всех ос-
тальных косяков примыканий к настенным брусьям и к торцо-
вой арке.
После переноски монтажных участков и пришивки косяков
гвоздями (по два гвоздя на косяк) к торцовой арке и настенно-
му брусу производится дальнейшая сборка свода симметрично
от обоих настенных брусьев к коньку свода.
— 406 —
Для поддержания сетки свода во время сборки применяются
обычные инвентарные подмости, легкие передвижные подмости-
леса, отдельные подпорки из жердей или металлических труб.
Устройство стационарных лесов не требуется.
На рис. 243 показаны передвижные подмости для сборки кру-
жально-сетчатого свода большого пролета.
Рис. 243. Схема передвижных лесов для сборки
кружально-сетчатого свода
Своды на болтах собираются обычно из заранее заготовлен-
ных основных косяков и косяков, примыкающих к торцовой стен-
ке и настенному брусу. При сборке для сохранения некоторой
подвижности конструкции до полного замыкания отдельных
элементов сетки и придания ей правильного очертания болты
первоначально полностью не затягиваются.
Небольшие проемы в сетке покрытия прорезаются лишь
впоследствии, после окончательной сборки, и окаймляются об-
вязкой из брусьев. Собранная конструкция покрывается сплош-
ным настилом или обрешеткой, прибиваемыми к косякам гвоз-
дями.
Глава III
РЕБРИСТЫЕ СКЛАДКИ И СВОДЫ-ОБОЛОЧКИ
(схема 3, рис. 219)
§ ПО. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
КОНСТРУКЦИИ РЕБРИСТЫХ СКЛАДОК
Ребристые складки состоят из наклонных плоских граней и поперечных же-
стких диафрагм — ребер жесткости (рис. 244). Опорами складки служат тор-
цовые стены. Пролетом складки L является расстояние между осями торцо-
— 407 —
408
вых стен; шириной складки В называется расстояние между гранями складки
понизу в поперечном ее сечении.
Покрытия складчатой формы могут применяться в виде отдельно стоящих
симметричных складок для прямоугольных в плане зданий: гаражей, склад-
ских зданий, навесов и т. д. преимущественно в тех случаях, когда в про-
дольных стенах здания должны быть большие проемы.
Возможны и осуществлены также складки в виде многорядовых по шири-
не и многопролетных по длине сочетаний симметричных складок с промежу-
точными опорами на колоннах. Однако в этом случае конструкция складок
усложняется в связи с большой нагрузкой, создаваемой снеговыми мешками
между складками. Грань складки представляет собой двутавровую балку на
гвоздях с перекрестной стенкой (рис. 244); она может быть выполнена и в ви-
де клееной или клеефанерной балки. Кровлю по граням складки рекомендует-
ся делать из плоских или волнистых листов асбестофанеры.
Ребра, обеспечивающие поперечную жесткость складки, ставятся на рас-
стоянии 1,5—3 м друг от друга.
Для уменьшения поворота граней, вызываемого односторонней нагруз-
кой, по краю одной грани складки у каждого ребра ставятся вертикальные
стойки, шарнирно соединенные с ребрами и фундаментами.
Возведение складок производится на поддерживающих лесах. Исполь-
зуя при сборке жесткие поперечные ребра, можно ограничиться устройством
лесов по нижним концам ребер.
§ 111. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ РЕБРИСТЫХ СВОДОВ-
ОБОЛОЧЕК
Свод-оболочка представляет собой покрытие цилиндрической формы,
опертое на торцовые стены и обладающее свободой смещения продольных
краев (рис. 219, схема 36). В сводах-оболочках отсутствует распор, свой-
ственный сводам, опертым по продольным сторонам, поэтому в них нет не-
обходимости устраивать затяжки или контрфорсы.
Нормальной схемой свода-оболочки является однорядовое решение с про-
дольным расположением оси свода-оболочки.
В зданиях большой длины могут применяться многорядовые своды-обо-
лочки при расположении их в поперечном направлении по отношению к про-
дольной оси здания. Недостатком многорядовых конструкций является боль-
шая нагрузка, создаваемая снеговыми мешками между соседними оболоч-
ками.
В сводах-оболочках не следует устраивать прорезы в шелыге для свето-
вых фонарей в связи с трудностью обеспечения устойчивости верхнего поя-
са. При наличии продольных стен рекомендуется устройство горизонтального
открылка, отодвинутого от края свода-оболочки для возможности свобод-
ного опускания свода под нагрузкой (рис. 245).
Своды-оболочки с соединением отдельных элементов на гвоздях являют-
ся конструкциями построечного изготовления; при рациональном проектиро-
вании они просты в изготовлении и не требуют высококвалифицированных ра-
бочих.
Возможно выполнение сборного свода-оболочки из клееных и клеефа-
нерных щитов.
Своды-оболочки могут применяться в качестве покрытий для прямо
угольных в плане зданий — ангаров, гаражей, навесов и т. д., преимуществен-
но в тех случаях, когда необходимо иметь свободный проем по всей длине
здания.
Свод-оболочка (рис. 245) состоит из дощатых клееных ребер или ребер
со сплошной или 4решетчатой стенкой на гвоздях, расставленных через 2—6 м
друг от друга, и уложенного по ним одного слоя продольного и двух слоев
косого настила. По краям и в шелыге свода возникают наибольшие растяги-
вающие и сжимающие усилия, для воспринятия которых устраиваются растя-
— 409 —
нутый и сжатый пояса из нескольких слоев продольных досок. Все элементы
сводов-оболочек соединяются между собой гвоздями. Жесткость свода-обо-
лочки в продольном направлении определяется большим моментом инерции
поперечного сечения всего свода-оболочки, а в поперечном направлении —
жесткостью ребер. Ребра препятствуют горизонтальному смещению краев
свода-оболочки от вертикальных и горизонтальных нагрузок (собственный
вес, снег, ветер) и обеспечивают неизменяемость контура поперечного сече-
ния оболочки.
Рис. 245. Ребристый свод-оболочка пролетом 40 м шириной 27 м
Стыки досок продольных и косых настилов делаются вразбежку с пере-
пуском на 7г или на 7з длины доски. Перекрытие стыков растянутого .двух-
слойного настила может быть выполнено при помощи боковых накладок,
располагаемых в пределах между ребрами (рис. 245).
При расчете свода-оболочки принимается следующее распределение
внутренних усилий между элементами оболочки: нормальные продольные уси-
лия AG воспринимаются продольным настилом и усиленными (в поясах) ча-
стями его, сдвигающие усилия Т — двойным косым настилом, изгибающие
моменты М2 и нормальные усилия М2, действующие в поперечном направле-
нии, — ребрами. Работой самой оболочки в поперечном направлении обычно
пренебрегают ввиду большой жесткости ребер. Опытным путем установлено,
что ребристый свод-оболочку можно рассматривать как конструкцию с неде-
формирующимся поперечным сечением в том случае, если при свободно вися-
щих краях расчетный момент инерции ребра удовлетворяет требованию
«рВ3
у₽асч > ТТоР
где В — ширина свода-оболочки; sp — расстояние между ребрами.
— 410 —
В этом случае при симметричном загружении ребристый свод-оболочку
можно рассчитывать на изгиб как свободно лежащую на двух опорах балку
корытного профиля, а при несимметричном загружении — на изгиб и круче-
ние по общим методам строительной механики [7].
При возведении ребристых сводов-оболочек по их продольным краям
располагают леса, служащие опорами для ребер. Пяты ребер устанавлива-
ют на домкратах или песочницах, позволяющих равномерно раскружалить
свод.
После установки ребер на место производится нашивка по ним всех
настилов.
В последнее время за рубежом начали применяться оболочки со склеен-
ными между собой настилами. В качестве примера можно привести покрытие
Рис. 246. Покрытие над актовым залом
строительного колледжа в Рангуне (Бир-
ма) в виде свода-оболочки двойной кри-
визны длиной 46,5 м
оси оболочки. Доски нижнего слоя — шпун-
над актовым залом строи-
тельного колледжа в Ран-
гуне (Бирма), выполненного
в виде тонкостенного (бо-
чарного) свода-оболочки
двоякой кривизны (рис.
246) ♦. Продольные стороны
оболочки имеют криволиней-
ное очертание в плане, а
торцовые — прямолинейное.
Свод опирается в торцах
на две стальные сквозные
арки. Длина свода-оболочки
равна 46,5 м\ ширина посре-
дине—28,3 м и по тор-
цам— 18,7 м.
ОболочкЗ* состоит из
пяти слоев остроганных до-
сок из тикового дерева. Два
наружных слоя досок уло-
жены вдоль оболочки, вто-
рой и четвертый слои — под
углом 45° к ним, а средний
слой — нормально к продол!
тованные толщиной 25 мм я шириной 102 мм; остальные слои досок при той
же ширине имеют толщину 16 мм. Стыки досок выполнялись впритык со
смещением по длине каждой соседней доски приблизительно на 50 см. Все
слои досок склеивались между собой, причем клей наносился на обе поверх-
ности склеиваемых досок. Для плотного примыкания склеиваемые доски кре-
пились между собой шурупами с потайными головками, завинчиваемыми в
заранее просверливаемые в досках отверстия на расстоянии 20 см друг от
друга.
Поверху свода устроена крыша из медных листов.
Для возведения оболочки были выполнены подмости, поверху которых
были уложены кружала, по которым велась сборка отдельных слоев свода.
Глава IV
КУПОЛА
§ 112. «ПЛОСКОСТНЫЕ» КУПОЛА
«Плоскостные» купола состоят из сплошных или сквозных,
поставленных радиально по кругу, трехшарнирных арок, упира-
♦ Laminated teak domed roof, «Architect and Building News», 1956, V. 210,
№ 2.
— 411 —
ющихся наверху в кольцо. Распор воспринимается фундамента-
ми, если арки опираются непосредственно на них; при располо-
жении арок на стенах распор передается на специальное распор-
ное кольцо, которое выполняется железобетонным, стальным
или деревянным.
В качестве примера на рис. 247 показан купол из клееных
арок.
Основные размеры «плоскостных» куполов такие же, как пло-
ских трехшарнирных арок.
Рис. 247. Купол с клееными арками
«Плоскостной» купол при расчете на вертикальную симмет-
ричную относительно оси купола нагрузку может быть расчленен
на отдельные плоские трехшарнирные арки, каждая из которых
воспринимает свою долю нагрузки и рассчитывается обычным
способом.
При расчете на горизонтальную ветровую или вертикальную
несимметричную нагрузку следует учитывать упругий отпор арок,
расположенных под углом к рассчитываемой [21].
Несмотря на то что разгружающее влияние элементов кровли
(прогонов, настилов) в расчете основных арок куполов не учи-
тывается, следует все же конструктивными мероприятиями вклю-
чать их в пространственную работу, чтобы увеличить жесткость
купола. Для этого прогоны нужно не только прочно прикреплять
к верхнему поясу арок, но и соединять их по длине между собой
— 412 —
таким образом, чтобы они образовали замкнутый, связанный в
узлах, многоугольник. Кроме того, рекомендуется применение
для кровли двойных перекрестных настилов, прикрепленных гвоз-
дями к прогонам. В зависимости от направления возможных пе-
ремещений узлов основных арок прогоны, образующие соответ-
ственный кольцевой пояс купола, будут работать на сжатие или
растяжение [21].
Для монтажа купола в центре ставится башня, на которую
укладывается верхнее кольцо. Арки поднимаются обычно с по-
мощью мачты или крана. После подъема арки крепятся к верх-
нему кольцу и фундаменту, а также между собой, и затем по ар-
кам укладываются элементы кровли.
§ 113. СФЕРИЧЕСКИЕ КУПОЛА-ОБОЛОЧКИ
1. Конструкция сферических куполов-оболочек
Очертание куполов-оболочек, как правило, принимается сфе-
рическим в виде шарового сегмента.
Для пролетов от 12 до 35 м применяются тонкостенные купо-
ла-оболочки. При пролетах от 35 до 60 м в целях увеличения
жесткости применяют ребристые купола-оболочки.
Тонкостенные купола-оболочки (схема 9, рис. 219)
Основными конструктивными элементами тонкостенного ку-
пола-оболочки являются (рис. 248) меридианные арочки, кольце-
вой и косой настилы, верхнее и нижнее опорные кольца.
Меридианные арочки воспринимают «меридиональные сжи-
мающие усилия и упираются нижними концами в опорное коль-
цо, а верхними — в кружальное. Арочки состоят из нескольких
слоев досок, склеенных или сбитых между собой гвоздями.
Расстояние между осями арочек по опорному кольцу назна-
чается от 0,8 до 1,5 м. Высота h арочек для придания куполу до-
статочной жесткости должна составлять не менее х/2оо—1/25о его
пролета. Стыки досок арочек располагаются вразбежку, причем
стыки верхней и нижней досок гвоздевых арочек следует распо-
лагать не ближе 3—4 м от верхнего кольца.
Кольцевые настилы воспринимают сжимающие и растягиваю-
щие кольцевые усилия. В растянутой зоне они состоят из двух
слоев досок: нижнего, укладываемого непосредственно по ароч-
кам купола, и верхнего, перекрывающего стыки нижнего. Стыки
верхнего слоя сдвигаются относительно стыков нижнего слоя на
половину длины доски. Оба слоя кольцевого настила прибивают
к арочкам гвоздями.
Толщина досок кольцевого настила принимается обычно 1,9—
— 413 —
2,5 см. В верхней сжатой части купола двойной кольцевой на-
стил заменяют одинарным из досок толщиной, равной сумме
толщин двойного настила.
Косой настил воспринимает сдвигающие усилия, возникаю-
щие при несимметричной нагрузке купола; его укладывают по-
верх кольцевого. Он состоит из одного слоя досок толщиной
1,9—2,5 см, располагаемых под углом приблизительно 45° от од-
ной арочки до другой и образующих на поверхности купола
«елочку».
Рис. 248. Тонкостенный купол-оболочка пролетом 30 м
Верхнее кружальное кольцо воспринимает сжимающие уси-
лия от упирающихся в него арочек. Обычно кольцо/состоит из
верхней и нижней половин, между которыми заходит средняя
доска арочки; в этом месте обе половины кольца соединяются
болтами. Отверстие верхнего кружального кольца перекрывают
фонарем или же закрывают деревянной крышей, несущие прого-
ны которой укладывают на кружальное кольцо.
Опорное кольцо работает на растяжение, воспринимая рас-
пор от арочек, и выполняется железобетонным или (для куполов
пролетом до 20 м) деревянным из гнутых досок.
Концы арочек должны быть заанкерены в опорном кольце,
которое в свою очередь прочно соединяется с нижележащей
опорной конструкцией.
— 414 —
Ребристые купола-оболочки (схема 10, рис. 219)
Очертания ребристых куполов, габаритные соотношения и ос-
новные элементы принимаются такими же, как и в тонкостенных
куполах,.
Отличительной особенностью ребристых куполов являются
меридианные жесткие ребра серповидной формы со сплошной
перекрестной (рис. 249) или сквозной стенкой на гвоздях; воз-
можно также применение клееных ребер.
Ребра увеличивают жесткость купола, способствуют прида-
нию ему правильной проектной формы при возведении и облегча-
Рис. 249. Ребристый купол-оболочка пролетом 50 м
ют его монтаж. Отношение высоты ребра в середине его длины
к пролету купола не должно быть менее x/so—х/7о-
Общее количество меридианных элементов ребристого купо-
ла назначается из условия расстановки их по опорному кольцу.
Часть меридианных элементов выполняется обычно в виде гиб-
ких арочек, таких же как в тонкостенном куполе, часть — в ви-
де жестких ребер. Жесткие ребра ставятся через 3—6 м одно от
другого по опорному кольцу. Между отдельными жесткими реб-
рами купола устраиваются поперечные связи, раскрепляющие
нижние пояса ребер и обеспечивающие их устойчивость.
— 415 —
Рис. 250. Купол сквозной конструк-
ции £>=92,2 м над крытым стадио-
ном в г. Бозмене (штат Монтана,
США)
Кольцевые настилы в ребристых куполах выполняются при
малых пролетах такими же, как в тонкостенных куполах (по рис.
248), а при больших пролетах, когда кривизна купола значитель-
но меньше, они делаются однослойными из длинных брусочков,
сшиваемых между собой гвоздями, со стыками, смещенными на
половину их длины.
Возможно выполнение куполов сквозной конструкции из
клееных элементов. В качестве примера можно привести конст-
рукцию большого деревянного купола D = 92,2 м со стрелой
подъема /=18,7 м над крытым стадионом (рис. 250) в г. Бозме-
не (США) *.
Основная несущая кон-
струкция купола состоит из 36
клееных меридианных полу-
арок и 19 клееных колец, рас-
положенных на расстоянии
2,32 м друг от друга. Размеры
поперечного сечения ребер 18 X
Х41 см, колец — от 18X29 до
18X41 см. Между ребрами и
кольцами устроены крестовые
связи из полосовой стали. Каж-
дая полуарка состоит из трех
частей длиной 15,5 м, стыкуе-
мых на месте установки. Полу-
арки упираются в центральное
распорное металлическое коль-
цо D = 5,6 м. Купол опирается
на железобетонное кольцо, ле-
жащее на 36 железобетонных
колоннах.
По несущим конструкциям
уложены древесно-волокнис-
тые плиты толщиной 5 см, по
ним — изоляция и кровля. При
монтаже купола в центре здания для установки центрального
кольца была устроена деревянная башня. Перед установкой на
место элементы полуарок собирались попарно на земле совмест-
но с элементами промежуточных колец и крестовых связей.
Монтаж конструкций производился тремя башенными крана-
ми со стрелами длиной 15; 29 и 32 м. Сначала устанавливались
конструкции между опорным кольцом и первым рядом стыков,
затем — в пределах между стыками и, наконец, конструкции
центральной части купола. По мере установки конструкции сво-
бодные концы полуарок временно подпирались деревянными
столбами.
1 W. Willson and О. Berg, Timber Dome Wood, 1957, V. 22, № 6.
— 416 —
2. Расчет сферических куполов-оболочек
Расчет куполов-оболочек ведется по безмоментной теории.
Практика строительства показала, что такой расчет обеспечи-
вает достаточную прочность и жесткость куполов при условии
соблюдения приведенных выше конструктивных указаний.
При расчете принимается, что меридианные элементы и ребра
куполов воспринимают
меридиональные уси-
лия Л, кольцевые на-
стилы — кольцевые уси-
лия Т2, косые насти-
лы— сдвигающие уси-
лия S.
Определение усилий
от собственного веса.
Усилие в арочке или
досках меридианного
настила по данному го-
ризонтальному кольце-
Рис. 251. К определению усилий от собствен-
ного веса в сферическом куполе
вому сечению купола,
определяемого углом ф
(рис. 251), равно:
%
m sin ср
(88)
где Q<p — вес всей вышележащей части купола;
m — число арочек-ребер купола или досок меридианного
настила.
Усилие в кольцевом настиле на единицу его ширины может
быть определено по формуле
Т2 = zR , (89)
а
де z— z,+z2; Zi=<7icos<p—проекция на нормаль нагрузки, рав-
номерно распределенной по поверхности ку-
пола (кровля, кольцевой и косой настилы
и т. п.) (рис. 251);
z2 — проекция на нормаль веса арочек или мери-
дианного настила;
R — радиус-сферы;
Т1 — меридиональное усилие в месте определения
кольцевого усилия; а — см. формулу (92).
Обозначив вес 1 пог. м арочки через р\, получим суммарный
вес 1 пог. м всех арочек р\гп, что дает интенсивность нагрузки на
единицу поверхности купола:
s _ М _
2 2w 2и Z? sin <р
27—2665
— 417 —
Здесь г — радиус круга кольцевого сечения.
Проекция этой нагрузки на нормалы
Z2 = ctg <р.
2 2к R 5 Y
Эпюра Т2 двузначна: сжатию в верхней части сферического
купола соответствует растяжение в нижней.
Усилия 7г, полученные выше, справедливы для замкнутого
купола. Наличие фонарного выреза и линейной нагрузки по краю
его от веса фонаря несколько изменяет эти усилия. Действитель-
ное кольцевое усилие в куполе с фонарем определяется по фор-
муле.
(90)
2 ' а 2к R sin* <?
Здесь второе слагаемое учитывает добавочное кольцевое уси-
лие, зависящее от разности AQ веса фонаря и вырезанной части
купола. Если AQ положительно, т. е. если вес фонаря больше
веса вырезанной части купола (что обычно имеет место), то до-
бавочное кольцевое усилие — растягивающее; если применяется
легкая фонарная конструкция, то, наоборот, — сжимающее. Влия-
ние этого добавочного слагаемого стоит учитывать, если вес фо-
наря более чем в 1,5 раза отличается от веса вырезанной части
купола.
Сдвигающие усилия S от собственного веса (симметричная
нагрузка) равны нулю.
Определение усилий от снеговой нагрузки. Интенсивность сне-
говой нагрузки по поверхности купола обычно принимается по
закону p = pocos<p, что дает равномерную нагрузку по плану ин-
тенсивностью ро..
Усилия в арочках или досках меридианного настила купола
на единицу длины окружности определяются по формуле
г- Q? - ПГ2р° — п
1 1 “7 ' - ;—• Pq ,
2к г sin <? 2п г sin <р 2
откуда видно, что усилие Т\ не зависит от угла <р.
Усилие на одну арочку или доску меридианного настила
Т\~рЛа. (92)
(91)
где а — расстояние между соседними арочками или досками ме-
ридианного настила на данном уровне.
Кольцевое усилие определяется по формуле
т2 = zR — Г1 = (р0 cos <р) cos <р /? — р0 у = Ро ^cos2 <р —
-Роу- = Ро Y(2COs2?_1) (93)
— 418 —
или
р
Тч = Р0 — cos2<p.
(94)
Усилие ?2 двузначно: при <р<45 — сжимающее, при <р>45 —
растягивающее. Сдвигающие усилия S от симметричной снего-
вой нагрузки равны нулю.
Определение усилий от ветровой нагрузки. Усилия от ветро*
вой нагрузки определяются приближенно путем замены действи-
тельной эпюры ветрового
давления (рис. 252, а) сум-
мой двух эпюр: симметрич-
ной эпюры (рис. 252, 6)
W2= W0cos2<p (95)
и кососимметричной эпюры
(рис. 252, в)
Wx = O,5U7osin2<psin2<p =
= 0,5 UZ0 sin2 <p (0,85 sin ф —
— 0,15 sin Зф), (96)
где TFo — скоростной напор
ветра.
Усилия от ветровой нагрузки
Рис. 252. Расчетные схемы действия
ветровой нагрузки на сферически!
купол
№г:
, __ __ R 1 + cos у + cos2 у .
‘ — “ Ро Т ’ 1 н- cos V
Т2 = - PoR [cos2 <? - l +
L 3(1 4-cosy) J
(98)
Усилия от ветровой нагрузки ITi могут быть определены по
таблицам [18].
Купольные покрытия обладают хорошей обтекаемостью. При
f/l^. Достаточно учесть только симметричный отсос.
Для куполов с следует принимать во внимание и ко-
сосимметричную ветровую нагрузку, как указано выше. Кососим-
метричная нагрузка дает сдвигающие усилия, на которые рас-
считывается косой настиЛ|.
Проверка сечений элементов и гвоздевой забой. Определив
расчетные усилия 2 Л на одну арочку при полной снеговой на-
грузке, проверяют в ней напряжение при сжатии, а также напря-
жения при смятии в местах упора в опорное и в кружальное
кольцо. Гвозди, соединяющие настилы купола с арочкой, рассчи-
тываются на разность усилий Г] по их длине. В ребристых купо-
лах-оболочках, пде ребра используются как монтажный элемемт,
27*
— 419 —
сечение ребра и гвоздевой забой, соединяющий пояса со стен-
кой (или решеткой), проверяются на монтажную нагрузку при
возведении купола.
В сжатой зоне кольцевого настила производится его провер-
ка на торцовое смятие по полной площади его сечения; в растя-
нутой зоне проверка на растяжение производится по площади
/*нт = 0,5/’’бр.
Гвозди в растянутом кольцевом настиле рассчитывают из ус-
ловия перекрытия его стыков и размещают в тонкостенных купо-
лах в местах пересечения досок кольцевого настила с арочками.
Сдвигающие усилия S, определенные для кососимметричной
ветровой нагрузки, дают по направлению косого настила сжима-
ющее или растягивающее усилие . Учитывая, что доски косого
настила расположены под углом 45° к меридианному и кольце-
вому направлениям, получаем усилие на единицу ширины ко-
сого настила = S.
На эту силу проверяют напряжения в досках косого настила
и рассчитывают гвозди, соединяющие косой настил с арочками.
Верхнее кружальное кольцо проверяют на сжатие и смятие
в стыках.
Сжимающая сила в верхнем кружальном кольце
М = Ли, (99)
где Л — максимальное меридиональное сжимающее усилие у
кружального кольца;
И — радиус кольца.
Растягивающее усилие в опорном «кольце
N2 = Нхг2, (100)
ГГ Н
где Г71 = ------распор купола на единицу длины опорного
2 ТС Г 2
кольца;
rt - радиус опорного кольца;
н = Qa ctga;
Q« — вся нагрузка на купол;
а — половина центрального угла."
Полная поверхность купола
F = 2те (1 — cos а).
3. Возведение куполов-оболочек
Тонкостенные купола-оболочки собираются на сплошных ле-
сах.
Главное внимание при возведении купола должно быть обра-
щено на хорошую приторцовку стыков кольцевого настила
— 420 —
(в сжатой его зоне) и на придание куполу правильной сфериче-
ской формы.
При сборке ребристого купола-оболочки сначала ставится
центральная башня с верхним кольцом. Ребра поднимаются мач-
той или краном и крепятся к верхнему и нижнему кольцу. По
ребрам производится сборка всех элементов купола. В этом слу-
чае ребра купола должны быть проверены на монтажную на-
грузку.
$ 114. КРУЖАЛЬНО-СЕТЧАТЫЕ КУПОЛА (схемы 8, 11, рис. 219)
1. Общая характеристика
Кружально-сетчатые купола применяются в виде сфериче-
ких куполов и куполов из сомкнутых сводов. Недостатком кру-
жально-сетчатых сферических куполов (схема И, рис. 219) яв-
ляется нестандартность косяков, размеры которых меняются по
мере приближения к вершине купола, поэтому на практике пред-
почтительнее применять многогранные купола в виде сомкнутых
сводов, у которых косяки являются стандартными^ Узлы сопря-
жения косяков в кружально-сетчатых куполах могут быть реше-
ны при помощи ши-
пов (безметальныв кру-
жально-сетчатые купо-
ла, предложенные
С. И. Песельником) или
на болтах.
2. Конструкция
кружально-сетчатых
сомкнутых сводов
Купол из сомкнутых
сводов образует в пла-
не правильный много-
угольник и состоит из
секторов (рис. 253), яв-
ляющихся частью ци-
линдрического свода.
Смежные секторы
сомкнутого свода со-
прягаются между со-
бой при помощи специ-
альных ребер — так
называемых гуртов
(рис. 253).
По конструктивным
соображениям реко-
Рис. 253. Схематический план и разрез сет-
чатого сомкнутого свода со стандартными ко-
сяками
— 421 —
мендуется число сторон многоугольного плана сомкнутого свода
(рис. 253) назначать в соответствии с принятым углом Ф между
косяками сетки так, чтобы смежные с гуртами винтовые линии
косяков по возможности близко подходили к боковым граням
Рис. 254. Графическое построение очерта-
ния гурта
Точки Г, 2", 3”, определяющие очертание кром-
ки гурта в плане, лежат на пересечении парал-
лельных линий, расположенных на равных рас-
стояниях с, с перпендикулярными к ним линия-
ми, проходящими через точки /, 2, 3 и делящими
дугу купола на разные расстояния Л <s . Очерта-
ние оси гурта получаем, откладывая на проек-
ции оси 0—5я отрезки, равные расстояниям
а'—б'; б'—в' и т. д., и восстанавливая к ним
иерпендикуляр а'—Г=а—Г, б'—2г=б—2 и т. д.
гуртов. Это требование
выполняется соблюдением
равенства
где В — сторона много-
угольного осно-
вания свода;
$с—длина дуги по-
перечного его
сечения.
При заданном числе
сторон многоугольного
плана из этого же равен-
ства определяется угол
между косяками, кото-
рый, однако, не должен
выходить за пределы уг-
лов между косяками, ре-
комендуемые для цилин-
дрических кружально-сет-
чатых сводов. Придавая
гурту переменную (в на-
правлении образующих
граней свода) ширину,
соответствующую винто-
вой линии косяков (рис.
254), можно добиться од-
нообразного примыкания
к нему всех косяков, обес-
печив тем самым полную
стандартность последних.
Если же при задан-
ном числе п сторон многоугольного плана сомкнутого свода не
удается подобрать приемлемый угол ф между косяками, гурты
делают постоянной толщины, а различно примыкающие к ним
косяки сопрягают с ними «по месту».
Учитывая возможные неточности при установке гуртов сомк-
нутых сводов из цельных косяков, следует этот метод сопряже-
ния признать практически более доступным.
Конструкция самой сетки, а также детали ее примыкания к
верхнему и нижнему опорным многоугольникам аналогичны та-
ковым в цилиндрических кружально-сетчатых сводах.
— 422 —
В решении свода из цельных косяков гурты обычно выпол-
няются в виде дощатых арок из косяков кругового очертания.
Переменная толщина гуртов достигается применением накладок
разной толщины, прибиваемых к боковым граням гурта в местах
сопряжения его с косякамц.
Распорное кольцо может быть выполнено из железобетона
или стали. Верхнее кольцо решается обычно по принципу много-
слойной кружальной арки.
3. Расчет кружально-сетчатых сомкнутых сводов
Отдельные секторы кружально-сетчатых сомкнутых сводов
работают как своды, опертые по трем сторонам. Чем больше чис-
ло п секторов в сомкнутом своде, тем ближе его работа к работе
куполов вращения. Приближенный расчет сомкнутых куполов
обычно производится по безмоментной теории расчета куполов
вращения (§ 113). Преобразуя формулу (88) с учетом поверх-
ности граненого купола, получим меридиональное усилие Т\ от
собственного веса g купола:
тх = -^—ё. (101)
2sin <р
Здесь s<p —длина дуги, стягивающая угол ф (рис. 256). .
Меридиональные усилия от снеговой нагрузки и кольцевые
Рис. 255. Расчетная схема разложения сил в
типовом узле сетчатого купола
усилия от собственного веса и снега определяются по соответст-
вующим формулам для сферических куполов-оболочек.
Меридиональные усилия сжатия 7\ и кольцевые усилия сжа-
тия Т2 воспринимаются косяками сетки, а кольцевые усилия рас-
тяжения — кольцевым настилом.
Усилие N\ (рис. 255), приходящееся на один косяк, опреде-
ляется по формуле
d 8ЛТ<>
m = + = —?—+ л . (Ю2)
ф ф
2 cos— 2sin —
2 2
— 423 —
Здесь Ti и Тг— меридиональное и кольцевое усилия на еди-
ницу ширины соответствующего сечения ку-
пола, определяемые для данного угла <р;
с — шаг косяков сетки по кольцевому сечению;
— длина отрезка дуги по меридиану между рас-
четным узлом и ближайшим к нему узлом
снизу.
Если в рассчитываемом узле величина Т2 является усилием
растяжения, то последний член в формуле для отпадает, само
же усилие Т2 должно быть воспринято кольцевым настилом.
Подбор сечения косяков обычно производится из условия обес-
печения устойчивости купола. Критическая (радиальная) на-
грузка определяется по формуле.
8ЕЛ2
^кр— z— •
V 3
Здесь й — половина приведенной сплошной толщины купо-
ла, определяемой по формуле
з
124
с
где /к — момент инерции сечения одного косяка; с — имеет
прежнее значение.
Меридиональное усилие Л, соответствующее найденной ве-
личине qKp,
Гкр=-^-. (104)
Соотношение между полученной критической величиной ме-
ридионального усилия Ткри действительной максимальной Гь
соответствующей расчетной нагрузке (определяющей подтверж-
Рис. 256. Расчетная схе-
ма одного сектора сет-
чатого сомкнутого свода
даемый практикой условный коэффи-
циент-запаса на устойчивость купола),
должно быть не менее 30. При этом
высота косяка hK не должна быть мень-
ше 1/i5oLc. Кроме того, отдельные сек-
торы свода проверяются на продоль-
ный изгиб в направлении образующей
свода под влиянием сил сжатия
Г2.
Рассчитываемая полоса свода при
этом принимается равной по ширине
s* (рис. 256), а по длине — расстоянию
ап между осями смежных гуртов на
уровне, соответствующем -положению
продольной оси расчетной полосы.
— 424 -
Длина а„ определяется по формуле
а„ = 2/?с sin <р tgab
где ф — центральный угол, соответствующий положению осе-
вой линии ап;
си — половина центрального угла сектора в плане.
Положение расчетной полосы устанавливается путем под-
бора.
Напряжение в косяках с учетом продольного изгиба прове-
ряется по формуле
—(105)
2FK<psin-“
где ф — коэффициент продольного изгиба.
Приведенная гибкость расчетной полосы ап
X = (106)
Лк
Подбор сечения растянутого кольцевого настила произво-
дится аналогично подбору сечения куполов-оболочек. Кольцевые
растягивающие усилия между отдельными секторами переда-
ются при помощи гуртов. Прикрепление кольцевого настила к
гуртам проверяют на соответствующее усилие в кольцевом на-
стиле. Сопряжение косяков с настенным брусом и гуртом прове-
ряют на смятие от усилий N\ в косяках. В сжатой зоне кольце-
вых усилий при симметричной нагрузке кольцевой настил вос-
принимает только местную нагрузку в пролете между косяками.
При несимметричной нагрузке неизменяемость сетки обеспечи-
вается кольцевым настилом, который воспринимает при этом про-
дольный распор в каждом секторе свода, определяемый на по-
гонную единицу дуги поперечного сечения свода по формуле:
N„ = Л tg « Л tg2 Л (107)
2 2
Прикрепление кольцевого настила к гуртам проверяется так-
же на усилие Nn по аналогии с кружально-сетчатыми сводами.
В растянутой зоне прикрепление кольцевого настила к гуртам
проверяется на суммарное усилие Nn и Т2.
Нижнее опорное кольцо (многоугольное в плане) рассчиты-
вают на растяжение и на изгиб в горизонтальном направлении
от распора свода при наличии сплошной вертикальной опоры и
на косой изгиб—в случае опирания кольца в отдельных точках
(совпадающих обычно с положением гуртов).
Растягивающее усилие в многоугольном кольце (рис. 256)
7Vp = 0,5 Л cos cfoBctgap (108)
28—2665
— 425 —
Верхнее сжатое кольцо при многоугольном плане рассчиты-
вают на сжатие усилием, определяемым по формуле
Wc = 0,57i cos <Pi Я1 ctgab (109)
где ai — сторона верхнего многоугольного кольца.
При круговом очертании верхнее кольцо рассчитывают ана-
логично его расчету в куполах-оболочках.
Узловые болты в метальной конструкции сетчатого купола
рассчитывают аналогично кружально-сетчатым сводам на уси-
лие:
N6 = Mctg<|». (ПО)
4. Возведение кружально-сетчатых сомкнутых сводов
При сборке купола целесообразно использовать в качестве
монтажных кружал усиленные гурты.
Сборка свода ведется в следующей последовательности. Сна-
чала устанавливают и закрепляют нижнее опорное кольцо и
центральную башню, на которую укладывают верхнее кольцо.
После этого ставят усиленные гурты свода, которые рекомен-
дуется поднимать и устанавливать спаренными для придания
им пространственной жесткости. Гурты раскрепляют монтажны-
ми дощатыми раскосами, затем к ним подвешивают небольшие
подмости в пределах одного сектора или даже части его.
Сборку свода производят секторами. Целесообразно собирать
одновременно два противоположных сектора. Переходя к сборке
следующих секторов, предварительно переносят и закрепляют
подвесные подмости. В остальном сборка аналогична сборке
кружально-сетчатых сводов.
Раздел девятый
Деревянные сооружения
Глава I
ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ В МАЛОЭТАЖНЫХ
ЖИЛЫХ ДОМАХ ЗАВОДСКОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
§ 115. ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ
Малый объемный вес сухой древесины при относительно вы-
сокой прочности ее вдоль волокон, малая теплопроводность по-
перек волокон, простота машинной обработки, склеиваемость и
гвоздимость — все это предпосылки, благоприятствующие эффек-
тивному применению д. к. в малоэтажном сборном и сборно-
разборном жилищном строительстве. Развитие заводского про-
изводства клееных д. к. и водостойкой фанеры и расширение ис-
пользования отходов лесной и деревообрабатывающей промыш-
ленности в качестве сырья для производства древесно-волокни-
стых, арболитовых, древесно-стружечных, фибролитовых и сто-
лярных плит способствуют не только снижению стоимости, но и
повышению (Качества заводского домостроения.
Для преодоления недостатков стандартного домостроения
прошлых лет прежде всего должны быть выполнены следующие
общие требования.
а) Пиломатериалы, предназначенные для эксплуатации в
составе утепленных ограждающих конструкций жилых домов,
должны предварительно подвергаться стерилизующей, горячей
сушке; это необходимо для сокращения опасности биологиче-
ской порчи древесины, а также целесообразно для предотвраще-
ния усушечных ремонтов.
б) Используя древесину в конструктивных элементах сбор-
ных жилых домов, следует в ограждающих частях, как правило,
применять несгораемые материалы (минеральный войлок, из-
вестково-алебастровую штукатурку, асбестоцементную кровлю,
28» _ 427 —
несгораемую засыпку чердачного перекрытия местным прокален*
ным грунтом, шлаком и т. п.). Торф, солома и опилочная засыпка
должны быть исключены из ассортимента теплоизоляционных
материалов на новом этапе развития заводского домостроения.
Широкое применение должны получить цементный фибролит и
камышит; они не относятся к несгораемым материалам, но под-
даются прочному механизированному офактуриванию защитным
слоем штукатурки, не требуя предварительной (весьма трудо-
емкой) обшивки дранью; в оштукатуренном виде беспустотные
стены и перегородки из фибролита и камышита соответствуют
требованиям пожарной безопасности.
в) Для предотвращения конденсационного увлажнения ма-
териалов в толще утепленных стен и перекрытий жилых зданий
во всех районах СССР (за исключением субтропических и влаж-
ных приморских) следует обеспечивать повышенную интенсив-
ность паро-воздухоизоляции со стороны отапливаемого помеще-
ния и повышенную интенсивность теплоизоляции с холодной
стороны. Это требование распространяется и на сопряжения щи-
тов наружных стен и перекрытий.
Соблюдение требований «а», «б» и «в» позволяет ограничить-
ся минимальным объемом работ по антисептированию древеси-
ны. Глубокой пропитке водонерастворимыми антисептиками под-
лежат лишь такие деревянные детали, которые не могут быть
защищены от увлажнения атмосферными осадками и грунтовой
влагой.
г) В связи с требованиями пп. «б» и «в» назрел переход от
дощатых («щелявых») внутренних обшивок стен, потолка и по-
лового настила к сплошной облицовке их гипсовой сухой шту-
катуркой, линолеумом и т. п.; это необходимо для защиты стен
и перекрытий от внутреннего конденсационного увлажнения,
скопления пыли, проникания в подполье горючего, необходимо и
для гигиены жилья.
§ 116. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
Размещение домостроительных комбинатов, естественно, тя-
готеет к лесоизбыточным районам. Однако повсеместная потреб-
ность в жилье и высокая степень транспортабельности сухих пи-
ломатериалов, черновых заготовок, твердых древесно-волокни-
стых плит, строительной фанеры, фибролита и т. п. определяют
экономическую целесообразность возведения облегченных сбор-
ных домов и в безлесных районах СССР.
На юге СССР комплекты деталей заводского изготовления с
наибольшей эффективностью используются в сочетании с мест-
ными каменными стеновыми материалами. Короткая мягкая зи-
ма и малая глубина промерзания грунта благоприятствуют при-
менению каменной кладки, ленточных фундаментов неглубокого
заложения и массивных беспустотных полов (рис. 257, а, а).
— 428 —
На севере СССР наиболее доступным конструкционным ма-
териалом обычно является древесина. Продолжительные суро-
вые зимы не препятствуют сборке и монтажу каркасных и щи-
товых д. к., утеплению их фибролитом, минеральным войлоком
и т. п., обшивке сухой гипсовой штукатуркой, древесно-волокни-
стыми и асбестоцементными плитами.
Трудности возникают прежде всего при устройстве глубоких ленточных
фундаментов: в условиях вечной мерзлоты применение ленточных фундамен-
тов вовсе недопустимо. В условиях глубокого промерзания грунта, а также
на торфяных и насыпных грунтах и т. п. легкие одно-, двухэтажные здания,
вместе с утепленным цокольным перекрытием, как правило, должны быть от-
делены от грунта холодным проветриваемым подпольем; они должны опирать-
ся на тонкие свайные или стойчатые фундаменты (рис. 257, б, в, б), обладаю-
щие минимальной поверхностью сцепления с грунтом. Наименьшей опасности
выпучивания при глубоком промерзании грунта подвергаются гладкие, уто-
няющиеся кверху (сбежистые, из вершинника), пропитанные маслянистым ан-
Рис 257. Основные схемы решения цокольного узла в отапливаемых зданиях
а — беспустотные полы при ленточных фундаментах под каменные стены; г — то же,
при столбчатых фундаментах со сборными железобетонными рандбалками под легкие,
каркасные (или щитовые) стены; б, е, д — утепленные балочные перекрытия над холод-
ным подпольем при стойчатых фундаментах; в — основные этапы устройства стойчатых
фундаментов
тисептиком деревянные столбы (диаметром 14—18 см). Такие столбы могут
в любое время года закладываться в гнезда (диаметром ~ 40 см), просверли-
ваемые автоземлебуром глубже активного слоя промерзания или протаива-
ния. При помощи переносной обсадной трубы из кровельного железа дно
гнезда уплотняется тощим бетоном до заданного уровня подошвы фунда-
ментного столба (рис. 257, в). Устройством (взамен цокольной стены) сплош-
ной насыпной грунтовой подушки, на несколько сантиметров не доходящей
до низа обвязки (рис. 257, б, д), можно повысить устойчивость столбчатых
фундаментов и вовсе исключить затраты на постройку каменного цоколя по
периметру здания. В районах вечной мерзлоты такие насыпи из горелой по-
роды, шлаков, щебеночных осыпей или гравия иногда используются и непо-
средственно в качестве основания под лежневые фундаменты.
— 429 —
В районах умеренного климата, кроме деревянных конструк-
ций для малоэтажных жилых домов, применяются также и сме-
шанные, с использованием местных стеновых материалов. Чем
больше плотность застройки, тем более оправдано применение
несгораемых железобетонных и каменных стен. По мере разви-
тия производства синтетического линолеума и других водонепро-
ницаемых покрытий для чистого пола, а также пенобетонных и
пеносиликатных плит, подстилаемых для понижения коэффици-
ента теплоусвоения (рис. 257, г), беспустотные полы (без под-
польного воздушного пространства), как наиболее гигиеничные
и капитальные, должны стать основным видом полов перво-
го этажа в жилых домах с каменными стенами не только на юге,
но и в средней полосе СССР.
Для малоэтажных сборных жилых домов с деревянными сте-
нами, предназначенных к монтажу и заселению в условиях зим-
них морозов, возводимых на торфянистых или черноземных грун-
тах, на косогоре или при высоком уровне грунтовых вод, а так-
же для инвентарных зданий сборно-разборного типа целесооб-
разно применение интенсивно утепленных цокольных перекры-
тий над подпольем, проветриваемым наружным воздухом. В та-
ких перекрытиях обязательно соблюдение требования водоне-
проницаемости чистого пола> Тщательной герметизации подле-
жат и сопряжения чистого пола со стенами под плинтусами.
Сквозное проветривание межполья отсутствует. Высыхание ма-
териалов в таких перекрытиях ограничивается лишь медленным,
диффузионным перемещением водяных паров вниз, через паро-
проницаемый черный пол в проветриваемое подполье (рис. 257, б,
д); поэтому должны применяться высушенные стерилизованные
лесоматериалы, а утепление цокольного перекрытия должно про-
изводиться лишь после подведения здания под крышу.
В соответствии с указанными производственными требова-
ниями стены, несущие крышу, должны непосредственно опирать-
ся на фундаментную обвязку, а балки цокольного перекрытия
должны примыкать к несущим стенам и скреплять их нижнюю
часть еще до утепления перекрытия, до настилки чистого пола и
герметизации его (рис. 257, д, е).
Возможен и другой вариант сопряжения цокольного перекры-
тия со стенами — так называемый «платформенный» вариант, в
котором по фундаментным обвязкам под открытым небом прежде
всего выстилаются полностью утепленные .и герметизированные
щиты перекрытия, а затем на этой «платформе» последователь-
но возводятся стены и крыша. Этот вариант имеет свои преиму-
щества, но он эффективен лишь в случае использования водо-
стойких клеефанерных конструкций и поэтому в ближайшее вре-
мя сможет найти лишь ограниченное применение (главным об-
разом, для сборно-разборных зданий). В этом варианте, как пра-
вило, требуется дополнительное утепление цокольного узла во из-
бежание промерзания его с торцов цокольного перекрытия.
— 430 —
Видно И
(наружные нащельника снять/}
Рис. 258. Брусчатые стены
Варианты в, г, д сплачивания механизированно заготовленных брусьев. Трехгранные
бруски по варианту г, выпиливаемые на легком пролольно-распиловочном станке
(рис. 383). заранее пришиваются гвоздями к верхней грани нижележащего венца с
прокладкой тонкого слоя пакли Пазы, в которых может задерживаться влага, из
вариантам вид, заранее промазываются антисептической пастой (а. п.}. Нг — дере-
вянные нагели — шканты диаметром 30 мм, длиной 0,9 высоты бруса; неч — нечетный
венец; ч — четный венец
— 431 —
Конструктивное решение стен (брусчатое, каркасное или щи-
товое) принимается в зависимости от вида теплоизоляционных
и облицовочных материалов и от степени готовности и транспор-
табельности продукции домостроительных комбинатов.
Строительство стен венчатой конструкции из брусьев для
жилья, лесных школ, санаториев, лыжных станций в лесных рай-
онах целесообразно и в настоящее время. Конечно, основные не-
достатки венчатой конструкции (усушечная усадка в течение
2—4 лет, трудоемкость конопатки швов и повышенный расход
лесоматериалов) ограничивают области эффективного примене-
ния брусчатых стен. Но в лесных районах оно оправдывается
возможностью строительства прочных долговечных домов иск-
лючительно «из местных лесоматериалов с использованием легко-
го лесопильного оборудования (рис. 383), тем более, что пере-
ход от бревен кривых и сбежистых к стандартным брусьям поз-
воляет не только механизировать заготовку и использовать от-
ходы лесопиления, но и упростить и ускорить сборку стен. На
рис. 258 приведены основные способы сопряжения элементов
брусчатой стены и показаны варианты (в, г, д) сплачивания бру-
сьев, в которых сохраняются эксплуатационные преимущества
рубленой стены (с аэрацией через проконопаченные паклей швы)
и в то же время уменьшаются производственные затруднения,
связанные с местным проскальзыванием пакли при конопатке
швов.
Конструктивная устойчивость одно-двухэтажных брусчатых
стен обеспечивается перевязкой лх в углах и в местах примыка-
ния поперечных стен (не реже, чем на расстоянии 30—35 толщин
стены). Толщина внутренних брусчатых стен принимается
10—12 см\ толщина наружных стен при отсутствии штукатур-
ки— не менее 15, 18 и 22 см для расчетных температур соответ-
ственно —20, —30 и.—40°.
Дощато-гвоздевые каркасные конструкции стен отвечают сов-
ременным требованиям жилищного строительства лишь при ус-
ловии применения плитных утеплителей хорошего качества (фиб-
ролита, камышита), бесшовных облицовочных плит (гипсовых,
асбестоцементных) и подвижных средств механизации штука-
турных и малярных работ. В процессе возведения одно-двухэтаж-
ного остова здания (рис. 259) стойки и обвязки каркаса раскла-
дываются по периметру здания с соблюдением прямых углов,
прочно скрепляются дощатой диагональной обшивкой на гвоз-
дях в виде укрупненных стеновых панелей, кантуются в отвес и
связываются перекрытиями и поперечными стенами такой же
конструкции. После подведения всего здания под крышу стены
утепляются и обшиваются снаружи фибролитом или камышитом
под штукатурку «под шубу». Со стороны отапливаемого поме-
щения диагональная обшивка покрывается пергамином и обли-
цовывается сухой гипсовой штукатуркой.
— 432 —
В щитовом варианте (рис. 260) сборка панелей, утепление и
облицовка их производятся на заводе; для удобства транспорти-
ровки панелей их высота уменьшается до высоты одного этажа,
ширина —до 120 см и вес — до 100—120 кг. Однако в дощато-
гвоздевых щитовых конструкциях лишь в малой мере использу-
ются возможности механизированного заводского производства
строительных деталей; для этого назрел переход от трудоемких
дощато-гвоздевых д. к. к индустриальным клеефанерным д. к.
Особо неотложным этот переход является для организации стро-
ительства сборно-разборных и щитовых зданий инвентарного
типа.
Рис. 259. Каркасные стены
а — вертикальный разрез и план каркасно-фибролитовой стены: б — то же. каркасно-
камышитовой; в — схема раскладки каркаса и диагональной обшивки его полуобрезными
досками перед кантовкой «в отвес»: ст к. стойки каркаса, д. обш. —внутренняя,
диагональная обшивка; из. - внутренняя паровоздухоизоляция: с. шт. — внутренняя
облицовка гипсовой сухой штукатуркой: шт. — наружная облицовка штукатуркой «под
шубу», нанесенной растворонасосом непосредственно по фибролиту или камышиту
Перекрытия — цокольные, междуэтажные и чердачные в сов-
ременном заводском домостроении, как .правило, применяются
малопролетной балочной конструкции с использованием в каче-
стве опоры не только наружных, но и внутренних стен (рис. 257,
а, б).
Подвеска чердачного перекрытия к нижнему поясу стропиль-
ных ферм могла бы оказаться целесообразной лишь в случае не-
обходимости перекрытия (без промежуточных перегородок) сво-
бодного пролета более 4—5 м. Для массового малоэтажного жи-
лищного строительства это не требуется. Сделать нормальную
перегородку достаточно прочной для воспринятия нагрузок от
снега, кровли и чердачного перекрытия проще и дешевле, чем
сделать стропильную ферму настолько жесткой, чтобы периоди-
— 433 —
ческое провисание ее при снегопаде не нарушало места сопряже-
ния подвешенного к ней потолка с ненесущими перегородками.
Подвеска чердачного перекрытия к ферме затруднила бы исполь-
зование чердачного про-
странства в качестве лет-
ней жилой мансарды.
Кроме того, резко возрос-
ла бы опасность обруше-
ния чердачного перекры-
тия в случае возникнове-
ния пожара на чердаке
или местного поврежде-
ния стропил.
Чердачное перекрытие
должно быть укрыто тол-
стым слоем несгораемого
утеплителя. Увеличение
тепловой инерции пере-
крытия необходимо не
Рис. 260. Щитовые стены. Верти-
кальный разрез и план конструкций
а — дощато-гвоздевой стоечной; б — бес-
стоечной; в — клеефанерной; ст. — стойки-
обвязки щита; вертикальные (верт.) и
диагональные (диаг.) доски бесстоечного
щита (щ.); п. р. — противоусадочные реб-
ра; шт. — наружная штукатурка по рееч-
ным матам (р. л*.); внутренняя и наруж*
иая конструктивная облицовка щита
водостойкой фанерой (фан.) на водостой-
ком клее; нащ. — нащельник, прикрываю-
щий утепление стыка и скрепляющий с
помощью шурупов сборно-разборный
стык клеефанерных щитов
Рис. 261. Чердачное перекрытие
а — балочной дощато-гвоздевой; б — щито-
вой клеефанерной конструкции. Щиты на-
ката (щ. н.) заранее связаны двумя про-
дольными брусками такой же высоты, как
и прибоины несущих балок. Листы гипсо
вой сухой штукатурки (а. с. ш.) приши
ваются оцинкованными гвоздями к балкам
и к брускам щитов наката. Диагональные
связи (д. св.) пришиваются к балкам для
обеспечения пространственной (диафрагмен-
ной) жесткости всего здания на уровне чер-
дачного перекрытия
только для надежной за-
щиты его от возгорания,
но и для защиты жилых
помещений на юге от сол-
нечного перегрева днем
и от переохлаждения но-
чью; на севере оно долж-
но способствовать умень-
шению амплитуды суточ-
ных колебаний темпера-
туры, что особенно важно
при однократной топке
печей периодического
действия.
В сборных жилых до-
мах, характеризуемых по-
вышенной интенсивностью
паро-воздухоизоляции на-
ружных стен, чердачное
перекрытие может слу-
жить аэратором, способ-
ствующим непрерывному
освежёнию воздуха в жи-
лых помещениях (рис.
261, а). Подшитое снизу
гипсовой сухой штукатур-
кой чердачное перекры-
тие над жилыми комната-
ми не должно иметь спе-
— 434 —
циального паро-воэдухоизоляционного прослойка. Только в кух-
не и санитарном узле, где сосредоточены основные источники вла-
говыделения и соответственные вытяжные вентиляционные отвер-
стия, предусматривается пароизолирующая окраска потолков.
Чердачное помещение* должно проветриваться в верхней
(коньковой) зоне, куда устремляется влажный воздух. В зда-
ниях небольшой длины достаточно .продольного сквозного про-
ветривания чердака через ажурную обшивку фронтонов жалю-
зийного типа.
Глава II
БАШНИ
§ 117. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В конструктивном отношении башни можно подразделить на
три основных типа: 1) решетчатые башни; 2) сетчатые башни
Шухова и 3) башни-оболочки.
В зависимости от величины и характера действующих нагру-
зок, определяемых назначением башни, различают:
1) башни, воспринимающие большие вертикальные нагрузки
(водонапорные башни, нефтяные вышки, надшахтные копры
и т. п.);
2) башни, работающие в основном на горизонтальную ветро-
вую нагрузку (башни-градирни, парашютные вышки, радиобаш-
ни, геодезические сигналы, наблюдательные вышки, декоратив-
ные башни и т. п.);
3) башни-силосы, работающие не только на вертикальную и
горизонтальную (ветровую) нагрузки, но воспринимающие так-
же внутреннее давление (силосы для зерна, цемента и других
сыпучих тел, кормовые силосы и т. п.).
В зависимости от назначения башен к ним предъявляются
различные специальные требования, определяющие в большой
степени конструкцию самой башни; так, например, нефтяные
вышки и надшахтные копры должны воспринимать значительные
динамические усилия и иметь большие проемы в нижней части
башни; деформация в горизонтальном направлении геодезичес-
кого сигнала от ветровой нагрузки должна быть незначительной
и т. п.
В некоторых случаях к башням предъявляются требования
сборно-разборности и транспортабельности (геодезические сиг-
налы, надшахтные копры при месторождениях редких ископае-
мых, вышки для разведывательного бурения и т. п.).
Часто по технологическим или производственным требовани-
ям башни, имеют большую высоту при небольших поперечных се-
чениях (например, бетоноразливочные башни). В этом случае
для увеличения жесткости и уменьшения усилий, действующих в
— 435 —
башне, ее снабжают оттяжками. Башня с оттяжками представ-
ляет собой конструкцию переходного типа, приближающуюся к
мачтам на оттяжках.
Башни выполняются как из круглого леса, так и из брусьев
и досок; элементы башни сопрягаются при помощи врубок, бол-
тов и гвоздей.
Башни обычно представляют собой открытые конструкции;
условия эксплуатации некоторых из них таковы, что они посто-
янно находятся во влажной среде (например, башни-градирни).
Лишь в редких случаях башни предохраняют от воздействия ат-
мосферных осадков обшивкой и покрытием их снаружи этерни-
том или штукатуркой.
Для открытых, не защищенных от увлажнения башен, рассчи-
танных на срок службы более 5—10 лет, рекомендуется приме-
нять древесину, пропитанную маслянистыми антисептиками, ме-
таллические же части защищать от коррозии путем оцинковки
(гвоздей).и покрытия лаком (болтов, поковок).
В защищенных от атмосферных воздействий башнях необхо-
димо антисептировать элементы, подверженные увлажнению, на-
пример места примыкания деревянных частей к каменным, дере-
вянные фундаменты, верхние площадки водонапорных башен, на
которых расположены баки, и т. п.
§ 118. РЕШЕТЧАТЫЕ БАШНИ
1.Основные конструктивные схемы башен и их статический
расчет
Решетчатые башни состоят из вертикально или наклонно по-
ставленных ферм, образующих в плане треугольник, квадрат
(рис. 262) или правильный многоугольник.
* b D 1 «
Отношения — и — , т. е. ширины о боковой части «грани
н н
у основания или диаметра D круга основания к высоте Н башни,
колеблются в широких пределах в зависимости от назначения
сооружения. Во всяком случае для свободно стоящих решетчатых
башен размеры Ь и D должны быть не менее Vs—Vio их вы-
соты.
При выборе схемы башни необходимо учитывать следующие
основные их особенности в зависимости от типа решетки.
Башни с однораск,осной решеткой (рис. 262, а) характеризу-
ются большой свободной длиной раскосов и знакопеременностью
усилий в них, в связи с чем узловые сопряжения целесообразно
выполнять на нагелях.
В башнях с перекрестной решеткой (рис. 262, б) имеется воз-
можность узловые сопряжения решать на врубках с лобовым
— 436 —
Рис. 262.
С5
Схемы решетчатых башен
а — башня с раскосной решеткой на болтах и
гвоздях (применяются
установки прожекторов, наблюдательных вышек,
копров для забивки свай и т. п.;
Ямакс
b
Н
упором; башня при этом работает как однораскосная, так как
раскосы указанного типа не могут работать на растяжение и не
включаются в работу. При решении перекрестных раскосов в ви-
де металлических тяжей работают только растянутые раскосы.
В обоих случаях системы
являются внутренне ста-
тически определимыми.
В случае присоедине-
ния деревянных пере-
крестных раскосов на на-
гелях или иных связях,
воспринимающих знако-
переменные усилия, си-
стема становится статиче-
ски неопределимой. Уча-
стие в работе обеих си-
стем решетки разгружает
работу каждой из них.
Отличительной * осо-
бенностью башен с полу-
раскосной решеткой (рис.
262, в) является неболь-
шая длина сжатых раско-
сов по сравнению с баш-
нями с однораскосной ре-
шеткой. Узловые сопря-<
жения при этом типе ре-
шетки обычно выполня-
ются на нагелях.
Одним из наиболее
рациональных типов яв-
ляются башни с ромбиче-
ской решеткой, (рис.
262, г). В них длина сжа-
тых элементов решетки и
панелей стоек вдвое мень-
ше, чем в башнях с од-
нораскосной решеткой.
Ригели в основном рабо-
тают на передачу местной
ветровой нагрузки, в то
время как в башнях с по-
лураскосной решеткой
ригели участвуют в рабо-
те всей башни; деформа-
тивность башни с ромбической решеткой меньше, чем с полу-
раскосной.
Ромбическая система внутренне статически определима. При
высоких башнях (Я = 100-4-200 м), в которых целесообразно
в качестве опор для
£
1 ' 8 ’
= 40 ж); б—башня с перекрестной решет-
кой на врубках, болтах и гвоздях или с метал-
лодеревянной перекрестной решеткой, с ригелями
из бревен, брусьев или досок и с раскосами из
круглой стали (применяются в качестве водона-
вышек, надшахтных .
геодезических
b 1
т. п.: — = —
Н 1
порных башен, нефтяных
копров, башен-градирен,
лов, парашютных вышек и
Ямакс=40 в — башня с
сигн»-
1 .
10 ’
полураскосной решет-
кой на болтах и гвоздях (применяются с случа-
ях, перечисленных в п. б, а также в качестве
— 40-4- 200 ж);
перечисленных в п. 6, а также в
b 1 . 1 - и
радиобашен. — = ~ ~ • "макс
/7 1 о
г — башня с ромбической решеткой на болтах и
гвоздях (применяются в случаях, перечисленных
в п. а, а также
b _ 1
И ~ 1 * 8
чатая башня на гвоздях и болтах _ _______
(применяются в качестве прожекторных и наблю-
дательных вышек,
b
и т. п.; — =
И
в качестве
; Ямакс = 40 200 ж):
радиобашен;
д — решет -
с оттяжками
подъемников для бетона
"макс s 100
Ю 50 “акс
п.;
— 437 —
уменьшать длины панелей стоек, к ромбической или полураскос-
ной решетке добавляются вспомогательные шпренгели (рис.
262, в).
Для уменьшения усилий в элементах башни стойки выпол-
няются нередко ломаного очертания с постепенным уширением
башни книзу (рис. 263).
В целях увеличения жесткости поперечного сечения башни в
верхнем и в нескольких промежуточных ее сечениях рекомендует-
ся ставить жесткие диафрагмы.
Нагрузками, действующими
на решетчатые башни, являют-
ся:
1) собственный вес башен,
который обычно находят на ос-
новании предварительного при-
ближенного определения попе-
речных сечений элементов;
2) собственный вес площа-
док, лестниц и т. п., определяе-
мый также предварительными
подсчетами;
3) полезные нагрузки: вес
бака с водой, натяжение ан-
тенны, вес бурильных или об-
саднух труб и т. п.;
4) ветровая нагрузка, опре-
деляемая по нормам.
Для стоек квадратной в
плане решетчатой башни диа-
гональное направление ветра
является, как правило, расчет-
ным.
Расчетные усилия на одну
стойку башни от продольной
(вертикальной) нагрузки в за-
висимости от способа ее пере-
дачи определяются с учетом
Рис. 263. Схема радиобашни высо- неравномерности распределе-
той 190 м ния нагрузки между стоиками.
Расчетные усилия от попе-
речных (горизонтальных) на-
грузок и внецентренного действия продольной (вертикальной)
нагрузки можно находить по способу разложения пространствен-
ной схемы башни на плоские фермы с последующим расчетом
каждой фермы в отдельности под воздействием приходящейся на
нее нагрузки.
— 438 —
2. Башни на врубках
В башнях на врубках (рис. 264) стойки и раскосы выполняют
из круглого леса или брусьев, а ригели — из парных досок или
пластин.
Обычно раскосы врубают в стойки башни лобовыми врубками
с одним (рис. 264, узел /) или двумя зубьями; предпочтение сле-
дует отдать более простой врубке одним зубом. Ригели прикреп-
ляют к стойкам болтами. В местах пересечения раскосов друг с
другом один из них выполняется по длине цельным, другой —
прерывается и перекрывается парными накладками на болтах
Рис. 264. Конструкция узлов башни на врубках
(рис. 264, узел 2, вариант 1). Раскосы в местах пересечения друг
с другом могут быть также врублены вполдерева и скреплены
болтом (рис. 264, узел 2, вариант 2).
Узловые сопряжения двух смежных ферм обычно взаимно
смещаются по высоте стойки.
Стыки стоек желательно располагать вблизи узла, перекры-
вая их парными накладками на болтах. При стойках составного
сечения стыки брусьев или бревен рекомендуется располагать
вразбежку.
В легких башнях при небольших вертикальных нагрузках сты-
ки можно выполнять косым прирубом.
— 439. —
3. Башни на нагелях
Нагели (болты и гвозди) могут быть применены в качестве
узловых сопряжений при любой схеме решетки. Стойки башни
в зависимости от ее высоты, действующей нагрузки и требуемой
жесткости выполняются из одного, двух, трех или четырех бре-
вен или брусьев (рис. 265).
При перекрестной решетке и стойках из одного бревна риге-
ли (схватки) и раскосы выполняют из одного бревна (рис. 266, а)
или парных досок (пластин). В открытых башнях применение
бревен для устройства горизонтальных ригелей не рекомендует-
ся, так как при увлажнении древесины от атмосферных осадков
в усушечных трещинах бревна застаивается вода, что приводит
к быстрому загниванию древесины ригелей. В этих случаях для
ригелей следует применять парные доски или пластины.
Рис. 265. Расположение стоек решетчатых башен в плане
При расположении раскосов только с внешней стороны баш-
ни они в месте пересечения взаимно врубаются вполдерева и со-
единяются болтом.
Для того чтобы избежать нерациональной взаимной врубки
раскосов вполдерева, иногда применяется следующий прием
(рис. 266, а). Один раскос располагают снаружи стоек, другой —
одним концом с наружной, а другим — с внутренней стороны сто-
ек. В месте пересечения раскосы скрепляют болтом. В том слу-
чае, если перекрещивающиеся раскосы располагают по разным
сторонам стойки, взаимное скрепление их производят болтом че-
рез прокладку.
Взаимной врезки раскосов вполдерева можно избежать так-
же путем конструирования одного из перекрещивающихся рас-
косов составным из двух досок или пластин, плотно охватываю-
щих сечение цельного другого раскоса у середины его длины.
В этом случае на концах цельного (бревенчатого) раскоса на-
бивают парные доски (или пластины), которые обжимают стой-
ки в узле (рис. 266, б).
При стойках из двух бревен и ригелях и раскосах из одного
расположение бревен стоек может быть принято по диагонали
(рис. 267, а).
— 440 —
Рис. 266. Узловые сопряжения на нагелях при перекрестной решетке и стой-
ках из одного бревна
Рис. 267. Узловые сопряжения на нагелях при перекрестной решетке и стой
ках из двух и трех бревен
Схема вышки
ljO^O*C
а) Опорный узел
442
Стальные
накладки
1 *8*55 *
d-22
Т болты
d = 1,9 7 7
Узел
поднос
Зболта
d<2>5
1,2,3,9
збопти
б)
Стойка
Схватка
2 пластины
~ „'ватка d--2,5
<Ь23!2*2
Ликёр d-
Узел
N3
Узел
N5
узел
Н2
Узел
№
Узел
Л"/
Стойка
d‘24
Узел 6
2 болта d 25
I болты
Анкера dif’
Стойка
(h22 'l
л
Оолосовоя
сталь 8*1 Т
План опорного узла
^_jOO__._^
боллпыд-ф
Схватки
d'23/2^
^агп2о
’5 23/2^2
!h
20/2 >2 ,
7F1
ПОЛНО
d-18
Рис. 268. Парашютная вышка высотой 41 м
Узел
N6
26опта
d=2}5
лолтасЬ2,5
Схватка
К недостаткам этого решения следует отнести большой экс-
центрицитет «прикрепления раскосов по отношению к центру уз
ла башни.
Решение узла при стойке из трех бревен показано на
рис. 267, б. В этом случае ригель следует выполнять из двух до-
сок или пластин. При перекрестных раскосах из круглой ста-
ли и одинарных бревенчатых или брусчатых стойках и риге-
лях узлы башни решаются аналогично показанному на
рис. 206.
При полураскосной решетке присоединение раскосов и риге-
лей к стойке симмет-
рично относительно
фасадной оси башни
(рис. 268). Раскосы
присоединяются к
ригелю тоже сим-
метрично с некото-
рым эксцентриците-
том.
Большая много-
степенность переда-
чи усилий и в резуль-
тате повышенная де-
формативность явля-
ются основными не-
достатками этой си~
стемы. Малая длина
элементов решетки,
а также простота и
единообразие их при-
соединений являют-
ся ее преимущест-
вом, что особенно
сказывается в лег-
ких башнях, несущих
небольшую нагруз-
нагелях при
ку.
На рис. 269 пока-рис- 269- Узловые сопряжения на
г ромбической решетке
заны основные узлы
присоединения ром-
бической решетки при одинарных стойках, ригелях и подкосах
и при расположении одной (треугольной) системы раскосов сна-
ружи и другой (тоже треугольной) внутри башни.
Простое решение узлов и значительно меньшая по сравне-
нию с полураскосной системой многостепенность передачи уси-
лий при минимальной свободной длине панелей, стоек и элемен-
тов решетки определяют значительные преимущества ромбичес-
кой -решетки по сравнению со всеми рассмотренными выше.
— 443 - -
4. Монтаж решетчатых башен
Небольшие башни поднимаются целиком заранее собранны-
ми на земле. Этот способ широко распространен на практике,
так как он дает возможность точно собрать и соединить между
собой все элементы башни на бойке.
При монтаже башни путем подъема отдельных ее элементов с
последующим их скреплением между собой вначале поднимают
стойки башни при помощи вспомогательной мачты, которая обыч-
но устанавливается по оси башни (рис. 270). Мачтой служит
бревно диаметром 24 см в комле и длиной от 7г до 7з высоты
башни. При установке мачты один конец ее вначале поднимают
на руках (с постановкой под мачту подпорных досок и козел из
жердей). Когда наклон мачты достигает 20—25°, дальнейший ее
подъем производят воротом или лебедкой.
При помощи мачты стойки башни могут быть подняты лебед-
кой в заранее срощенном виде общей длиной 35—40 м.
После установки стоек ригели и подкосы поднимают на стой-
ки вручную при помощи канатов, пропущенных через блоки,
привязанные к вершине стоек, и направляющие блоки у осно-
вания стоек.
Если необходимая высота стоек башни не может быть дости-
гнута подъемом их сразу в срощенном виде, приходится приме-
нять подъем по частям с наращиванием верхних частей стоек
после раскрепления нижних ригелями и подкосами. Такой (сту-
пенчатый) способ, удобный для .подъема стоек, состоящих из двух
и более ветвей, применяется при монтаже деревянных мачт на
оттяжках (§ 121).
— 444 —
Башня может быть смонтирована также путем подъема от-
дельных ферм, заранее собранных на земле.
Для сборки высоких башен применяют, кроме того, монтаж-
ные мачты со стрелами или краны.
§ 119. СЕТЧАТЫЕ БАШНИ СИСТЕМЫ ШУХОВА
Сетчатая башня этой системы представляет собой однополый
гиперболоид вращения, образованный из двух систем взаимно
Рис. 271а. Сетчатая башня системы Шухова высотой 35,74 м.
— 445 —
пересекающихся прямых стоек, наклоненных под определенным
углом к горизонту (рис. 271а и 2716)*.
Стойки одного направления прилегают к поверхности гипер-
болоида снаружи, другого направления — изнутри. Для того
чтобы во всех точках касания стоек прямоугольного сечения
обеспечить совпадение смежных граней, необходимо в стойках
делать специальные подрезки. В местах перекрещивания стойки
скрепляются болтами,.
По высоте башни на расстоянии 5—6 м друг от друга в ме-
стах перекрещивания стержней или вблизи их устраиваются ре-
шетчатые диафрагмы или жесткие кольца, придающие неизменя-
Рис. 2716. Узлы сетчатой башни системы Шухова.
По материалам Теплоэлектропроекта.
— 446 —
емость всей системе и обеспечивающие устойчивость отдель-
ных элементов башни. Стержни башни примыкают к фундамен-
ту непосредственным упором и прикрепляются к нему анке-
рами.
Для сетчатых башен может применяться как пиленый, так и
круглый лес. Соединениями отдельных элементов башни служат
нагели и врубки.
Достоинством сетчатых башен, применяемых в качестве гра-
дирен, является малый расход материала, надежность в работе,
стандартность элементов и сборность конструкции, определяю-
Рис. 272. Кронштейны для устройства подмостей при монтаже сетчатой башни
щие возможность заводского изготовления элементов. Обшивка
в градирне не входит в состав несущей конструкции и в случае
необходимости может быть сменена.
Сборку башни можно вести с инвентарных лесов или с раз-
борной переносной площадки на кронштейнах. Кронштейны кре-
пятся к заранее установленному нижнему ярусу стоек. С под-
мостей на кронштейнах производится наращивание стоек следу-
ющего яруса и сборка основных колец (рис. 272), после чего
кронштейны переносят на вышележащий ярус для продолжения
сборки башни.
§ 120. БАШНИ-ОБОЛОЧКИ
Башни-оболочки подразделяются на ребристые и тонкостенные. Ребристые
башни имеют жесткие, часто расставленные диафрагмы, обеспечивающие
неизменяемость формы поперечного сечения башен. Тонкостенные башни
промежуточных жестких диафрагм не имеют, только поверху башни ставит-
— 447 —
Ы50
'болт d-1,2; 1-33
Рис. 273. Тонкостенная башня-оболочка
— 448 —
ся диафрагма во избежание больших деформаций верхнего свободного края
оболочки.
Конструкция башни-оболочки состоит из следующих основных элемен-
тов:
1) стоек из досок или брусков, направленных вдоль образующей башни;
2) колец из гнутых досок в тонкостенных башнях-оболочках и жестких
диафрагм в ребристых башнях;
3) перекрестной диагональной обшивки из тонких досок, направленных
под углом 45° к стойкам и кольцам.
Все эти элементы башни скрепляются между собой гвоздями <и болтами.
Башни-оболочки цилиндрической или конической формы можно приме-
нять в виде конструкций, воспринимающих преимущественно горизонтальные
ветровые нагрузки (например, градирни), или конструкций, воспринимающих
одновременно значительные вертикальные и горизонтальные нагрузки (на-
пример, водонапорные башни).
Башни-оболочки являются конструкциями построечного изготовления.
Благодаря рациональному кольцевому сечению они могут быть примене-
ны для сооружений больших размеров и рассчитаны на большие нагрузки.
Для изготовления башен-оболочек не требуются лесоматериалы повышенного
качества и крупные сортаменты.
Башни просты по конструкции и могут быть возведены рабочими, не име-
ющими специальной квалификации. Недостатком башен-оболочек является
многодельность их изготовления.
(градирня) высотой 41,5 м
29—2665
Наибольшее распространение в строительстве получили тонкостенные
башни-оболочки — градирни (рис. 273). Основными элементами изображен-
ной на рис. 273 башни1 являются стойки из досок, расположенные через
0,803 м ось от оси. По высоте башня разбита на семь секций при высоте каж-
дой секции «д = 4,5 м. В нижних шести секциях стойки составлены из трех
досок, в остальных трех секциях — из одной доски. Поперечные сечения до-
сок стоек меняются по высоте башни.
Наружные кольца из гнутых досок сечением 3X18 см расположены через
4,5 м ось от оси.
Разреженная перекрестная обшивка под углом 45° к стойкам выполнена
из досок сечением 3X18 см.
Внутренние кольца из гнутых досок сечением Зх 18 см расположены через
2,25 м ось от оси.
Внутренняя сплошная обшивка выполнена из досок сечением 2,5X12 см
в шпунт.
Верхняя диафрагма представляет собой жесткую в горизонтальной плос-
кости кольцевую ферму. По диафрагме устраивается мостик по окружности
башни.
Градирни в виде башен-оболочек строили раньше со сплошной перекре-
стной стенкой, которая являлась рабочим элементом башни и совмещала в
себе функции ограждения.
Преимуществом приведенной конструкции башни является отделение ог-
раждающей обшивки, которая при необходимости может быть сменена.
На основании ряда сравнительных расчетов можно считать, что тонко-
стенные башни-оболонки (градирни и т. п.) при отношении приведенной тол-
с
шины оболочки к радиусу башни — < 0,005. можно с достаточной для праг?
теризует относительную жесткость башни-оболочки по поперечному сечению.
Так как жесткость башни-оболочки по поперечному сечению создается
главным образом кольцами, то приведенная толщина с может быть опреде-
лена по формуле
где 7J₽aC4— 0,J* —расчетный момент инерции кольца без учета косой об-
шивки;
0,7—коэффициент, учитывающий податливость связей;
— момент инерции кольца цельного сечения;
$к — расстояние между кольцами.
В остальных случаях для расчета тонкостенных башен-оболочек следует
пользоваться моментной теорией, учитывающей действительную жесткость
башни.
Возведение башен-оболочек обычно выполняется в следующем порядке:
сначала возводится нижняя секция башни, затем наращиваются стойки, ста-
вятся кольца, производится обшивка башни косыми досками и т. д. Вся рабо-
та ведется с легких подмостей, расположенных по всему контуру башни, как
правило, внутри нее.
1 Проект Промэнергопроекта.
— 450 —
Глава III
МАЧТЫ НА ОТТЯЖКАХ
§ 121. КОНСТРУКЦИИ РАДИОМАЧТ И ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ
ИХ РАСЧЕТА
Мачты на оттяжках широко применяются в строительстве в
качестве радиомачт, мачт для монтажа строительных конструк-
ций, оборудования и т. д.
Мачты выполняются однобревенчатыми высотой до 55—65 м,
трехбревенчатыми — от 45 до 90 м и четырехбревенчатыми —
от 75 до 150 м.
Рис. 274. Схемы радиомачт
а — при Н < 75 м; б — при Н> 75 м; план расположения оттяжек: в — для четырех-
бревенчатых мачт; г — для трехбревенчатых мачт
При высоте до 75 м мачты устраиваются с оттяжками, кото*
рые с каждой стороны мачты крепятся к одному анкеру
(рис. 274, а); при высоте более 75 м оттяжки крепятся к двум
анкерам (рис. 274, 6).
По своей конструкции кустовая мачта является составным
стержнем из бревен длиной 13—15 м, диаметром до 33 см, сое-
диненных между собой колодками. Расстояние между осями бре-
вен мачты назначается до 50 см.
Колодки трехбревенчатых кустовых мачт обычно делаются из
коротышей большого диаметра, причем каждая колодка врезает-
ся во все три бревна (рис. 275, а) и соединяется с ними болтами.
29*
— 451 —
В четырехбревенчатых мачтах колодки располагаются волокна-
ми либо вдоль мачты (рис. 275, б), либо поперек. Первое пред-
почтительнее, так как при этом парализуется вредное влияние
усушки и разбухания прокладок на плотность соединения про-
кладок с мачтой.
Отношение длины I колодок (рис. 275, б) к их ширине во из-
бежание перекоса при работе на сдвиг должно быть не менее
1,5. Желательно повышать это отношение до 2—2,5.
По I-I
Рис. 275. Крепление колодок трех- и четырехбревенчатых мачт и стык бревен
Строгая прямолинейность мачты и нормальные условия ее ра-
боты обеспечиваются не только точной врезкой колодок, но в
большой мере также постоянным натяжением болтов, соединя-
ющих колодки, в процессе эксплуатации мачты.
Весьма важной и ответственной деталью мачт является кон-
струкция креплений оттяжек. Простое «и надежное крепление,
применяемое в мачтах средней высоты, показано на рис. 276, а.
Для высоких мачт с продольными колодками можно рекомендо-
вать крепление, показанное на рис. 276, б.
Концы оттяжек заплетают специальной оплеткой в виде пет-
ли вокруг так называемых коушей — грушевидных вкладышей,
изготовляемых из полосовой стали толщиной 2,5—3 мм
— 452 —
(рис. 277, а). Коуши служат для соединения при помощи'сталь-»
кого пальца концов оттяжек с мачтой.
Крепление оттяжек к анкерам для их подтягивания произво-
дится при помощи болтовых сжимов (рис. 277, б) и винтовых
стяжек (рис. 278).
Стыки бревен мачты обычно выполняются косым прирубом
(рис. 275).
Рис. 276. Примеры крепления оттяжек к мачтам
Для воспринятая возможных в ветвях небольших растягива-»
ющих усилий стык бревен рекомендуется решать лобовым упо-
ром с накладками из полосовой или угловой стали на болтах.
По высоте мачты стыки располагают вразбежку (по винто-
вой линии), причем каждый стык сдвигают по длине мачты: при
четырех стволах — на 74 длины бревна, при трех стволах — на
Чз длины.
Мачта разделяется на пролеты (расстояния между точками
пересечения оттяжек с осью мачты) в соответствии с расчетом.
Обычно длина верхних пролетов достигает 20—25 ж, длина ниж-
них составляет 10—15 м.
— 453 —
Фундамент мачты, как правило, делается из бетона. В фун-
дамент заделываются отрезки швеллеров, к которым бревна кре-
пятся болтами.
Анкер выполняется обычно из бетона и снабжен клепаной или
сварной конструкцией, передающей усилия оттяжек низу анкера
при помощи рамы и распределительных ригелей из двутавров,
рельсов или швеллеров (рис. 278).
Рис. 277. Крепление тросов
на коушах и болтовые
сжимы
Проектирование радиомачт про-
изводится в соответствии с указани-
ями, приведенными в специальных
пособиях [19, 20].
Основными нагрузками при рас-
чете радиомачт являются собствен-
ный вес сооружения и находящихся
на нем или подвешенных к нему
устройств, составляющие усилий на-
тяжения сети, поддерживаемой мач-
той, вертикальные составляющие
усилий начального (монтажного)
натяжения оттяжек и силовые воз-
действия, вызванные изменением
температуры.
Дополнительными нагрузками
считают ветер и гололед, особыми—
нагрузки, возникающие при обрыве
или спуске сети.
Нормативные значения темпера-
туры, ветра и гололеда принимаются
различными для разных районов
СССР.
При расчете мачт принимают во
внимание неблагоприятное сочета-
ние нагрузок от антенны с нагруз-
ками, действующими непосредствен-
но на мачту. Комбинации расчет-
ных нагрузок принимаются следую-
щие:
а) ветер наибольшей расчетной
силы при температуре +20° или
_9П°-
б) гололед и ветер со скоростным напором 30 кг/л!2 при тем-
пературе —5°;
в) наинизшая расчетная температура при отсутствии ветра
и гололеда.
Кроме того, для комбинации нагрузок «а» и «б» учитывают
односторонний спуск или обрыв сети.
При определении нагрузок от ветра коэффициент обтекания
— 454 —
для кустовых мачт и тросов принимается равным 1,2, для одно-
бревенчатых мачт — 0,8.
При действии ветра под углом а к направлению троса умень-
шение ветровой нагрузки на трос принимается по закону sin а.
При этом для мачт с оттяжками нужно рассмотреть следующие
воздействия ветровой нагрузки:
а) направление ветра совпадает с одной из плоскостей оття-
жек;
б) направление ветра совпадает с биссектрисой угла между
оттяжками.
Рис. 278. Крепление оттяжек к анкеру
Оттяжки мачт делают из стальных витых тросов с пределом
прочности на растяжение не менее 140 кг/лш2.
Бревенчатые мачты при расчете могут рассматриваться как
неразрезные балки на податливых (упругих) опорах-оттяжках.
Учитывая, что бревенчатые мачты имеют сравнительно малую
жесткость при наличии слабых растянутых стыков, можно пре-
небречь перераспределением нагрузки между узлами в связи
с податливостью опор и исходить при определении усилий в от-
тяжках из предположения шарнирности узлов мачтЫ|. Это пред-
положение дает возможность рассчитать каждый ярус оттяжек
независимо от смежных ярусов сверху и снизу. При расчете от-
тяжек последние рассматриваются как гибкие нити, нагружен-
ные гололедом и ветром, с учетом воздействия изменения темпе-
ратуры. Ствол мачты рассчитывается как сжато-изогнутый со-
ставной стержень.
Найденные при расчете оттяжек узловые.усилия, а также ве-
са отдельных пролетов мачты дают возможность определить про-
дольные усилия N в мачте по ее высоте. Кроме продольных уси-
лий, тело мачты испытывает изгиб от действия ветровой нагруз-
— 455 —
ки. Расчетный изгибающий момент в середине пролета мачты
приближенно .принимается равным:
м=рА
10
где р — погонная ветровая нагрузка на тело мачты;
а — длина пролета, равная расстоянию между узлами мачты.
Расчетное напряжение в сечениях мачты проверяется по фор-
муле
Н , МЯс < п
^нт е с’
Здесь N и М — нормальные оилы и изгибающие моменты.
Расчет колодок и болтов, соединяющих ветви мачты между со-
бой, производится по общим правилам для этих соединений. Для
обеспечения жесткости мачты болты при монтаже сильно затя-
гивают. Их проверяют на растяжение по усилию, необходимому
для возбуждения силы трения, превосходящей силу сдвига про-
кладок. При этом коэффициент трения «принимают равным 0,3 и
коэффициент запаса 1,5. Необходимо также при расчете произ-
вести проверку стыков ветвей мачты на растяжение.
§ 122. СБОРКА И УСТАНОВКА МАЧТ
Благодаря винтовому (вразбежку) расположению стыков
сборка кустовых радиомачт на месте методом последовательного
наращивания не представляет особых трудностей.
Предварительно производят полную сборку всей мачты на
земле (на подкладках) из тщательно обтесанных и остроган-
ных сосновых бревен. После этого целиком собранный нижний
куст мачты, состоящий из 5—6 бревен, поднимают при помощи
поворотной стрелы (рис. 279, а) или вспомогательной мачты
(рис. 270).
При подъеме первого куста трех- или четырехбревенчатой
мачты на концах двух более высоких бревен поднимают при-
крепленные заранее блоки с перекинутыми через них тросами
(рис. 279, б), служащими для подъема бревен и мачтовика. Пос-
ле подъема очередного бревна ставятся на место колодки и бол-
ты, крепящие это бревно к мачте^.
Подъем монтажных мачт аналогичен подъему вспомогатель-
ной мачты и стоек решетчатых башен, рассмотренных в § 118.
Для увеличения срока службы радиомачт их покрывают при
изготовлении и после установки за 2—3 раза горячей олифой,
реже окрашивают масляной краской.
Рекомендуется после изготовления мачты на земле и разбор-
ки перед монтажом производить полную пропитку всех ее ча-
— 456 —
стей маслянистым антисептиком в автоклаве или по способу го-
ряче-холодной ванны. Кроме того, целесообразна тщательная
трех-четырехкратная обмазка горячим креозотовым маслом всех
стыковых сопряжений, врезок для колодок, мест крепления ме-
таллических частей и т. д. Во избежание сильного намокания ко-
лодок верхние их торцы в собранных мачтах полезно покрывать
слоем тугоплавкого гудрона.
Рис. 279. Схема сборки мачты
Деревянные кустовые радиомачты требуют весьма тщатель-
ного ухода, особенно в первое время после возведения, когда
необходимо не реже одного раза в месяц подтягивать все постав-
ленные болты. Несоблюдение этого правила, как показывает
опыт, неизбежно приводит к значительным искривлениям мачты,
чрезвычайно трудно устранимым или же совершенно неустрани-
мым впоследствии.
Не менее важно проверять периодически вертикальность и
прямолинейность мачт при помощи теодолита, а также стрелу
провеса оттяжек.
Глава IV
ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ
§ 123. ОБЩИЕ ДАННЫЕ
1. Особенности работы деревянных конструкций в мостах
Основной особенностью работы д. к. в мостах является на-
личие подвижной временной нагрузки, имеющей преобладающее
значение в мостах малых пролетов.
30—2665
— 457 —
Следствием такого характера нагрузки являются:
1) кратковременность действия временных нагрузок и в свя-
зи с этим меньшая опасность пластических деформаций, особен-
но в мостах малых и средних пролетов. Отсюда — возможность
применения в мостах сопряжений с использованием работы дере-
ва на смятие поперек волокон, нежелательным при длительном
приложении расчетной нагрузки;
2) знакопеременность работы многих элементов конструк-
ции и необходимость поэтому применения плотных сопряжений
для обеспечения плавного, без ударов, включения в работу эле-
ментов при переменах знака усилия (в отдельных случаях такая
плотность может быть достигнута путем начального натяжения
конструкции);
3) динамическое воздействие нагрузки, которое в расчете де-
ревянных мостов не учитывается, но при конструировании сопря-
жений должно быть учтено.
Примером хорошего соответствия конструктивного решения
моста всем отмеченным выше особенностям могут служить мо-
стовые фермы Гау — Журавского (рис. 295, 296), рассчитанные
на обеспечение начальной плотности сопряжений при помощи
предварительного натяжения стальных тяжей, периодически под-
тягиваемых в процессе эксплуатации.
2. Основные элементы моста
Мост состоит из пролетного строения и опор. При деревян-
ном пролетном строении опоры могут быть деревянными или ка-
менными. В состав пролетного строения моста входят проезжая
часть, основные несущие конструкции (главные фермы) и связи.
Проезжая часть состоит из ездового полотна, поддерживаемого
системой продольных и поперечных балок. Различают мосты с
ездой понизу (рис. 280, а), поверху (рис. 280, б) и посредине
(рис. 291. схемы 2 и 3).
Пространственная неизменяемость пролетного строения, а
также передача опорам горизонтальных нагрузок (давления вет-
ра, тормозных усилий и т. д.) обеспечиваются совместной рабо-
той продольных и поперечных связей, прогонов, поперечных ба-
лок и главных ферм.
3. Основные нормативные указания для проектирования
Генеральные размеры моста. Проектирование мостов произ-
водится в соответствии со специальными нормами и техничес-
кими условиями [22, 23].
Разность между отметками ездового полотна и низшей точки
— 458 —
пролетного строения в одном и том же поперечном сечении мо-
ста называется строительной высотой моста.
При пересечении рек с невысокими берегами, в путепрово-
дах на ровной местности и в других подобных условиях всякое
повышение отметки ездового полотна влечет за собой увеличе-
Рис. 280. Схемы пролетного строения
а — с ездой понизу; б — с ездой поверху
ние высоты моста и объема земляных работ по устройству под-
ходов к мосту, связывающих его с берегом, а следовательно, уве-
личивает и стоимость всего мостового перехода. В этих случаях
необходимо стремиться к минимальной строительной высоте.
Величина последней является решающим фактором при выборе
системы пролетного строения и расположения езды; мосты в этом
случае обычно устраиваются с ездой понизу.
30*
— 459
В мостах через реки с высокими берегами, в путепроводах над
дорогой, проходящей в глубокой выемке, и т. п. возможная стро-
ительная высота оказывается больше необходимой высоты, вы-
бираемой на основании общих соображений (экономиче-
ских и пр.). Это дает возможность осуществлять мосты с ездой
поверху, дающие, как правило, наиболее экономичное реше-
ние.
Езда поверху позволяет:
1) разместить в пролетном строении любое, наивыгоднейшее
число ферм;
2) просто связать фермы поперечными связями;
3) сблизить фермы до наименьшего предела, определяемого
заданной шириной проезда и условиями поперечной устойчиво-
сти пролетного строения (на опрокидывание), в связи с чем
уменьшается вес поперечной конструкции и уменьшается шири-
на, а тем самым и стоимость опор.
В деревянных мостах с ездой поверху имеется еще одно суще-
ственное достоинство: при надлежащей конструкции верхнее ез-
довое полотно дает возможность надежно защитить все несущие
части пролетного строения от непосредственного увлажнения ат-
мосферными осадками и тем самым от загнивания.
Расчетный пролет мостовых ферм приближенно можно при-
нимать равным:
Z = 1,О1/он-1,О6/о,
где 1о — пролет в свету.
Наиболее рациональная по экономическим соображениям
величина пролета в многопролетных мостах определяется из ус-
ловия равенства стоимостей пролетного строения и опор.
Расчетные нагрузки. Предварительное определение собствен-
ного веса главных ферм мостов (на единицу их длины) произ-
водится по формуле
д _ 9экв^'а ?пр 9с
¥ф 1000 _
^с.в^
где ^9КВ — временная эквивалентная погонная нагрузка;
k't — коэффициент, для балочных ферм равный едини-
це, для арочных — приблизительно 1,6;
9пР — вес проезжей части на единицу длины моста;
qz — вес связей на единицу длины моста;
I — расчетный пролет в м;
kz. в—коэффициент собственного веса (рис. 285, 291, 293,
295, 297).
— 460 —
Предварительный ориентировочный вес связей в тоннах на
I м моста можно определить по формуле
qc = 0,006/,
где I — пролет моста в метрах.
Формула дает несколько преуменьшенное значение веса свя-
зей для мостов пролетом менее 20 лс.
Временная вертикальная нагрузка (железнодорожный поезд,
автомобили, гусеничная нагрузка или толпа) и временная го-
ризонтальная (от давления ветра, сил торможения и т. п.) уста-
навливаются соответствующими техническими условиями. На
эстакады и галереи действует временная вертикальная нагрузка
от транспортеров, вагонеток, снега, толпы и горизонтальная — or
ветра.
Действие температуры в расчете деревянных мостов не учи^
тывается. В мостах смешанной конструкции, в висячих и ван-
товых мостах учитывается влияние изменения температуры в
стальных элементах.
4. Технико-экономическая характер.истика и области
применения деревянных мостов
Достоинствами деревянных мостов являются быстрота возве-
дения в любое время года и невысокая строительная (пер-
воначальная) стоимость, особенно для мостов небольших
пролетов, значительно меньшая, чем для мостов из других мате-
риалов.
Указанные положительные качества деревянных мостов дают
им существенное преимущество перед мостами из других мате-
риалов в многолесных районах, где дерево является местным ма-
териалом, а также в условиях, когда необходимо быстрое соору-
жение временной переправы, и т. п.
К недостаткам деревянных мостов следует отнести более вы-
сокую, чем в мостах из других материалов, стоимость содержа-
ния и ремонта, подверженность загниванию и сгораемость.
Стоимость ежегодного содержания и ремонта деревянных мо-
стов составляет в среднем 2,5% от их первоначальной строитель-
ной стоимости, что в 2—3 раза превосходит стоимость содержа-
ния стальных и в 8—10 раз — каменных и железобетонных мо-
стов.
Гниение является основным фактором, ограничивающим срок
службы деревянных мостов. Для мостов из непропитанной дре-
весины, не защищенной от непосредственного увлажнения, этот
срок составляет 8—12 лет, причем у мостов из сырого леса он
— 461 —
иногда снижается до 5—6 лет; на дальнем севере «мосты, возво-
димые из лиственницы, служат значительно дольше.
Наряду с этим имеются (см. Введение) примеры большой
долговечности крытых деревянных мостов (через реки Мегу,
Пскову, Пахру и др.). Своей долговечностью они обязаны при-
менению распространенного в мостах прошлого времени конст-
руктивного приема защиты от гниения путем устройства крыши
и боковой обшивки, предохраняющих мосты от непосредствен-
ного увлажнения атмосферными осадками. Некоторое увеличе-
ние веса и стоимости пролетнего строения в связи с устройством
крыши и боковой обшивки, составляющее примерно 10—12%
(для ферм среднего пролета с ездой понизу), окупается увели-
чением надежности и срока службы моста.
В автодорожных мостах с ездой поверху роль крыши может
выполнять водонепроницаемая проезжая часть с тротуарами на
консолях, защищающими наружные фермы от косого дождя. При
. большой высоте пролетного строения и малом вылете консолей
необходимо, кроме того, устройство боковой обшивки.
Применяя в таких мостах для защиты от конденсационного
увлажнения антисептические обмазки, которыми при сборке кон-
струкции покрываются все сплачиваемые поверхности элемен-
тов, узловые сопряжения и пр., можно радикально защитить кон-
струкцию моста от гниения и обеспечить любой (по условиям
экономическим и морального износа) срок службы моста, дове-
дя его в случае надобности до 40—60 лет. Аналогичные методы
защиты от гниения могут быть применены без нарушения архи-
тектурных требований и в мостах комбинированной системы с ез-
дой понизу или посредине.
В тех случаях, когда описанные конструктивные методы за-
щиты оказываются нецелесообразными из условия экономии ма-
териала или по соображениям конструктивно-производственно-
го порядка, например в сквозных балочных фермах с ездой по-
низу и верхними решетчатыми связями, следует применять хи-
мические меры борьбы с гниением путем глубокой пропитки мас-
лянистыми антисептиками всех деревянных элементов пролетно-
го строения, что (по опыту мостостроения в США) обеспечивает
срок службы в течение 30—35 лет, даже в неблагоприятных ус-
ловиях.
Пожарная опасность в автодорожных мостах при езде по
верху и несгораемом покрытии проезжей части незначительна. В
железнодорожных мостах при паровозной тяге эта опасность
больше; однако и здесь устройство проезжей части с балластным
корытом и применение защитных мер против возгорания древе-
сины почти исключают пожарную опасность деревянных мостов,
сконструированных'из массивных брусьев.
Пролеты современных балочных железнодорожных и авто-
дорожных деревянных мостов, как правило, ограничиваются
40—60 м.
— 462 —
Деревянные конструкции находят широкое применение при
строительстве эстакад на подходах к мостам, на промышленных
предприятиях (для транспортирования песка, известняка, руды,
угля и др.), в виде пешеходных мостиков и т. п.
Эстакады, имеющие кровлю и стены, называются галереями;
в случае необходимости они устраиваются утепленными. Эста-
кады и галереи бывают горизонтальные и наклонные; по свое-
му конструктивному решению они аналогичны мостам.
§ 124. ПРОЕЗЖАЯ ЧАСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ МОСТОВ
Типы мостового полотна автодорожных мостов изображены
на рис. 281.
При двойном настиле доски нижнего настила укладываются с
зазором 2—3 см в целях вентиляции и предупреждения загни-
вания (рис. 281, в, г). Верхний настил, работающий на износ, как
правило, настилается вдоль оси моста.
Прими мной тлесоыпбдйный брус X) Продольный настил
f / Накатник ' г—
Прогон-
Л Продольный Верхний настил
/ и.. косой настил
нанатниН
‘Поперечины
Прогоны или фермы
В мостах с ездой по*
Верху
Верхний косой настил
. Протибоугонные
нреозотиродонные
\досни через 20-30см (3»1
Ч)
сфалыпобетон
(Ь-8см)
Прогоны-
Деребоплита (с зазорами 2-3 см)
и) Асфальтобетон (Ъ-Ьсм)
Ханоем)
Креозотиробан*
ные досни 5
..и 5»№см
'Юсм)
(Ъ-ЪОсм)
a*2h
Прогон (Верхний поле
фермы)
b+2ho I-
Рубероид по антисеп -
тичесной пасте-----
Рис. 281. Типы мостового полотна автодорожных мостов
а __ настил из накатника: б — настил из накатника или пластин, покрытых досками;
в — двойной перекрестный дощатый настил; г — косой настил по деревоплнте с
асфальтобетонным покрытием; д — ребристая деревоплита с покрытием из асфальто-
бетона
В постоянных мостах, рассчитанных на длительный срок
службы, проезжую часть следует делать из древесины, пропитан-
ной маслянистыми антисептиками, с гидроизоляцией и с покры-
тием полотна асфальтобетоном. В этом случае двойной перекре-
стный настил (при одном косом настиле) может быть использо-
ван в качестве стенки горизонтальных ветровых связей
— 463 —
Ось опоры
210.\_210~21Q >.2Ю ( 210 i 210 ^210 ,.210 , 210 210\21&
1рис. 281. г), поясами которых служат прогоны. Стыки досок
настилов устраивают вразбежку. Для предотвращения угона ас-
фальтобетона поверх наклеенного гидроизоляционного слоя попе-
рек моста укладывают антисептированные доски, концы которых
закрепляют в прижимных (колесоотбойных) брусьях путем врез-
ки досок снизу в эти брусья (рис. 281,г).
Рациональной конструкцией ездового полотна для автодо-
рожных мостов является ребристая деревоплита (рис. 281, д)
из креозотированных досок.
В железнодорожных мостах мостовое полотно устраивается
с укладкой пути на поперечинах или с балластным корытом.
Первая конструкция проста, имеет минимальный вес й целесо-
образна во всякого рода временных мостах; вторая дает более
Рис. 282. Типы поперечных балок
а — пакеты из бревен; б — балка Деревягина (на пластинчатых нагелях); в — клееная
балка; -г — поперечные решетчатые балки; б — поперечные шпренгельные балки; е —
поперечные балки с перекрестной стенкой
спокойную езду, уменьшает пожарную опасность и в мостах с
ездой поверху обеспечивает возможность защиты пролетного
строения от увлажнения благодаря устройству гидроизоляции
по дну балластного корыта. Применение второго решения осо-
бенно целесообразно в постоянных мостах небольших пролетов,
где повышение собственного веса проезжей части по сравнению
с большой временной железнодорожной нагрузкой не имеет су-
щественного значения.
Поперечные балки различной конструкции показаны на
рис. 282. Пакеты из бревен (рис. 282, а) просты в изготовлении,
но требуют повышенной затраты материала, обладают невысо-
кой жесткостью и могут быть рекомендованы только при мест-
ном лесе крупных сортаментов и при небольшом расстоянии меж-
ду фермами. В качестве конструкции построечного изготовления
— 466 —
в мостах с легкой нагрузкой могут быть применены балки на
гвоздях с перекрестной стенкой (рис. 282, е). Балки Деревягина
(рис. 282, б) и клееные балки (рис. 282, в) обладают меньшей
строительной высотой. Клееные балки, являясь конструкциями
индустриального изготовления, полностью отвечают требовани-
ям современного строительства и, будучи антисептированы, мо-
гут быть рекомендованы для строительства постоянных мостов.
При расчете элементов проезжей части учитывается распре-
деление сосредоточенной нагрузки (давления колеса) на ряд эле-
ментов. При двойном дощатом настиле давление колеса прибли-
женно считается распределенным для нижнего поперечного на-
стила на 2 доски и для продольного на 2,5 доски; при щебеноч-
ном или асфальтобетонном покрытии распределяющее действие
принимается под углом 45° до нейтральной оси рабочего настила
(рис. 281, д). Элементы настила из досок, накатника, пластин
и т. п. рассчитывают обычно как свободно лежащие однопролет-
ные балки. В таком же предположении приближенно рассчиты-
вают и поперечины при широко расставленных продольных бал-
ках или прогонах; это идет в запас прочности. В мостах с одно-
ярусными прогонами при частой их расстановке расчет прого-
нов следует производить с учетом упругой передачи нагрузки по-
перечинами или поперечным настилом, которые в этом случае
рассматриваются как многопролетные балки на упругих опорах.
Прогоны обычно рассчитываются как свободно лежащие бал-
ки на двух опорах при наиневыгоднейшем расположении времен-
ной нагрузки.
§ 125. БАЛОЧНЫЕ МОСТЫ СПЛОШНОГО СЕЧЕНИЯ
1. Пролетное строение балочных мостов
Мосты с деревянными конструкциями цельного сечения. Наи-
более рациональным типом балочных мостов малых пролетов яв-
ляется конструкция с одноярусными часто расставленными про-
гонами, концы которых укладываются вразбежку непосредствен-
но на насадки опор 1. Благодаря уменьшению нагрузки на от-
дельные прогоны вследствие упругой передачи ее настилом кон-
струкция при минимальной строительной высоте экономична и
проста в производстве.
Мост такого типа на свайных опорах, выполненный из круг-
лого леса (рис. 283), представляет собой конструкцию построеч-
ного изготовления. Будучи выполнена по типовому проекту из
1 Такое конструктивное решение применялось еще римлянами (см. рис. 5),
практиковалось в русских мостах конца XVIII — начала XIX вв. и позже, ши-
роко используется в современных американских мостах из пиленого креозоте-
рованного леса.
— 467 —
МО
d'O^
Продольный разрез
5*10
Фасад
^'16
Поперечный раарве
Деталь фасада *
при Снарядных прогонах *
d-19
d-й.
d<27^
^^ТыГ~ПИУ н
Жу)»г-• ^0' tf"
г: С^И^—И
Деталь сопряжения
с бесегом
План
d*20
^3
Ф16
=Л^’24
!^^^20d/2<
Деталь тротуара
и заборной стенки
&16^т±75-
' Штырь ш-f/)
600/2
J пп б*Ю д . z
/'/УхЕ: Жтр£л?^,/4 штырем
х
РИС. 283. Схема автодорожного балочного моста с одноярусными, часто расставленными прогонами
пиленого леса (за исключением свай), конструкция дает возмож-
ность организовать заводское производство стандартных эле-
ментов моста, с пропиткой их после обработки маслянистыми ан-
тисептиками и широко механизировать сборку моста на месте
постройки (с помощью подвижной электростанции, самоходного
крана, дизель-молота и т. д.). Это решение полностью отвечает
задачам индустриализации строительства.
Мосты с деревянными конструкциями сплошного составного
сечения. Применение антисептированных прогонов сплошного
составного сечения из досок на водостойком клее (см. пятый раз-
дел) дает возможность довести пролеты описанных выше балоч-
ных мостов до 12 м. На рис. 284 изображен автодорожный мост
с клееными балками, построенный в Канаде.
Рис. 284. Автодорожный клееный балочный мост со средним пролетом 18 лц
построенный в Канаде в 1954 г.
В СССР разработаны сборные пролетные строения мостов в
виде сплошных блочных клеефанерных конструкций [24].
Как указано во введении, наиболее ранней балочной разно-
видностью многорешетчатой системы Кулибина явилась дощатая
конструкция Тауна с разреженной перекрестной стенкой и соеди-
нениями на дубовых нагелях (рис. 285, а, а также рис. 18); дру-
гую разновидность представляет балочная система с тем же спо-
собом соединений, но со сплошной перекрестной стенкой
(рис. 285, б и рис. 25).
Советскими конструкторами разработаны более эффективные
балочные фермы многорешетчатой дощато-гвоздевой системы со
сплошной перекрестной стенкой (рис. 285, в). Свыше 50% всех
автодорожных мостов пролетом более 12 м, построенных в годы
Великой Отечественной войны, осуществлены с такими фермами.
— 469 —
Они менее трудоемки, чем конструкции Тауна и Лембке, более
надежны, просты в изготовлении и не требуют применения де-
фицитной дубовой древесины. Мосты этой системы применялись
для пролетов от 12 до 49 м, как правило, с ездой поверху; при
больших пролетах — в консольно-балочном решении (рис. 286).
Рис. 285. Основные схемы балочных многорешетчатых конструкций
л — с разрешенной стенкой (ферма Тауна), L = 20-ь40 м\ k - 7,5ч-10; = — ч- — ;
с-в £ 5 9
6 — со сплошной стенкой (ферма Лембке), £ = 10ч-40 м\ & = 8ч-12; = -у ч- — ;
в — дощато-гвоздевые двутавровые балки, £ = 12ч-40 м; k = 6 ч- 10; = — ч- —
с® £ 7,5 8,5
На рис. 287 изображена конструкция пролетного строеия с
дощато-гвоздевыми балками пролетом 31,5 м, на рис. 288 —
детали этой конструкции, которая в принципе аналогична дву-
тавровым балкам на гвоздях, применяемом для покрытий
(см. пятый раздел). Пояса мостовых ферм выполняются из до-
Рис. 286 Автодорожный консольно-балочный мост с дощато-гвоздевыми
балками
сок толщиной до 7 см, расположенных в 2—3 яруса, по две доски
с каждой стороны стенки в каждом ярусе (рис. 288). Стыки по-
ясных досок устраиваются вразбежку. Стенка выполняется из
досок толщиной 4—5 см, соединенных гвоздями, и укрепляется
стойками жесткости, а при большой высоте — горизонтальны-
ми брусчатыми схватками. Наличие большого числа трудно про-
ветриваемых вертикальных швов между дощатыми элементами;
—470 — -
Продольный разрез
2*7*18
MOO
Поперечный разрез
на опоре 8 пролет
700 -------
6*20 d-15
Флсад
14-14
75-
16*18
13-16
сН5
•240
14* 6
Mx 16
ЯЯМ1 ”rf4!4U
*7*14'
Рис. 287. Конструкция пролетного строе-
ния автодорожного моста с дощато-
гвоздевыми балками многорешетчатой
системы пролетом 31,5 м
d-22
1-550
14*1
1*7*14
t=az2
il5O
2
10*18
d-20
1-500
5*22
14*14
1-1
75-\-----------------------
^^6 5>22 , t0,
15*20 i-1%
rf'(2
5
5*22
Рис. 288. Детали дощато-гвоздевой балки пролетом 31,5 м
создает повышенную опасность загнивания многорешетчатых
конструкций. В связи с этим необходима тщательная противо-
гнилостная их защита как конструктивными, так и химическими
методами; для постоянных мостов необходима пропитка масля-
нистыми антисептиками (по способу горячей и холодной ванны,
комбинированным методом в сочетании с высокотемпературной
сушкой и т. п.). Дощато-гвоздевые фермы удобны в монтаже
различными методами, особенно путем подъема, накатки и пе-
ревозки на плаву блоками из двух ферм соединенных связями ’.
2. Деревянные опоры балочных мостов
Опоры деревянных балочных мостов делаются свайными или
рамными (рис. 289). Свайные опоры являются наиболее распро-
страненным типом деревянных опор для грунтов, допускающих
забивку свай. Рамные опоры применяются главным образом в
^3-4 м
Опоры абтодорожных мостов Опоры железнодорожных мостов
Спайные опоры
Рамные опоры
9*Н*13
Рис. 289. Схемы свайных и рамных опор
1 Блок составляет половину пролетного строения.
473 —
мостах через суходолы и овраги, в эстакадах, галереях и т. пЛ
при наличии грунтов, не допускающих забивки свай. Преимуще-
ством рамных опор является возможность заводской заготовки
элементов и сборность конструкции.
Ряжевые опоры применяются преимущественно в тех случаях,
когда нельзя забить сваи, обычно при скалистом дне реки. Ряж
представляет собой деревянный ящик (сруб) из бревен», имею-
щий дно и перегородки. Ряж устанавливается на предваритель-
но спланированное дно реки и заполняется камнем до уровня вы-
соких вод, что значительно повышает устойчивость опоры и ее
сопротивляемость давлению льда при ледоходе. Ряжевые опоры
требуют большого количества лесоматериала и камня. Вследст-
вие большой ширины ряжевые опоры сильно стесняют живое
сечение реки. Поэтому применение их уместно лишь при больших
пролетах моста в тех случаях, когда применение опор другого
типа невозможно.
При больших нагрузках и значительной высоте как свайные,
так и рамные опоры выполняются в виде пространственных ба-
шенных конструкций (рис. 289).
Для создания необходимой поперечной жесткости во всех
видах опор следует применять диагональные и горизонтальные
схватки, обеспечивающие воспринятие ветровой нагрузки и го-
ризонтальных инерционных сил. Деревянные опоры должны быть
защищены ледорезами от повреждений льдом во время ледохода;
конструкции последних рассматриваются в специальных руко-
водствах [25, 26].
§ 126. МОСТЫ ПОДКОСНЫЕ И АРОЧНЫЕ СПЛОШНОГО СЕЧЕНИЯ
1. Подкосные мосты
Как показано во введении, подкосные системы применяются в
строительстве, в том числе в мостах, с древнейших времен. Соз-
давая промежуточные опоры, подкосы позволяют увеличить про-
лет моста при одном и том же сечении прогонов. Однако это ус-
ложняет конструкцию, особенно в месте сопряжения подкосов
с опорами. Основные и наиболее распространенные комбиниро-
ванные схемы подкосных мостов показаны на рис. 290.
В подкосных мостах, не имеющих затяжек, промежуточные
опоры, кроме воспринятая сжимающих усилий от вертикальной
нагрузки, работают на изгиб от распора, вызываемого нагрузкой
одного пролета; распор от постоянной нагрузки при одинаковых
пролетах уравновешивается.
Поскольку зона наибольшего изгибающего момента в опоре
совпадает с местом примыкания подкосов, неизбежно ослаблен-
ным врубками и болтами и более всего подверженным опасно-
сти загнивания от увлажнения водой (стекающей по подкосам),
— 474 —
гибкие опоры из одного ряда свай можно применять только в
подкосных мостах небольшого пролета при малой высоте опор;
при высоких опорах переходят к более жестким опорам, в част-
ности к башенным.
Подкосные мосты, особенно из круглого леса и более слож-
ных систем, являются типичными конструкциями построечного
изготовления ввиду чрезвычайного обилия врубок в узлах и не-
Рис. 290. Схемы подкосных мостов
а — одноподкосная, L = 4 ч- 8 м, — = — — б — трапециевидно-подкосная, L = 6 ч- 9
/ Г 1 гею/11
—- =----£ — ; в — ригельно-подкосная, L — о ч- 12 м. — —-=-; г — двухподкосная,
4 5 4 L 4 3 ’
L — 6 ч- 9 м, — = — ч—— ; д — трапециевидно-подкосно-ригельная, Д = 12 ч- 18 м, — -
А 5 3,5 L
1 1
=-----;-; е— арочно-подкосная (применима не только при деревянных, но и при камен-
4 3,5
ных опорах), L — 16 ч-24 м, ~ — ——н —
L 5 4
избежности пригонки их при сборке конструкций, что исключает
возможность защиты элементов от гниения путем только завод-
ской пропитки,. В связи с этим подкосные мосты мало пригодны
для индустриального производства. Как показал опыт двух ми-
ровых войн, подкосные мосты оказались мало пригодными так-
же и в условиях военного времени, когда большое значение при-
обретают сборность конструкции, .быстрота и простота ее возве-
— 475 —
дения. Область применения подкосных систем ограничивается
временными мостами и эстакадами, возводимыми построечным
способом из местных лесоматериалов.
2. Арочные мосты сплошного сечения
Основные схемы арочных мостов показаны на рис. 291. Ре-
комендуется круговое очертание арок, что более удобно в произ-
Схемо /
I оризонтальмые продольные
сбязи б плоскости проезжей Поперечный разрез
С ездоЗ
>посередине
f ' rl
L " * 7,5
Схема Ч
B'pwe Поперечный разрез
едязи а- б
&
Нижние горизонтальные едяэи (б плоскости проезжей части)
Для Всех систем L-10+W)m; -р-“ + т/ц ; кс ^*6
Рис. 291. Основные схемы арочных мостов сплошного сечения и их ветровых
связей
Наклонное порталь-
ная DOMQ
С ездой
понизу
L
L 5’7
J
Сеч д-г
прямо- ддутад-
угольное робое
— 476 —
водственном отношении (в пологих арках круговое очертание да-
ет малую разницу в расчетных усилиях по сравнению с парабо-
лическим).
Во введении освещены основные конструктивные решения де-
ревянных арок сплошного сечения в их историческом развитии.
Для современных постоянных мостов следует рекомендовать мо-
нолитное решение арок из досок на водостойком клее (рис. 292),
как наиболее совершенное. Рассчитанные на заводское изготов-
ление, антисептированные клееные арки могут быть выполнены
в виде двух полуарок, удобных в перевозке и монтаже. Стык
в ключе выполняется при помощи жестких накладок на бол-
тах.
Опорные узлы реша-
ются упором концов
арок в опорную (ка-
менную, железобетон-
ную или дубовую) по-
душку с изоляцией их
несколькими слоями
руберойда на тугоплав-
кой мастике и устрой-
ством анкерного креп-
ления, не препятствую-
щего некоторому пово-
роту опорного сечения.
Простыми и надеж-
ными конструкциями
построечного изготов-
ления для большепро-
летных арочных мостов
сплошного составного
Рис. 292. Автодорожный мост с клееными ан-
тисептированными арками пролетом 36 м,
построенный в конце 40-х годов в США
сечения являются двухшарнирные дощато-гвоздевые арки с пере-
крестной стенкой, представляющие разновидность многорешат-
чатых систем. Несколько таких мостов было построено у нас в
годы Великой Отечественной войны. Ось серповидных арок очер-
чивается по кругу. Пояса арок имеют ломаное очертание, будучи
выполнены из вертикально расположенных в два яруса до-
сок сечением 7x24 см. Арки конструируются аналогично рас-
смотренным в пятом разделе трехшарнирным аркам с верх-
ним поясом из гнутых брусков. С точки зрения монтажа более
рациональны трехшарнирные арки из двух серповидных полу-
арок.
На рис. 291 показаны схемы ветровых связей арочных мо-
стов при езде поверху (схема /), посредине (схемы 2 и 3) и по
низу (схема 4){. В качестве продольных горизонтальных связей
рекомендуется использовать жесткость ездового полотна с косым
настилом из креозотированных досок (р*ис. 281, в, г).
— 477 —
§ 127. СКВОЗНЫЕ СИСТЕМЫ МОСТОВ
1. Подвесные и шпренгельные системы
Подвесные системы (рис. 293), применяемые в строительстве
временных мостов с ездой понизу, являются конструкциями пост-
роечного изготовления; они выполняются из местного леса и
круглой стали с применением простейших способов сопряжений.
Шпренгельные системы (рис. 293) с ездой поверху целесо-
образны в тех случаях, когда стеснение подмостового простран-
ства шпренгелем не имеет значения. Их основным преимущест-
вом перед подкосными и арочными системами является простое
Треугольно-подвесные
L=5~8m
L = 12-20m
Трапециевидная
подвесная
L*8-12m
ШпрснгелЬнЫе системы Т'ТГТ' Кс$-6-8
।-------------------------L-----------------------------------J L-----------------------------------------------------------L
Треугольная
L*4:12h
Трапециевидная
L*6-18m
Рис. 293. Схемы подвесных и шпренгельных систем мостов
решение опор, не нагружаемых распором пролетного строения.
При небольших пролетах шпренгельные системы конструиру-
ются в виде комбинированной системы с неразрезным верхним
поясом; при значительных пролетах — в виде сквозной балочной
системы со стыками верхнего пояса в местах примыкания к нему
стоек; растянутый нижний пояс в обоих случаях — стальной.
Конструкция подвесных «и шпренгельных систем аналогична
рассмотренным выше в шестом разделе. Шпренгельные конст-
рукции могут быть сборно-разборными из стандартных транс-
портабельных блоков, изготовляемых на заводе из антисептиро-
ванной древесины; они обладают всеми достоинствами мостов
с ездой поверху (см. выше).
2. Ригельно-раскосные фермы
Стремление использовать достоинства ригельно-подкосной
системы, выполняемой из местного круглого леса с минимальной
— 478 —
Разрез по крайней панели
Рис. 294. Конструкция пролетно-
го строения моста с ригельно-
раскосными фермами пролетом
21,5
его обработкой, превратив ее в удобную для монтажа безраспор
ную балочную конструкцию построечного изготовления, привело
к широкому применению во время войны так называемых ри-
гельно-раскосных ферм пролетом от 10 до 24 м при отношении
высоты к пролету hll=4b-±-'/7 и &с.в.=5ч-7. Эти фермы избав-
лены от основного недостатка подкосных систем, поскольку
они могут быть целиком изготовлены на стороне и установлены
в готовом виде, часто в составе полностью или частично собран-
ного пролетного строения подобно дощато-гвоздевым балкам.
На рис. 294 изображено пролетное строение моста с ригельно-
раскосными фермами и детали их основных узлов. Все узлы и
стыки выполнены на стальных нагелях и болтах. Ферма не имеет
соединений, работающих на скалывание, представляя собой на-
дежную конструкцию, не требующую сложных поковок и большо-
го расхода металла.
3. Фермы Гау — Журавского
Фермы Гау — Журавского (рис. 295) представляют собой рас-
косную систему, пояса и перекрестные раскосы которой выпол-
няются из брусьев или бревен, а стойки — из стальных тяжей.
При выполнении из брусьев фермы с успехом можно изготовлять
на мостостроитель-
ных базах с антисеп-
тированием всех де-
ревянных элементов.
Длина панелей на-
значается: при нали-
чии местной нагруз-
ки в панели а =
= 1,4—2,5 ;и, при уз-
ловой нагрузке а=
= 3—5 м. В мостах
больших пролетов
для уменьшения
длины панели воз-
можно устройство шпренгелей (рис. 295, а). Местная передача
нагрузки возможна при езде поверху и легкой нагрузке; при езде
понизу осуществляется преимущественно узловая передача на-
грузки.
На рис. 296 (стр. 464—465) изображена конструкция авто-
дорожного моста с фермами Гау—Журавского с металлическим
нижним поясом.
Конструкция узла, решаемого простым упором торца раскосов
в дубовую подушку или в металлический башмак, допускают ра-
боту раскосов только на сжатие. Для того чтобы при проходе вре-
менной нагрузки все раскосы оставались сжатыми и торцы рас-
косов не отставали от подушек, при сборке ферм производится
предварительное натяжение тяжей, поддерживаемое во время эк-
а — с ездой поверху, L = 10ч-40 м; = 6ч-7,5;
б — с ездой понизу (преимущественно автодорожные
мосты), L = 20-Т-50 м; = 5-=-7
— 480 —
сплуатации моста. Расчет ферм с достаточной 'точностью произ-
водится без учета начального натяжения в предположении, что в
каждой панели работает раскос одного направления (сжатый).
Деревянные пояса ферм делаются одинаковыми на всем их про-
тяжении из двух, трех и четырех брусьев или бревен с зазорами
между ними для пропуска тяжей и для вентиляции элементов.
Поскольку строительная практика и специальные исследования
выявили недостаточную надежность стыков растянутых деревян-
ных поясов на металлических призматических шпонках с наклад-
ками из полосовой стали (так называемых «гребенках»), реко-
мендуется присоединять в стыках стальные накладки на тонких
стальных глухих нагелях. Металлический пояс выполняется из
профильной стали *.
Восходящие раскосы делаются из двух-трех элементов, нис-
ходящие соответственно из одного-двух; угол наклона их назна-
чается в пределах от 35 до 60°. Дубовые узловое подушки име-
ют поперечное (к плоскости фермы) направление волокон. Тяжи
применяются диаметром от 20 до 100 мм, концы их осаживаются
под нарезку и снабжаются контргайками; конструкция узлов
должна обеспечивать удобство подтягивания тяжей в период
эксплуатации.
Фермам Гау—Журавского должен придаваться строительный
подъем, равный в автодорожных мостах f стр = — /, в желез-
300
подорожных /стр=— I. Фермы этой системы обладают высокой
500
надежностью и достаточной жесткостью при систематическом
подтягивании тяжей в условиях эксплуатации.
§ 128. СЛОЖНЫЕ КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ МОСТОВ
Для автодорожных деревянных’мостов больших пролетов од-
ним из наиболее рациональных решений являются фермы комби-
нированных систем (рис. 297), При большой высоте берегов це-
лесообразно применение распорных гибких арок с фермой жест-
кости (риц. 297, д). Наиболее употребительной является система,
состоящая из гибкой арки с фермой (балкой) жесткости, пояса
которой, работая на растяжение, воспринимают распор арки
(рис. 297, а, б, в); на изгиб ферма жесткости работает преиму-
щественно под влиянием временной односторонней нагрузки.
Эффективность применения деревянных комбинированных
1 Во время Великой Отечественной войны, преимущественно для желез-
нодорожных мостов, применялись фермы Гау—Журавского с обоими сталь-
ными поясами, что при отсутствии высокосортного леса повышало надежность
нижнего растянутого пояса и оправдывалось значительно большей простотой
изготовления ферм по сравнению с чисто металлическими; имеются типовые
проекты ферм Гау—Журавского со стальным нижним поясом для автодорож-
ных мостов пролетом 52,5 м.
31—2665
— 481 —
2. балка (ферма) со стальной подпруж. цепью
2)Пешеходные мосты и эстакады
L 45-30м
Д Безраспорные системы
1.Гибкая арка с балкой (фермой) жесткости L *^0~60м
при L<-50м Нсв'6,0-7,0
при Ls.50м 5,0-5,0
L 5 7
JL1 1 •
L 18 25’
Jul-1 .
L 20 30 * L 5 7
КсГМ’7,0
Б. Распорные системы •
3) Гидкая аркас Валкой (фермой) местности L-ЗО-ЮОм е)Цепнь/е мосты сдереВянной фермой (Валкой)местности 0-Г5-150м
ДЗухцепной
Одноцепной
L 16 30’ L 8 10
Jul-1.
L 30 50’ L 8Ю
Рис. 297. Основные схемы сложных комбинированных систем мостов
систем определяется следующими соображениями. При увеличе-
нии пролета до 40—50 м в мостовых деревянных фермах с па-
раллельными поясами значительно возрастают усилия в решет-
ке, что вызывает иногда большие трудности при конструирова-
нии узлов. Переход к балочным фермам с криволинейным или
полигональным очертанием верхнего пояса, существенно умень-
шая величину усилий в решетке от постоянной нагрузки, значи-
тельно облегчает конструирование узлов. Эти фермы имеют не-
сомненные преимущества перед деревянными балочными фер-
мами с параллельными поясами. К недостаткам их относятся:
трудности защиты от загнивания, нестандартность элементов и
узлов, трудность сохранения рациональной длины панели при
оптимальных углах наклона раскосов, большая длина элемен-
тов решетки, выходящей за пределы сортамента. Рациональное
решение при пролетах около 50 м и более дают комбинирован-
ные системы д. к. Обладая всеми преимуществами ферм с кри-
волинейным верхним поясом, они не имеют указанных выше не-
достатков и одновременно дают возможность радикально защи-
тить фермы от увлажнения и загнивания путем устройства водо-
непроницаемой проезжей части по верхнему поясу фермы жест-
кости и устройства обшивки с вентилируемой прослойкой по
аркам и подвескам.
В опорном узле арка может быть центрирована как на ниж-
ний пояс фермы жесткости (рис. 297, а), так и на верхний
(рис. 297, б, 298). Рекомендуется передаватьраспор поровну обо-
им поясам фермы жесткости (рис. 297, в), что улучшает конст-
рукцию фермы, но усложняет решение опорного узла.
Конструкции моста в процессе сборки придается строитель-
ный подъем для того, чтобы исключить работу фермы жесткости
на изгиб при действии симметричной нагрузки.
Пространственная жесткость и устойчивость пролетного стро-
ения обеспечиваются -системой связей.
В уровне одного или обоих поясов фермы жесткости распо-
лагают продольные горизонтальные нижние связи; их роль мо-
жет выполнять конструкция проезжей части с перекрестными на-
стилами (см. выше). Вдоль арок устраивают верхние продоль-
ные связи на участке, где они располагаются выше габарита
проезда. Опорные реакции этих связей передаются вертикальным
опорным рамам, расположенным в плоскостях подвесок, или на-
клонным опорным рамам — в плоскостях ароц.
На участках от мест примыкания к ферме жесткости до верха
портальных рам (см. рис. 298) арки либо вовсе не закрепляются
связями, либо имеют промежуточное крепление к полурамам,
образуемым жесткими подвесками, защемленными в нижних
поперечных связях, расположенных под проезжей частью, кото-
рыми обычно являются поперечные балки.
В большинстве построенных мостов арки выполнены из гну-
тых досок на гвоздях и болтах; фермы жесткости — по системе
31» — 483 —
Гау—Журавского. В период Великой Отечественной войны полу-
чила распространение конструкция в виде двутавровой балки
жесткости на гвоздях с перекрестной стенкой (рис. 298). Поми-
мо простоты самой конструкции и ее изготовления, эти балки от-
личаются большей надежностью, чем сквозные фермы. В про-
изводстве работ хорошо оправдал себя наплавной метод монта-
жа пролетных строений (см. рис. 35).
В описанном решении эта ферма, оптимальная для мостов
больших пролетов, является конструкцией построечного изготов-
ления. Она с успехом может быть применена в условиях завод-
Рис. 299. Двухцепной висячий мост с деревянной фермой жесткости типа
Гау — Журавского со средним пролетом 100 м, построенный в 1936 г. по
проекту инж. С. А. Цаплина
ского производства в случае выполнения арки из крупных кле-
еных транспортабельных блоков, а фермы (балки) жесткости —
в виде сквозной конструкции с узлами на клеестальных шайбах
или клееной балки со стенкой из водостойкой фанеры с пропит-
кой всех элементов маслянистыми антисептиками.
Висячие комбинированные системы, состоящие из гибкой
стальной цепи (кабеля) и деревянной фермы жесткости
(рис. 297, е) применяются как для легких пешеходных мости-
ков, так и для автодорожных мостов пролетом до 100—150 м
(рис. 299).
Эти мосты могут быть легко осуществлены в виде сборно-
разборной конструкции с транспортабельными металлическими
— 485 —
звеньями цепи (кабеля) и деревянными элементами заводского
изготовления. В местностях, богатых лесом, возможно и другое,
весьма целесообразное в этих условиях, решение: доставка на
место постройки только элементов цепи (кабеля) и металличес-
ких креплений и изготовление всех деревянных частей (фер-
мы жесткости, пилонов и даже устоев) из местного лесоматериа-
ла с антисептированием по методу горячей и холодной ванны,
или по способу, комбинированному с высокотемпературной суш-
кой.
Производственным преимуществом висячих систем является
удобство навесной сборки их при помощи кабель-крана, особен-
но эффективной при постройке мостов над глубокими ущельями,
на горных реках и т. д., где устройство сборочных подмостей до-
рого и затруднительно.
Глава V
ЛЕСА И КРУЖАЛА ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
§ 129. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КРУЖАЛ
Кружала относятся к временным сооружениям и служат для
возведения арочных, сводчатых и купольных железобетонных и
каменных конструкций. Кружала несут опалубку, являющуюся
формой для укладки бетона; при возведении каменных конструк-
ций они придают тесаным камням положение, предусмотренное
проектом.
Особенностью кружал является кратковременное действие
нагрузок и, как правило, общий непродолжительный срок их
службы. Это позволяет повышать расчетные сопротивления дре-
весины кружал для некоторых видов ее напряженного состоя-
ния (не опасаясь пластических деформаций) и не антисептиро-
вать их элементы, за исключением частей, подвергающихся по-
вышенной опасности загнивания (например, лежни опор и т. п.).
При расчете и конструировании лесов и кружал следует ру-
ководствоваться Указаниями У 108-55(27].
Основные сочетания нагрузок кружал состоят из постоянной
нагрузки — собственного веса их — и временной нагрузки, рас-
положенной в наиболее невыгодных комбинациях и состоящей
из веса возводимого сооружения, веса стационарного и перед-
вижного подъемного и транспортного оборудования, находяще-
гося на кружалах, с введением динамического коэффициента
1,2, веса находящихся на кружалах материалов «и других факти-
ческих нагрузок.
— 486 —
Независимо от расчета на фактические нагрузки, все насти-
лы и поддерживающие балки должны быть проверены на сле-
дующие временные нагрузки:
1) сосредоточенную нагрузку 130 кг от веса человека с гру-
зом;
2) равномерно распределенную нагрузку 250 кгДи2.
Нагрузки основных сочетаний умножаются на коэффициенты
перегрузки, равные: для собственного веса кружал—1,1; 'веса
возводимого сооружения— 1,2; прочих нагрузок — согласно ука-
заниям СНиП, а при отсутствии таковых — 1,3.
Кружала должны быть проверены на дополнительные сочета-
ния нагрузок, состоящие из нагрузок основных сочетаний и вет-
ровой нагрузки; при этом величины всех расчетных временных
нагрузок (за исключением собственного веса) принимаются с
коэффициентом 0,9.
Предельные деформации (прогибы) изгибаемых элементов
опалубки и поддерживающих ее элементов кружал принимаются
равными 1/400 пролета элемента.
Очертание кружал и опалубки должно назначаться с таким
расчетом, чтобы после окончания бетонирования, укладки кам-
ней и т. д. оно точно соответствовало проектной кривой возводи-
мого сооружения. Для этого кружалам придается строительный
подъем, определяемый следующими величинами: осадки кружал
под воздействием полной нагрузки в процессе возведения конст-
рукции, упругого прогиба самой конструкции под воздействием
полной эксплуатационной нагрузки и собственного веса, а также
от усадки бетона, температурных деформаций, смещения опор,
обжатия в шарнирах и т. п.
Осадка кружал складывается из упругих и неупругих дефор-
маций. Упругие деформации элементов кружал могут быть под-
считаны достаточно точно по напряжениям в них и модулю уп-
ругости материала. Неупругие деформации в большой степени
зависят от местных обмятий, поперечной усушки дерева, осадки
опор и других деформаций, трудно поддающихся учету. Дефор-
мации кружал под нагрузкой вследствие пластических, усушен-
ных, температурных и других перемещений или случайной осад-
ки опор должны быть возможно меньше и не превосходить до-
пустимых пределов».
Поэтому все сопряжения элементов кружал по возможности
следует делать с непосредственной передачей усилий вдоль воло-
кон в торец без применения сложных врубок, поперечных про-
кладок и т. п.; соединения должны быть тщательно приторцова-
ны. Для прикрепления раскосов, схваток и прочих связей, обеспе-
чивающих устойчивость основных элементов лесов и кружал и
воспринимающих ветровые нагрузки, следует применять плот-
ные соединения на гвоздях и болтах.
Расчетные деформации соединений (при полном использова-
нии расчетной несущей способности соединения) принимаются:
— 487 —
на врубках и торец в торец.......................... 2 мм
> нагелях всех видов..................................3 „
» шпонках, колодках и в примыканиях поперек волокон . 5 .
Для получения очертания верха кружал к ординатам проект-
ного очертания железобетонной или каменной конструкции при-
бавляют соответственно ординаты строительного подъема кру-
жал.
Выбор системы лесов и кружал определяется габаритом, про-
летом и весом возводимого сооружения, способами опирания и
перемещения кружал, сроками возведения сооружения и обору-
дованием для раскружаливания и т. п. Из числа применяемых на
практике характерными являются кружала: стоечные, подкос-
ные, ригельно-подкосные, веерные, комбинированные и кружала
по фермам.
Рис. 300. Схемы кружал
а — стоечные; б — подкосные; в — ригельно-подкосные; г — веерные
Стоечные кружала (рис. 300, а) применяются при низких и
пологих габаритах сооружения, когда не требуется сохранения
под ними больших свободных пролетов для пропуска транспорта.
Система проста в выполнении, но при значительной высоте кру-
жал требует большого расхода лесоматериала.
В подкосных кружалах (рис. 300, б) вертикальные стойки
верхнего яруса заменены через одну подкосами, что дает возмож-
ность сократить число стоек в нижних лесах, освобождает габа-
рит для движения под кружалами и уменьшает число приборов
для раскружаливания. Подкосная система требует меньшего ко-
личества леса, чем стоечная, но более сложна в производстве ра-
бот. Еще меньше стоек для нижних лесов требуется в ригельно-
подкосной системе кружал (рис. 300, в) при одновременном уве-
личении подкружальных 'габаритов.
В подкосных и ригельно-подкосных системах кружал необ-
~ 488 —
ходима постановка затяжек для воспринятия распора при нерав-
номерном загружении смежных пролетов.
В описанных системах (рис. 300, б, в) кружала делятся по
высоте на два яруса; верхний — собственно кружальную часть
и нижний — неподвижные леса, по верху которых располагаются
приборы для раскружаливания (домкраты, клинья и т. п.), что
избавляет от необходимости поднимать все леса,
Веерная система кружал (рис. 300, г) применяется в случаях,
когда необходимо ограничить до минимума число опор, а также
когда при большой ширине и длине свода целесообразно устрой-
ство подвижных кружал. Основным достоинством веерных кру-
жал является передача торец в торец усилий от нагрузки непо-
средственно опорам.
Применяются также различные комбинации описанных си-
стем.
В поперечном направлении кружала соединяются горизон-
тальными и диагональными схватками (рис. 300, а, б); устой-
чивость высоких кружальных лесов обеспечивается, кроме того,
устройством подкосов и оттяжек (рис. 300, г). Устойчивость всей
системы в целом не должна зависеть от случайного разрушения
одного из ее элементов.
Кружала по фермам устраиваются либо с промежуточными
башенными опорами (в условиях, аналогичных применению ве-
ерных кружал), либо в виде конструкции, целиком перекрываю-
щей весь пролет возводимого сооружения (когда устройство про-
межуточных опор невозможно или нецелесообразно); характер-
ные примеры кружал по фермам приведены ниже.
Основными элементами кружал для арочных и сводчатых со-
оружений являются косяки, форма и расположение которых оп-
ределяются очертанием возводимого сооружения. При частой
растановке косяков непосредственно по ним укладывается на-
стил (рис. 301, а), который обычно служит опалубкой свода или
низа арки; при большом расстоянии между косяками настил ук-
ладывается по поперечинам (рис. 301, б, в). Косяки передают
давление на стойки непосредственно (рис. 301, б) -или при помо-
щи насадок (рис. 301, а), перекрывающих пролет 3—4 м. Если
площадь опирания косяков на стойки или подкосы недостаточна
по смятию, применяются подкладки из твердого дерева, обычно
дуба (рис. 301, в). Передача продольных усилий от одного кося-
ка другому проще и надежнее всего осуществляется торцовым
упором; стыки косяков, как правило, располагаются над стойка-
ми, насадками и т. п.
Деталь узла верхнего кружального яруса лесов (например,
по схеме рис. 300,6 или в) в месте расположения домкрата
показана на рис. 301, г. Когда площадь опирания подкосов и
стоек оказывается недостаточной по смятию, ставятся подушки
и подкладки из твердого дерева (рис. 301, д).
Сопряжение косяков с затяжкой у пят кружальных арок
32—2665
— 489 —
представлено на рис. 301, е. Расположение и конструкция сты-
ков сжатых и растянутых элементов кружал принимаются по
правилам, изложенным в пятом и шестом разделах.
Конструкция опор кружал назначается в зависимости от
свойств основания. При наличии скалы или плотного грунта, за-
щищенного от размывания, стойки лесов опираются на лежень,
лежащий на грунте или на шпальной клетке (рис. 301, ж); недо-
статком последней являются значительные деформации от усуш-
ки и смятия шпал поперек волокон. При сильно сжимаемых рых-
цилиндр
Рис. 301. Основные детали кружал
лых грунтах применяются опоры на свайных основаниях. Для
кружал над рекой со скальным дном могут устраиваться ряже-
вые опоры. Стойки и подкосы кружал иногда упираются в гнез-
да или выступы устоев и быков, предусмотренные при проекти-
ровании основного сооружения.
Промежуточные башенные опоры кружал по фермам конст-
руируют, руководствуясь теми же принципами, что и нижний
ярус описанных выше лесов. В качестве примера на рис. 302 по-
казаны башенные кружала, спроектированные для моста через
— 490 —
р. Оку. Отверстие, равное 44 м, разделено на три части деревян-
ными башенными опорами, пролеты между которыми перекрыты
стальными шпренгельными фермами. Поскольку пролетное стро-
ение моста состояло из двух раздельных сводов шириной 3,6 м
каждый, предусматривалось последовательное возведение сво-
дов с передвижкой кружал.
Примером применения башенных кружал в купольных по-
крытиях могут служить кружала железобетонного купола-обо-
лочки пролетом (диаметром) 60 м, возведенного в 1934 над
зрительным залом театра в Новосибирске1. Несущая конструк-
ция кружал состояла из 29 гвоздевых сегментных ферм, опирав-
1 По проекту П. Л. Пастернака и Б. Ф. Матери.
32*
— 491 —
Рис. 303. Кружала из сегментных
ферм с центральной башенной
опорой для возведения железо-
бетонного купола-оболочки диа-
2393
187,83
4283
шихся в центре на башню, а по периметру—на леса, использо-
ванные при возведении примыкающих конструкций (рис. 303).
Расстояние между фермами внизу у распорного кольца—6 м.
Нижние опорные узлы ферм были расположены на песочницах,
верхние — на стальном клепаном кольце, поставленном на 10
винтовых домкратах, которые в свою очередь опирались на дру-
гое клепаное кольцо, связывающее 10 стоек башни. По сегмент-
ным фермам в кольцевом направлении на расстоянии 1 м друг
Рис. 304. Общий вид кружал купола Новосибирского театра в момент их .
установки
от друга располагались выкружаленные доски, по которым в ме-
ридиональном направлении укладывались бруски обрешетки, а
по ней опалубка из досок сечением 1,6X10 см.
Фермы изготовляли на перекрытии четвертого этажа кулуа-
ров (почти на уровне распорного кольца), кантовали и попарно
расшивали в положении, которое они должны были занимать в
кружалах купола. Спаренные фермы передвигали в горизонталь-
ной плоскости до башни и путем разворота ставили на соответ-
ствующее место, после чего верхний конец их поднимали и за-
крепляли на клепаном кольце; на рис. 304 изображены кружала
в момент установки. После распалубки купола фермы были ис-
пользованы для перекрытия складского здания.
— 493 —
Примером блестящего решения подмостей без промежуточ-
ных опор являются упомянутые во введении дощатые, с узловы-
ми соединениями на болтах, подмости системы Д. И. Журавско-
го, осуществленные по принципу защемленных в смежных проле-
тах консолей с концентрацией материала у опор и средней под-
весной частью (рис. 305)*. Эта конструкция обеспечила быстрое
восстановление сгоревших балочных ферм в речном пролете мо-
ста через р. Мету, которая неоднократно вскрывалась от льда
Рис. 305. Общий вид дощатых консольных подмостей системы Журавского
при восстановлении ферм в речном пролете Мстинского моста
зимой 1869—1870 гг., что исключало возможность устройства
временных опор в русле реки. 15 лет спустя аналогичная система
подмостей была применена англичанами при постройке метал-
лического моста с двумя пролетами по 91,4 м через р. Инд.
Из числа современных арочных кружал без промежуточных
опор надежным, удобным для монтажа решением являются
трехшарнирные дощато-гвоздевые арки из двух сегментных
ферм многорешетчатой системы со сплошной или разреженной
перекрестной стенкой. На рис. 306 (стр. 496—497) представлена
конструкция кружал такого типа, впервые примененная в 1931 —
1932 г. на постройке железнодорожного моста через р. Днепр,
а на рис. 307 — ее монтаж спаренными полуарками при помощи
плавучих кранов. По верхнему и нижнему поясам арки были
соединены связями тоже многорешетчатой системы в виде раз-
реженной перекрестной стенки.
♦ Фотографические виды Мстинского моста на Николаевской железной
дороге. 1869—1870 гг., Библиотека ЛИИЖТ, шифр 17120.
— 494 —
Рис. 307. Монтаж кружал моста через Днепр
Рис. 308. Общий вид арочных кружал многорешетчатой системы пролетом
в свету 125,3 м моста de la Caille
— 495 —
Рис. 306. Дощато-гвоздевая многорешетчатая коне
W снятЬ!) Вид снизу (связи сняты)
Пнин нижних, связей
укция кружал железнодорожного моста через Днепр
Кружала аналогичной системы были применены при постройке
железобетонных мостов в Иркутске, Сочи. Полуарки кружал
этого типа выполняются также в виде сквозных сегментных ферм.
Кружала больших пролетов часто выполняются в виде двух-
шарнирных и бесшарнирных арок. В качестве примера на
рис. 308 изображен общий вид кружал крупнейшего зарубеж-
ного бетонного моста de la Caille, построенного во Франции в
1928 г. Конструкция кружал состояла из четырех соединенных
вертикальными связями арок многорешетчатой системы, проле-
том в свету /о = 125,3 м со стрелой подъема fo ~ — /о, высотой
5
в замке й3 = 3,73 м и в пятах Лп = 5,9 м.
Поперечный разрез кружал представлен на рис. 309; все со-
пряжения элементов — на болтах. Вверху и внизу арки соедине-
ны горизонтальными связями
тоже многорешетчатой систе-
мы со стенкой в виде пере-
крестных настилов из досок
толщиной 4 см; поясами связей
служили пояса основных ферм.
Во введении отмечен этот эф-
фективный конструктивный
прием, примененный у нас еще
на строительстве сельскохозяй-
ственной выставки 1923 г. Кру-
жала были укреплены 50 от-
тяжками, заделанными в ска-
лы берегов. Осуществленные с
широким использованием прин-
ципа многорешетчатой систе-
Рис. 309. Поперечный разрез кру-
жал моста de la Caille
мы, кружала являются одним из убедительных примеров жиз-
ненности идей Кулибина, с успехом реализуемых в современных
д. к. Сборка кружал производилась навесным способом при
помощи кабель-крана.
В тех случаях когда однотипные железобетонные или камен-
ные сооружения возводятся последовательно, следует применять
передвижные или сборно-разборные кружала^
Примером повторного использования кружал могут служить
деревянные кружала железобетонного трехпролетного моста под
обыкновенную и железную дорогу через р. Элорн между Брестом
и Плугастелем во Франции, открытого для движения в 1930 г.
Конструкция кружал1, в принципе аналогичная кружалам моста
de la Caille, представляла собой деревянные двухшарнирные до-
щатые арочные фермы на гвоздях со стальной затяжкой проле-
том / = 150 м со стрелой подъема f = — I и постоянной высотой
О
h = 2,8 м.
1 По проекту инж. Фрейсине.
— 498 —
Кружала — из восьми ферм с решетчатой стенкой, имевших
общий верхний пояс из досок сечением 20X8 см и отдельные для
каждой фермы нижние пояса — каждый из четырех досок сече-
нием 8X23 см. Роль горизонтальных связей по верхнему поясу
выполнял двойной перекрестный настил из досок толщиной
20 мм; по нижнему поясу были также устроены дощатые связи.
Кружала изготовлялись на специальных козлах-подмостях на
берегу и затем на двух понтонах доставлялись к месту построй-
Рис. 310. Вид двухшарнирных арочных кружал
моста через р. Элорн в момент вывода их на
плаву из-под забетонирован|Н|ОЙ арки первого
пролета (1928 г.)
ки моста, где они подвешивались с помощью специальных дом-
кратов к заранее забетонированным выносным пятам железо-
бетонных арок. На рис. 310 кружала показаны в момент вывода
их из-под арки первого пролета; эти же кружала были исполь-
зованы для бетонирования арок следующих двух пролетов.
На рис. 311 показаны подвижные кружала1 для бетонирова-
ния неразрезных железобетонных сводов-оболочек. Особенно-
стью этих кружал является возможность опускания верхней их
части при помощи тросов и лебедки, что необходимо для про-
движения кружал под промежуточными железобетонными диаф-
рагмами, служащими опорой для сводов-оболочек.
На рис. 312 изображена конструкция инвентарных сборно-
разборных арочных кружал2, выполняемых из стандартных заго-
товок и применяемых в последние годы за рубежом для проле-
тов от 9 до 100 м, а на рис. 313 — вид кружал пролетом 100 м
в процессе их монтажа. Кружальные арки были соединены между
1 Проект КТИС Минтяжстроя.
2 Системы инж. Круциани.
— 499 —
Рис. 311. Подвижные кружала для бетонирования сводов-оболочек
Рис. 312. Сборно-разборная конструкция инвентарных кружал, применяемая
при постройке арочных мостов пролетом от 9 до 100 м
а — для малых пролетов; б — для средних пролетов; в — для больших пролетов
— 500 —
собой поперечными связями и расчалены оттяжками против оп-
рокидывания.
Оригинальной особенностью конструкции является отсутст-
вие рабочих связей в пакетах поясов из гнутых досок. Связь меж-
ду досками обеспечивается силами трения, создаваемыми натя-
жением тяжей, угол наклона которых, равно как и деревянных
Рис. 313. Монтаж инвентарных
кружал пролетом 100 м на по-
стройке арочного моста в Ва-
резе
стандартных раскосов, принят
меньше угла трения, что ис-
ключает возможность сдвига
узловых подушек и швеллеров.
При малых пролетах кружала
делаются из пакета гнутых до-
сок, стянутых хомутами (рис.
312, а).
Неприменимое в сооруже-
ниях постоянного назначения,
это конструктивное решение,
чрезвычайно упрощающее
сборку и разборку кружал,
вполне приемлемо для соору-
жений временного назначения.
При выполнении кружал из
сухих досок и надлежащем
натяжении тяжей при сборке
надежность конструкции яв-
ляется достаточно обеспечен-
ной, поскольку при кратковре-
менном использовании кружал
на каждом объекте силы тре-
ния не могут существенно
уменьшиться вследствие усуш-
ки.
Раздел десятый
Изготовление деревянных
конструкций
Глава /
ЛЕСНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ СССР
§ 130. ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Лесная промышленность имеет две основные отрасли — лесо-
заготовительную и деревообрабатывающую. Лесозаготовитель-
ная промышленность нашей страны представляет собой высоко-
механизированное производство, оснащенное транспортными
средствами и машинами. Применение передовой техники и созда-
ние постоянных кадров (взамен сезонных рабочих) позволило
лесозаготовительной промышленности Советского Союза по объ-
ему заготовки и вывозки леса выйти на первое место в мире.
Внедрение механизированного инструмента в виде бензомо-
торных пил и сучкорезов, а также специальных трелевочных
тракторов, лебедок и других механизмов обеспечило к 1960 г.
подъем уровня механизации по заготовке леса до 94—98%). От-
дельные леспромхозы начинают применять автоматизацию неко-
торых видов работ. Комплексная выработка на одного рабочего
в 1960 г. превысила 400 м3 древесины. Ведутся работы по созда-
нию лесозаготовительных машин, совмещающих заготовку и
транспортировку леса; применение таких машин даст возмож-
ность поднять комплексную выработку предположительно до
800—1000 л*3 на одного рабочего в год. Объединение леспромхо-
зов с лесхозами содействует развитию лесокультурных работ и
возобновлению лесов на вырубаемых площадях.
— 502 —
§ 131. ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Основные капиталовложения по лесной промышленности в
прошлом направлялись преимущественно на увеличение лесоза-
готовок; лесопильно-деревообрабатывающая промышленность
отставала от лесозаготовок. Лесная промышленность поставля-
ла потребителям круглый лес или сырые пиломатериалы; потре-
бители (и в первую очередь строители) были вынуждены созда-
вать свои хозяйства для переработки сырья в нужную им про-
дукцию. В результате возникло много 'мелких предприятий по пе-
реработке леса (около 100 тыс.), слабо механизированных, не
обеспеченных сушилками, выпускающих продукцию дорогую и
низкого качества. Экономическая эффективность использования
древесины в условиях переработки ее на «карликовых» пред-
приятиях снижалась также вследствие непроизводительной поте-
ри отходов производства.
Контрольными цифрами развития народного хозяйства
СССР на 1959—1965 гг(. предусмотрено значительное увеличение
объема капитальных вложений в лесную и особенно деревообра-
батывающую промышленность. Путем строительства и реконст-
рукции крупных домостроительных и деревообрабатывающих
комбинатов- должна быть развита индустриальная база для по-
точного, частично автоматизированного массового производства
строительных деталей. При этих же предприятиях должно быть
организовано серийное производство несущих и ограждающих
деревянных конструкций.
Предприятия нового типа должны иметь, кроме лесопильных
цехов, сушильные и пропиточные установки, раскроечные, стро-
гальные, деревообрабатывающие и сборочные цехи, а также це-
хи для переработки отходов, изготовляющие древесно-волокни-
стые, древесно-стружечные и столярные плиты, щитовые двери,
клееные заготовки для д. к. и т. п.
Для целесообразного использования лиственных пород и в
особенности березы каждое крупное деревообрабатывающее
предприятие должно иметь свое, хотя бы небольшое производст-
во фанеры на водостойких клеях.
Расширение производства водостойких клеев на базе синте-
тических смол открывает новые возможности повышения техни-
ко-экономической эффективности использования древесины и
развития комплексной механизации и автоматизации переработ-
ки лесного сырья. В прошлом переработка древесного ствола ог-
раничивалась лишь измельчением его путем распиловки и строж-
ки; теперь применение водостойкого склеивания позволяет изго-
товлять даже из коротких досок и тонких реек высококачествен-
ные монолитные брусья любых размеров, любого очертания.
Подъем деревообрабатывающей промышленности на новый,
более высокий уровень индустриального производства требует
соответственного расширения ее производственной номенклату-
— 503 —
ры. Из отборной, конструкционной древесины целесообразно из-
готовлять высокотранспортабельные элементы сборных несущих
д. к. для покрытий не только жилых, но и общественных, произ-
водственных, складских зданий и для инвентарных сооружений.
Производство водостойкой фанеры и твердых древесных плит
позволяет расширить массовое изготовление щитовых дверей,
ежегодная потребность в которых измеряется десятками милли-
онов штук, и щитовых деталей для встроенной мебели, для чи-
стого пола, для кровельных покрытий, опалубки и др. Примене-
ние строительной фанеры и плит взамен дощатой обшивки поз-
воляет в несколько раз сократить расход пиломатериалов и
уменьшить трудовые затраты.
$ 132. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛИСТВЕННЫХ ПОРОД И ОТХОДОВ ЛЕСНОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
При разработке лесосечного фонда в объеме приблизительно
400 млн. м3 (что соответствует уровню 1958 г.) отходы лесоза-
готовительной промышленности составили примерно 120 млн. м3
древесины, а отходы деревообрабатывающей промышленности —
примерно 57 млн. л’. В настоящее время из общего количества
отходов используется в виде технологического сырья немногим
более 5 млн. м3 и в виде топлива для предприятий — примерно
20 млн. ж3.
Сопоставление этих цифр с учетом развития лесохимии и тех-
нологии переработки древесины выявляет огромные, пока еще
слабо реализуемые возможности использования сучьев, вершин,
обрезков, пней и мелкотоварной древесины, остающихся в лесу,
а также неделового горбыля, реек, стружек, опилок и других от-,
ходов лесопильно-деревообрабатывающей промышленности
СССР.
Трудно назвать такие отрасли народного хозяйства, которые
не нуждались бы в продуктах химической переработки древе-
сины.
В основу семилетнего плана развития лесной промышленно-
сти положен принцип комплексного использования не только ос-
новной продукции, но и отходов лесозаготовок и деревообра-
ботки.
Для прогрессивного развития и экономики строительного про
изводства большое значение имеет использование реек и других
прямослойных, бессучковых штучных отходов при изготовлении
клееных д. к., использование водостойкой фанеры при изготов-
лении клеефанерных конструкций и деталей и применение дре-
весных плит в качестве обшивки и заполнения щцтойых деталей,
Семилетним планом предусматривается следующий рост про-
изводства: фанеры — до 2 млн. ж3, древесно-стружечных плит —
до 3,5 млн. м3 и древесно-волокнистых плит — до 300 млн. ж*. Кро-
— 504 —
ме того, в целях-использования древесины лиственных пород (не
поддающихся сплаву и не выдерживающих летнего хранения
или железнодорожных перевозок) запланирована организация
непосредственно в леспромхозах мелких установок для получе-
ния и сушки шпона.
В несущих д. к. строительная фанера, склеенная на водостой-
ких клеях, является таким же полноценным листовым материа-
лом, как в металлических конструкциях листовая сталь. Мы рас-
полагаем наилучшим сырьем для производства конструкционной
фанеры (березовые насаждения составляют более 11% лесов
СССР). С развитием химии пластмасс создаются предпосылки
к значительному расширению производства водостойкой строи-
тельной фанеры.
Древесно-волокнистые твердые плиты (у =900—1 100 кг/м3,
толщиной до 5 мм) являются полноценным заменителем фанеры
в производстве стеновых щитов для малоэтажного заводского
домостроения, щитовых дверей и других деталей, не подвержен-
ных значительным напряжениям. Организация производства
древесно-волокнистых плит требует в 1,5 раза больших капита-
ловложений по сравнению с производством фанеры. Изготовле-
ние плит требует в 2 раза больше пара и в 3—4 раза больше
электроэнергии, но оно в 3—4 раза менее трудоемко и полностью
базируется на использовании кусковых отходов и дровяной дре-
весины, измельчаемых иа рубительных машинах. Производство
плит почти полностью автоматизировано.
Если фанера и твердые древесно-волокнистые плиты, при-
клеенные к основе, используются в домостроении в качестве обо-
лочки, эффективно участвующей в конструктивной работе стено-
вых щитов и щитов перекрытий, то древесно-стружечные плиты
могут быть использованы в производстве дверей и мебели. В от-
личие от древесно-волокнистых плит древесно-стружечные плиты
изготовляются путем сухого склеивания стружек синтетическими
смолами с горячим (/=120—140°) прессованием (под давлени-
ем 7—25 кг!см2). При этом не требуется размалывания щепы
на волокна. Производство этих плит требует большого расхода
синтетических смол (7—12% от веса сухих стружек).
На изготовление фибролита идет узкая длинная стружка (дре-
весная шерсть), снимаемая продольным строганием с бессучко-
вых дровяных чураков. После перемешивания с цементным вя-
жущим, прессования и выдержки получаются фибролитовые пли-
ты достаточно легкие (Т «300-5-400 кг/м3) и прочные для того,
чтобы служить теплоизоляционным заполнением и обшивкой стен
и перекрытий производственных и жилых зданий. Благодаря по-
ристой фактуре фибролита возможно применять механизирован-
ный способ покрытия стен штукатуркой при помощи растворона-
соса без трудоемкой обивки дранью или рейками. За семиле-
тие планируется строительство более 60 цехов производительно-
стью по 100 тыс. м3 фибролитовых плит в год.
— 505 —
Вся совокупность мероприятий по использованию отходов
лесной промышленности «должна привести к коренным измене-
ниям в экономике этой отрасли народного хозяйства. Уже к кон-
цу семилетия намечается использование отходов в объеме
—50'млн. л*3. Только лишь производство клееных конструкций и
деталей и различных плит на базе древесных отходов составит
за семилетие дополнительную продукцию, равноценную более
чем 10 млн. м3 пиломатериалов, причем вся эта дополнительная
продукция не потребует вырубки ни одного гектара леса.
§ 133. ПРЕДПРИЯТИЯ ЛЕСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Развитие лесной промышленности намечается в первую оче-
редь в многолесных районах Севера, Урала и Сибири. Новые
задачи, предусматривающие комплексное использование всей
древесины и поставку потребителям с удаленных лесных баз вы-
сушенной, полностью обработанной или в виде заготовок и в
нужных случаях пропитанной продукции, требуют обновления
профиля и состава предприятий лесной промышленности.
Основными типами предприятий лесной промышленности, ко-
торые должны развиваться в ближайшие годы, следует считать:
1) постоянно действующие предприятия, каждое из которых
прикреплено к своей постоянной лесной базе в виде одного или
нескольких лесных массивов; при ежегодном съеме древесины с
*/so—’/8 лесной площади предприятие этого типа сможет воз-
вращаться к заготовке древесины на данном участке каждые
50—80 лет, т. е. по вызревании на нем новых лесонасаждений;
наряду с заготовкой и комплексной переработкой древесины та-
кое предприятие будет решать также и задачи возобновления и
эксплуатации прикрепленных к нему лесов, систематически со-
вершенствуя их полноту и бонитет (качество) с учетом климати-
ческих, почвенных и прочих особеностей участка;
2) крупные предприятия, располагаемые на сплавных пунк-
тах с большим объемом сплава и связанные с потребителем же-
лезнодорожным транспортом; предприятия этого типа также име-
ют полный состав производственных цехов, обеспечивающий ком-
плексную переработку всей древесины;
3) механизированные сборочные предприятия, располагае-
мые в районах потребления готовой продукции и работающие на
базе высокотранспортабельных высушенных заготовок и полу-
фабрикатов, поставляемых предприятиями первых двух типов;
к предприятиям третьего типа относятся предприятия мебельной
промышленности, предприятия по комплектации и сборке окон-
ных блоков, несущих д. к., сборных щитовых домов и подобной
продукции пониженной транспортабельности.
Доставка продукции потребителям, как правило, производит-
ся автомобильным транспортом.
— 506 —
Глава If
СТАНКИ И ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ
§ 134. ПОНЯТИЕ О РЕЗАНИИ ДРЕВЕСИНЫ
В производстве деревянных строительных деталей, изделий
и инженерных конструкций, как и в большинстве деревообраба-
тывающих производств, резание древесины является одним из
основных технологических процессов.
В создание и развитие основ теории резания древесины боль-
шой вклад сделан русскими учеными И. А. Тиме, П. А. Афанасье-
вым, а в советскую эпоху — профессорами М. А. Дешевым,
С. А. Воскресенским, А. Л. Бершадским, Ф. М. Манжосом и др.
Рис. 314. Виды элементарного резания
а — торцовое; б — продольное; в — поперечное
В Советском . Союзе постоянно ведутся научно-исследова-
тельские работы по изысканию более совершенных форм режу-
щих инструментов и материалов для них, режимов резания и но-
вых принципов резания древесины. Особого внимания заслужи-
вают разрабатываемые в настоящее время вопросы безопилоч-
ного и вибрационного резания.
Обработка древесины резанием представляет собой процесс,
при котором путем разделения материала или удаления части
его при помощи клиновидного резца древесным материалам при-
даются заданные формы, размеры и гладкость поверхности.
Обработка резанием относится к процессам, сопровождаю-
щимся нарушением связи между частицами материала, в отли-
чие от другой группы процессов, протекающих без нарушения
связи между частицами; к этой группе относится обработка гну-
тьем или прессованием.
При резании резцом любой формы снимается слой древеси-
ны, называемый стружкой. Вращающиеся резцы снимают струж-
ки дуговой формы переменной толщины. Толщина стружки, в
начальный момент резания близкая нулю, постепенно дости-
гает максимума в конце резания (см. рис. 320, г).
Резцы, совершающие поступательно-возвратное или поступа-
тельное движение, снимают стружку в виде тонких лент (рис.
314, б) или в виде мелких кусочков (рис;. 314, а, в) древесины.
— 507 —
Резание древесины производится простым или сложным резцом.
Примером простого резца может служить строгальный нож, при-
мером сложного резца — пила.
Элементарный резец представляет собой стальной клин
(рис. 315). Из рисунка видно, что а+ Э = 6; 6+Т = 90°.
В зависимости от строения древесины различают три главных
вида элементарного резания: в торец, вдоль волокон и поперек
волокон (рис. 314).
Рис. 315. Элементы простоте резца
Ikef— поверхность резания; kip г—плос-
кость, перпендикулярная поверхности ре-
зания; оо'— лезвие (режущая кромка);
оо'тт’ — передняя грань; оо’пп’ — задняя
грань; «— задний угол; 3 — угол заост-
рения (заточки); у—передний угол; 5—
угол резания; в — ширина стружки; h—
толщина стружки
Рис. 316. Резание в торец по
И. А. Тиме
а — схема сил; б — диаграмма работы
резца; д —длина элемента стружки в
лслс; Рмакс— сила резания в момент ска-
лывания стружки в кг
Для уяснения основных закономерностей элементарного ре-
зания рассмотрим один из наиболее простых случаев — резание
в торец при толщине снимаемой стружки 0,5—2 мм, угле реза-
ния 45° при медленном движении резца (рис. 316).
При внедрении резца в древесину возникает сила Р, направ-
ленная под прямым 1 углом к передней грани резца и растущая
от нуля в начале резания по мере углубления резца в древеси-
ну. Одновременно с ростом силы Р растут и ее составляющие
Pi и Р2. Сила Pi сжимает древесину на площадке, перпендику-
лярной ей, а сила Р2 стремится сколоть ее по площадке ad. Так
как в древесине сопротивление скалыванию меньше сопротивле-
1 Силами трения в данном случае пренебрегаем.
—. 508 —
ния Сжатию, то при указанном угле резания скалывание обычно
происходит раньше, чем заканчивается сжатие стружки. После
скалывания стружки все силы падают до нуля. В дальнейшем
процесс повторяется в том же порядке.
В момент скалывания элемента стружки силой Pz вдоль во-
локон имеем •.
Рг = тп bh,
где — предел прочности древесины на скалывание вдоль
волокон в кг/мм2;
b и А—ширина и толщина снимаемого слоя древесины
в мм.
Из рис. 316 видно, что
^i = ^atgS,
следовательно,
A=tutgm. (Ш)
Для данной древесины и данного угла резания 6 выражение
tntgfi принимается постоянным; при этом согласно формуле со-
противление резанию в торец прямо пропорционально площади
поперечного сечения срезаемой стружки и зависит от механиче-
ских свойств древесины и от угла резания. Чем меньше угол ре-
зания, тем меньше сила сопротивления резанию.
Работа резания здесь может быть определена из диаграммы
риС(. 316, б.
Средняя сила резания
D Рмакс ти tg ® Wi
с₽_ 2 - 2 '
Работа, затрачиваемая на срез одного элемента стружки, рав-
с р, А г, ,
на площади треугольника F = • Секундная работа или
мощность N = Fz, где г — число элементов стружки, сре-
заемых в 1 сек.; г=—, где v — скорость движения резца, т. е.
скорость резания.
Мощность резания соответственно равна:
N==^.==^L=Xn^^L, (112)
Д 2 1 2 V ’
Для определенных условий резания тц и угол б считаются
постоянными. Произведение bhv — объем древесины, превра-
щенной за 1 сек. в стружку. Следовательно, мощность, затрачи-
ваемая на резание, пропорциональна объему древесины, снято-
му за 1 сек.
Подобным путем определяются аналогичные зависимости для
резания вдоль и поперек волокон с изломом стружки. При этом
— 509 —
значения усилия и мощность резания будут определяться не ве-
личиной Тп, а иными показателями. По величине эти усилия для
продольного резания приблизительно в 2 раза, а для поперечно-
го в 6 раз меньше, чем для торцового.
В процессе резания, характеризуемом резко выраженной ани-
зотропией древесины, на самом деле происходят весьма сложные
дополнительные явления, возникающие при внедрении резца, от-
делении и формировании стружки, а также вследствие трения
резца и других причин. Все эти факторы трудно поддаются уче-
ту; поэтому с практически достаточной точностью учитывают
суммарную силу, действующую на пути резания, необходимую
для преодоления всей совокупности сопротивлений продвижению
резца. Эта сила называется усилием резания Р. Соответственные
коэффициенты определяются экспериментальным путем.
Усилие резания Р, отнесенное к единице площади (1 мм2) по-
перечного сечения стружки, называется удельным сопротивлени-
ем резанию и выражается зависимостью
* = -£, (113)
ип
где k — удельное сопротивление резанию в кг/жл2;
Ь — ширина снимаемой стружки в мм\
h — толщина снимаемой стружки в мм.
Удельное сопротивление резанию величина переменная; она
зависит от породы и влажности древесины, направления резания
по отношению к направлению волокон древесины, от угла реза-
ния,-остроты резца, толщины стружки, скорости резания и т. д.
Как известно, физико-механические свойства древесины одной и
той же породы и даже одной заготовки изменяются в значитель-
ных пределах. Удельное сопротивление резанию, отражающее
эту изменчивость, является одной из основных исходных величин
для расчета рабочих органов станков; определения их мощности
и производительности при обработке древесины.
Практически различают следующие основные способы обра-
ботки древесины резанием: пиление, строгание, фрезерование,
сверление, долбление, точение и шлифование с применением раз-
личных режущих инструментов и станков..
Л. ПИЛЬНЫЕ СТАНКИ
§ 135. ПРОЦЕСС ПИЛЕНИЯ
1. Основные виды пил
Пиление является одним из наиболее распространенных спо-
собов механической обработки древесины резанием.
Пиление производится различными видами пил, представляю-
— 510 —
Рис. 317. Основные элементы рамной пилы
1-2 — режущая кромка зуба; 1-2-3-4 — передняя
грань зуба (грудка): 1-2-5-6 — задняя грань зуба
(спинка); / — шаг зуба;. —высота зуба; г —
впадина зуба; «у — толщина полотна пилы; А —
полотно пилы; oot — линия вершин зубьев; ае —
линия .основания зубьев; а — задний угол; 3 —
угол заострения; 7 — передний угол; б — угол
резания
щих многорезцовый режущий инструмент. Пила состоит из полот-
на и резцов, называемых зубьями.
Конструкция пил характеризуется профилем зуба и формой
полотна, назначаемыми в зависимости от процесса пиления, по-
роды и состояния распиливаемой древесины и станка, на кото-
ром они применяются.
Для распиловки лесоматериалов применяются следующие ос-
новные виды пил: рамные, круглые и ленточные.
Рамные пилы предназначены для механизмов резания с по-
ступательно-возвратным движением, круглые — с вращательным
и ленточные — с поступательным.
На рис. 317 даны основные элементы рамной пилы.
Для рамных пил,
применяемых при про-
дольной распиловке
хвойных бревен, реко-
мендуются • профили
зубьев / — с ломаной и
II — с прямолинейной
задней гранью (рис.
318, а). При распилов-
ке твердых пород ре-
комендуются несколь-
ко большие углы реза-
ния.
Круглые пилы для
продольной распилов-
ки имеют три профиля
зубьев: / — с прямолинейной, II — с ломаной и III — с выпуклой
заднейугранью (рис. 318, б). Для поперечной распиловки зубья
круглых пил рекомендуются тоже трех профилей (рис. 318, б,
IV, V, VI). Боковые кромки зубьев этих пил имеют косую заточ-
ку, причем соседние зубья затачиваются в разные стороны.
В круглых пилах передний угол т измеряется между передней
гранью и радиусом, проведенным через вершину данного зуба.
Задний угол а измеряется между задней грднью и касательной,
проведенной через вершину данного зуба.
Для продольной распиловки зубья пилы имеют угол резания
меньше 90°, для поперечной — равный 90° или больше. Поэтому
передний угол у для поперечной распиловки равен нулю или от-
рицательной величине.
Ленточные пилы применяются для продольной распиловки
бревен или брусьев на доски и толстых досок на более тонкие
(делительные пилы), а также при столярных работах — для кри-
волинейных пропилов (рис. 318, в).
Зубья пилы в процессе внедрения в древесину срезают струж-
ку и работают в прорезанной щели, называемой пропилом, боко-
вые стенки которого называются стенками пропила. В резуль-
— 511 —
тате упругой деформации древесины пила находится под воз-
действием давления боковых стенок пропила. Возникающие при
работе пилы силы трения приводят к «заеданию» ее в пропиле,
что требует увеличения мощности. Нагрев пилы приводит к удли-
нению и короблению полотна, в результате чего ухудшается ка-
чество распила.
Рис. 318. Профили
а — зубьев рамных пил; б — круглых пил; в — ленточных пил
Размеры элементов зубьев круглых пил
Номер профиля Размеры углов в град.
переднего ? | | заострения р | заднего а | резания а + р
Пилы для продольной распиловки
Г I 1 20 1 1 40 1 1 30 1 1 70
II 35 40 15 . 55
HI 1 1 35 | 1 40 1 1 15 1 55
Пилы для поперечной распиловки
/V I 1 ~25 । > 50 I 1 65 I I 115
V -15 45 60 105
VI 1 1 о 1 | 40 1 1 50 | 90
Для устранения указанных явлений между пилой и боковы-
ми стенками пропила создается зазор путем уширения режущей
части пилы разводом зубьев, расплющиванием кромки зубьев
или применением пил с коническим сечением, утолщением у зубь-
ев (рис. 319). При разводе зубья отгибаются поочередно влево
и вправо на величину, в среднем равную для круглых пил 0,3—
0,5 мм, для рамных 0,7 мм на каждую сторону, но не более по-
— 512 —
ловины толщины полотна пилы. При пилении мягких йород раз-
вод делают больше, чем при пилении твердых пород.
Стружка, образуемая режущим зубом при движении пилы,
подвергается истиранию; измельчаясь, она превращается в опил-
ки, которые до выхода режущего зуба из пропила размещаются
в находящейся перед ним впадине.
Рис. 319. Способы устранения заедания пилы в
пропиле
а — коническое сечение строгальной пилы с утолщением
к зубьям*, б — расплющенная кромка зубьев; в — разве-
денные зубья
2. Кинематика пиления
Скорость движения резца (режущей кромки зуба) относи-
тельно древесины называется скоростью резания v. Скорость по-
дачи древесины на пильное полотно станка (или станка с пиль-
ным полотном на древесину) называется скоростью подачи и.
Величину подачи, совершаемой при продвижении резца на один
шаг зуба пилы t, обозначают и2.
Рис. 320. Наклон и траектории зубьев пилы при пилении пилами
а— в, д — рамными; г — круглыми; иг — подача на один зуб
Подача материала на пилы с поступательно-возвратным дви-
жением производится либо толчками, либо непрерывно.
При подаче толчком за холостой ход пилы древесина во вре-
мя рабочего хода остается неподвижной, а линии вершин зубьев
33-2«65
— 513 —
придают соответствующий наклон под углом к направлению их
рабочего хода (рис. 320, а). При подаче древесины за рабочий
ход нет необходимости наклонять линию вершин зубьев к на-
правлению их движения (рис. 320, б).
Непрерывная подача производится за рабочий и за холостой
ход. В этом случае пиле придают наклон, линейная величина ко-
торого на каждый ход пилы Н равна половине подачи Д за один
оборот вала рамы.
Величина наклона измеряется на части длины рамной пилы,
равной высоте хода пильной рамки Н (рис. 320, д; рис. 321). Для
того чтобы зубья пил отходили от пропила во время подъема
пильной рамки, наклон теоретически должен быть равен величи-
не подачи, приходящейся на холостой ход рамы. Практически
дается прибавка к теоретическому наклону в размере 1—3 мм.
Величина практического наклона пил у определяется:
для подачи за холостой ход
у = А + (1ч-3) мм,
где Д — подача в мм;
для непрерывной подачи
у = -£- 4-(1н-3) мм.
Наклон пил для однотолчковой подачи за рабочий ход
у = 2 ч- 3 мм.
Подачу материала на пилы с вращательным и поступатель-
ным движением механизма резания (круглых, ленточных и др.)
производят непрерывно (рис 320, г).
Траектория движения зубцов пилы относительно распиливае-
мой древесины находится путем геометрического сложения двух
видов движения — зубца пилы и распиливаемой древесины. В
частности, траектория движения зуба круглой пилы имеет вид
циклоиды, как результат сложения прямолинейного и враща-
тельного движений; однако, учитывая большую разницу между
величиной скоростей резания v и подачи и, можно с небольшой
погрешностью принять дугу циклоиды за дугу окружности.
Для написания основных уравнений кинематики пиления
круглыми пилами вводим обозначения: v — скорость резания
в м/сек; и — скорость подачи в м/сек *; D — диаметр круглой пи-
лы в мм; z—число зубцов пилы; п — число оборотов пилы за
1 мин; иг —подача на 1 зуб пилы в мм; t — шаг зуба пилы
в мм **.
* Как правило, скорость подачи выражается в м/мин.
** Профили зубьев для рамных пил приведены в ГОСТ 5524-55, для
круглых пил — ГОСТ 980-53; для ленточных пил — ГОСТ 6532-53.
— 514 —
Скорость резания
nDn V = . 60.1000 (Н4)
Скорость подачи (Н5)
60-1000*
Шаг зуба пилы •
те D Z (И6)
Отсюда получаем кинематическое уравнение пиления круг-
лыми пилами
и их
--= ---•
V t
В рамных пилах практически используют отношение величи-
ны подачи за рабочий ход Д к величине хода пилы Н:
и _ Д
~Н‘
3. Мощность пиления и производительность пил
Усилие резания при пилении составляет на один зуб (в кг)
Р' = kbh,
где k — удельное сопротивление резанию, зависящее от конст-
рукции пилы, степени заострения режущей кромки, тол-
щины стружки и др., в кг/мм2-,
b — ширина слоя древесины, снимаемого зубом, в мм\
h — толщина снимаемой стружки в мм.
Заменив толщину стружки h величиной подачи и2 на один
зуб (фактически они близки друг к другу), получим
Р = kbu2.
Суммарное усилие сопротивления резанию для общего числа
г зубьев, участвующих одновременно в пропиле, P = P'z, или
Р= kbu2^ = kbH' (117)
Здесь Н' — высота распиливаемого бруска.
Общая мощность пиления
= — л. с., или У = — кет. (118)
75 102
33»
— 515 —
§ 136. ЛЕСОПИЛЬНЫЕ РАМЫ
1. Техническая характеристика
Для массовой продольной распиловки бревен на пиломате-
риалы применяются преимущественно вертикальные лесопиль-
ные рамы. Отличительной особенностью вертикальных лесопиль-
Рис. 321. Схема работы вертикаль-
ной двухэтажной лесопильной рамы
/ — главный или коренной вал рамы; 2 —
кривошипный механизм; 3 — шатун для
ередачи от главного вала поступательно-
возвратного движения пильной рамке с
илами; 4 — рамные пилы, укрепленные в
пильной рамке; 5 — ползуны пильной рам-
ки; 6 — направляющие для ползунов; 7 —
вальцы для механической подачи бревна
в раму
ных рам является наличие
движущейся пильной рамки, в
которой с натяжением закреп-
ляется набор рамных пил, на-
зываемый поставом (рис. 321).
Пильная рамка с пилами со-
вершает поступательно-воз-
вратное движение в вертикаль-
ной плоскости, в соответствии
с чем лесопильные рамы назы-
ваются вертикальными. Пиль-
ная рамка приводится в дви-
жение кривошипношатунным
механизмом. Бревно подается
при помощи вальцов.
Различают рамы двухэтаж-
ные и одноэтажные (рис. 322).
Одноэтажные рамы менее
производительны, чем двух-
этажные; их применяют на не-
больших предприятиях, на
строительных площадках, пе-
ревалочных базах и т. п. Для
распиловки коротких бревен
длиной 1—2 м применяются
приспособления, пристраивае-
мые к обычным одноэтажным
рамам (рис. 322, в). Для крат-
ковременных лесопильных ра-
бот используют передвижные
рамы, установка которых не
требует устройства фундамен-
тов (рис. 322, г).
Двухэтажные лесопильные
рамы (рис. 322, а) имеют обыч-
но одношатунный кривошип-
ный механизм, нижний привод и преимущественно равномерную
непрерывную подачу. Выпущенные нашими станкостроительными
заводами двухэтажные лесопильные рамы моделей РД75-2 и
РД50-3 рассчитаны на работу в механизированном потоке.
— 516 —
Раму РД75-2 обслуживает один рабочий. Просвет пильной
рамки (по ширине) 750 мм, ход 600 мм, число оборотов 300
в 1 мин., наибольшая подача за один оборот 45 мм, наибольшее
число пил в поставе 12, просвет направляющих ножей, опреде-
ляющий наибольшую ширину бруса, от 50 до 475 лии; мощность
70 кет; вес 16000 кг. У рамы РД50-3 просвет 500 мм, число обо-
ротов 360 в 1 мин.
Рис. 322. Схемы лесопильных рам
а — двухэтажная, одношатунная; б и в — одноэтажные двухшатунные*, г — передвижная
двухшатунная
В ближайшее время получит широкое распространение рама
РД75-6, отличающаяся от рамы РД75-2 гидравлическим подъ-
емом переднего и заднего падающих вальцов, автоматическим
изменением уклона пил при изменении величины подачи, нали-
чием гидроаппарата для натяжения пил и другими усовершенст-
вованиями, повышающими производительность и улучшающими
обслуживание рамы.
Из одноэтажных лесопильных рам отечественного произ-
водства наиболее совершенной является рама Р65-3 (рис,
322, б).
Рама Р65-3 оборудована однотолчковым механизмом подачи
за рабочий ход. Ее можно перевозить на автомашине или на при-
цепе. Просвет рамки 650 мм, ход 410 мм, наименьшая длина рас-
пиливаемых бревен 3 м, число оборотов 265 в 1 мин., число пил в
поставе до 10, мощность 40 кет, вес 3 900 кг. Рама имеет анти-
вибратор, что позволяет уменьшить массу фундамента.
Из передвижных рам наибольшее предпочтение следует от-
дать лесопильной раме РП. Эта рама имеет дифференциально-
кулачковый механизм подачи и антивибратор. Вес ее с ходовой
частью 6,64 т, просвет 650 мм, ход 410 мм, оборотов 270 в 1 мин.,,
мощность 28 кет.
— 517 —
2. Расчетные данные
Диаметр бревен (в верхнем отрубе), пропускаемых через ра-
му, не должен превышать
Д0/-2£, (119)
где В — ширина просвета рамы в см;
До — величина «сбега» в см/м, обычно принимаемая 1 см на
1 м длины бревна;
I.— длина бревна в м;
Ь — запасное расстояние между стойкой пильной рамки и
комлем бревна с каждой стороны в см, принимаемое с
учетом неточности центрирования, закомелистости
бревна, его кривизны и т. п., равным 5 см.
Кроме того, в зависимости от высоты хода диаметр бревна
в комле не должен превышать (в мм)-
D = Z - (Н + 440), (120
где Z — расстояние между верхней и нижней поперечинами
пильной рамки в мм;
Н — ход пильной рамки в мм;
440 мм — размер, учитывающий наличие в поставе верхних и
нижних струбцин, прокладок и пр.
Скорость резания лесопильной рамы (в м!сек) определяется
ио формуле
P = JL^Lslna> (121)
60
где a — угол поворота кривошипа.
Мощность, требуемая для пиления, определяется по формуле
(118).
Сила резания Р в (кг) определяется для лесопильной рамы
ио формуле
р___ kb S /,а _ kb S /, А (122)
~ v Н '
где k — удельное сопротивление пилению (табл. 25) в
кг/мм*;
Ь — ширина пропила, состоящая из толщины пилы
и развода, принимаемого по 0,7 мм на каждую
сторону, в мм;
S/t=0,75Dcpz/ — сумма высот пропилов, измеряемая по середине
длины бревна;
£)ср — диаметр бревна по середине длины его в мм;
z! — число пропилов;
0,75 — коэффициент использования формы бревна.
Подставляя значение Р в уравнение (118) и заменяя
— 518 —
Д Л / ч
а=“ , получим мощность пиления (в л. с.):
уу ____ Л6 S Д л
₽ез— 75-60 '
(123)
Таблица 25
Приближенные значения удельного сопротивления k в кг/жж2 при распиливании
сосны на лесопильных рамах
Подача на один зуб ug в мм Средняя высота пропила lt в см
12-20 22-30 32-40 42-50 52-60
0,2 10,7 11 11,8 12,9 13,9
0,4' 7,6 8,5 9,1 9,8 10,6
0,8 6,3 7 7,6 8,2 8,9
1,2 5,6 6,2 6,7 7,2 7,8
1,6 5,2 5,7 6,2 6,7 7,3
Для других древесных пород значение k учитывают попра-
вочными коэффициентами, равными: для ели 0,9, лиственницы
1,1, березы 1,3 и дуба 1,55.
Мощность, затрачиваемая на резание, и мощность привода
связаны равенством^
^рез = "Ч ^прив» (124)
где ч — коэффициент полезного действия рамы, принимаемый
равным 0,75—0,85.
Подача Д на один оборот рамы в зависимости от мощности
привода определится из формулы
д _ 60-75ЛГпривЧ (125)
kb'Ll.n ' V '
Приближенная формула ЦНИИМОДа имеет вид
Д = 140"-w> . (126)
2 1гп
3. Основное околорамное оборудование
Неотъемлемой частью лесопильных рам на механизирован-
ном лесопильном заводе являются цеховая бревнотаска, сбрасы-
ватель бревен, тележка, устанавливаемая перед рамой, рольган-
ги за рамами первого и второго рядов и перед рамами второго
ряда, перекладчик брусьев и другое оборудование.
— 519 —
520
2300-----------
0001
Рис. 323. Круглопильный станок ЦДТ-4 (шпалорезка)
для распиливания бревен толщиной до 500 мм на
брусья и доски
/ — пильный вал; 2 — шайба крепления пилы; 3 — рабочий
шкив; 4 — шкив механизма подачи; 5 —тележка; 6, 7 —зажимы
и рычаги крепления бревна; 8 — барабан; 9 — трос; /0—ролики
(блокиЦ; 11, /2—рычаги перемещения бревна на тележке;
13 — храповое устройство; 14, 15 — рычаги управления механи-
змом подачи; 16 — натяжные ролики; 17 — антивибратор:
18 — расклинивающий диск
§ 137. КРУГЛОПИЛЬНЫЕ СТАНКИ
Круглопильный станок ПДТ-4 для продольного распилива-
ния бревен (шпалорезка) (рис. 323) состоит из пильного вала,
тележки, механизма подачи, механизма поперечного перемеще*
ния бревна по тележке и органов управления механизма подачи.
Простота монтажа и демонтажа и небольшой вес станка позво-
ляют многократно перевозить его на новое место работы. Недо-
статком станка при распиловке бревен на доски являются зна-
Рис. 324. Прирезной станок с гусеничной подачей ЦДК-4
/ — станина; 2 — стол; 3 — суппорт пилы; 4 — гусеница; 5 — прижимные вальпы.
$— предохранительные упоры; 7 — направляющая линейка; 8 — пила
чительные отходы древесины в опилки из-за большой толщины
пилы s = 4,5—5 мм, дающей пропил толщиной до 8—10 мм. При-
менение более тонких пильных дисков диаметром 1 200 мм спо-
собствовало бы усиленному короблению их и затрудняло бы
правку (рихтовку) дисков в эксплуатации.
Круглопильные станки для продольной распиловки досок,
щитов и брусков. К современным станкам этой группы относится
прирезной станок ЦДК-4 с гусеничной подачей (рис. 324). На
этом станке получают строго прямолинейный рез и гладкую пе-
34—2665
— 521 —
верхность распила, что позволяет использовать его при заготов-
ке даже коротких (250 мм) деталей для склейки, минуя прифу-
говку на фуговочном станке с применением строгальных пил.
Основная характеристика станка: диаметр пилы 400 мм, чис-
ло оборотов пилы в 1 мин. 2 900; скорости подачи 15—30 и 22,5—
45 м!мин; общая мощность электродвигателей 14 кет; вес 1,75 т.
Точный раскрой по длине может быть получен только на тор-
цовочных станках с прямолинейным движением, на станках с ка-
реткой и на концеравнителях. '
Рис. 325. Торцовочный станок с гидроподачей ЦПА
/ — стойка; 2 — подъемная колонка; 3—маховик подъема колонки; 4 — суппорт с
электродвигателем для пилы; 5 — маховичок поворота пилы под любым углом; 6 — мас-
ляный бак с электродвигателем и насосом; 7 — педаль для включения гидроподачи:
8 <— пила
Торцовочные станки ЦПА с прямолинейным движением суп-
порта и механизированной подачей (рис. 325) обеспечивают точ-
ность раскроя и прямолинейность пропила. Пила надевается не-
посредственно на вал электродвигателя. Суппорт, соединенный
с гидроцилиндром, дает до 35 двойных ходов в 1 мин. Для рас-
пиливания под углом суппорт вместе с обоймой соответственно
поворачивается на колонке. Мощность 4 кет.
Круглопильные станки универсального типа наиболее упот-
ребительны в мелкосерийном производстве. На этих станках рас-
пиловку производят продольную, поперечную и под углом. Они
обычно оборудуются переставными направляющими линейками
и регулируемыми упорными угольниками или каретками,. Неред-
ко эти станки имеют поворотный пильный вал, позволяющий ве-
— 522 —
сти продольное или поперечное распиливание под разными уг-
лами к вертикальной плоскости.
Характерным представителем этой группы является станок
Ц-5 (рис. 326). Он имеет подъемный суппорт с пилой диаметром
500 мм. На станке можно распиливать материал толщиной до
120 мм, при наибольшей ширине отпиливаемой части материала
400 мм, мощность станка 7 кет.
Рис. 326. Круглопильный станок Ц-5
/ — станина; 2 — стол; 3 — пильный вал; 4 — направляющая линейка; 5 — расклиниваю-
щий нож; 6 — воронка отсоса опилок; 7 — ограждение; 8 — маховик натяжения ремня
электродвигателя; 9 — маховик подъема стола
1. Режущие инструменты круглопильных станков
Круглые (циркульные) пилы с плоским диском (ГОСТ 980-53)
(рис. 327, а) или конические строгальные пилы с вставным зу-
бом и с мелким зубом являются рабочими режущими органами
круглопильных станков.
Конические пилы (рис. 327 б, в, г) используют для продоль-
ной распиловки толстых досок на тонкие толщиной 8—10 мм.
Они дают чистый и узкий пропил 1,7—2,5 мм против 3,5—4,5 мм
у пил с плоским диском. Развод в этих пилах принимается по
0,3 мм на каждую сторону. Конические пилы применяют с ле-
вой, правой и двойной конусностью.
Строгальные пилы (рис. 327,6—ж) применяют для получения
чистого продольного или поперечного распила без последующего
строгания. Толщина периферийной части полотна строгальной
пилы больше, чем у центрового отверстия. Такой профиль пилы
позволяет работать без развода зубьев.
34*
— 523 —
Рис. 327. Диски круглой пилы
а — одинаковой толщины; б и в — одноконический правосторонний и левосто-
ронний; г — двухконусный; д — с поднутрением боковых поверхностей; е и ж — стро-
гальные для продольной и поперечной распиловки
— 524 —
2. Расчетные данные
Скорость резания при работе круглыми пилами определяют
по формуле (114). Скорости резания при работе круглых пил при-
нимают от 50 до 100 м/сек. Скорость подачи определяют по фор-
муле (115).
Величина подачи на один зуб пилы приближенно может быть
принята: при разведенных зубьях и'г = 0,05-5-0,2 мм. для чисто-
го распила и = 0,4-г-0,5 мм для обычного распила; при плю-
щеном зубе и'х = 0,6-г-0,8 мм для обычного распила. В круглых
пилах для распиловки бревен и'2 =2—2,5 мм.
§ 138. ЛЕНТОЧНОПИЛЬНЫЕ СТАНКИ
Ленточнопильные станки тяжелого типа с вертикальные
(рис. 328, а) или горизонтальным (рис. 328, б, в) расположением
пильной ленты применяются при распиловке бревен больших ди-
аметров на брусья й доски.
Рис. 328. Схема работы ленточнопильных станков
а —в — вертикальных и горизонтальных для распиловки бревен; г и д — делительных
для ребровой распиловки толстых досок на тонкие; е — столярных для криволинейного^
и прямолинейного распиливания по разметке шаблоном и линейке
Бревна подаются на пилу тележкой с электрическим, гидрав-
лическим или пневматическим приводом. Тележка снабжена ав-
томатическим управлением, обеспечивающим точное ориентиро-
вание оси бревна, его закрепление и установку на требуемую
толщину отпиливаемой доски. Управление всеми операциями с
бревном сосредоточено на тележке у рабочего места.
Распиловка толстых досок на тонкие и выпиловка тонких до-
сок из горбылей, получаемых с ленточнопильных станков тяже-
лого типа и лесопильных рам, может производиться также на
— 525 —
ленточнопильных станках (рис. 328, г, д). Подача на этих стан-
ках производится с помощью вальцовых и гусеничных механиз-
мов. Бесступенчатое изменение скорости подачи позволяет наи-
более полно использовать мощность станка.
В деревообрабатывающих цехах строительной промышленно-
сти наиболее широкое распространение получили столярные лен-
точнопильные станки средней мощности типа ЛС80-3 (рис. 328, е).
На этих станках выполняется как прямолинейная, так и криво-
линейная распиловка досок и щитов. Наибольшая высота пропи-
ла на станке 400 мм, длина пильной ленты 5 300—5 600 мм, ши-
рина до 50 мм, наибольший угол наклона стола 45°.
Расчетные данные
Размеры (в мм) полотна ленточных пил характеризуются ши-
риной, толщиной и длиной.
Для ребровой распиловки толстомерных досок на тонкие ши-
рина полотна ленты принимается от 75 до 250 мм, для столярных
работ и криволинейной распиловки от 4 до 50 мм.
Толщина s ленточных пил подбирается в соответствии с диа-
метром D ленточнопильного шкива станка по формуле
D
s <----.
1000
Соединение концов ленты при их спайке производится «на ус»
с таким расчетом, чтобы толщина места спая не превышала тол-
щины ленты.
Б. СТРОГАЛЬНЫЕ СТАНКИ
§ 139. ПРОЦЕСС СТРОГАНИЯ
Строгание применяется для получения гладкой и профиль- .
ной поверхности деталей и изделий.
Строгание вручную выполняется рубанками, стругами, а ме-
ханическим путем — на строгальных станках, на циклевальных,
ножерезательных станках для получения тонкой дощечки, фане-
рострогальных, стружечных и драночных (pnq. 329).
Фрезерование выполняется вращающимися резцами (рис.
330).
В практике оба эти способа принято называть строганием,
имея в виду получение гладкой поверхности в обоих случаях об-
работки.
— 526 —
Заготовка
Рис. 329. Схемы обработки древесины строганием и лущением на станках
а — строгальных — гладильными ножами; б — циклев^льных; в — фанерострогальных;
г — лущильных; д — стружечных; е — драночных; ж — усорезательных; з — ножереза-
тельных
1. Характеристика процесса строгания
При строгании древесины вращающимися резцами на форми-
рование поверхности влияют: 1) степень точности установки рез-
цов; 2) вибрация станка; 3) местные неровности разрушения
древесины, задиры и вырывы, вызываемые косослойностью и
свилеватостью древесины, а также недоброкачественностью рез-
цов.
Действие этих факторов при строгании приводит к неровно-
— 527 —
стям на поверхности древесины, характеризующим так называ-
емую чистоту обработки.
Полноценная работа каждого резца обеспечивается точно-
стью установки резцов на ножевой вал, вследствие чего на обра-
батываемой поверхности образуются равномерные волны, со-
стоящие из гребней и впадин.
Рис. 330. Схемы обработки древесины строганием на станках
а — фуговальных; б — рейсмусовых; в — кромкострогалъпых; г — четырехсторонних;
д — фрезерных; е — шипорезных
Рис. 331. Схема строгания
Введем обозначения (рис. 331): у — глубина волны в мм;
I — длина волны в мм; D = 2R — диаметр окружности резания
в мм; uz — подача на один резец в мм; z — число резцов в ноже-
вой головке; п — число оборотов ножевой головки в 1 мин.; и —
скорость подачи в мм/мин.
При точной установке
резцов волны на поверхно-
сти материала будут иметь
постоянную глубину и дли-
ну.
Для практических целей
определения возможной чи-
стоты поверхности принима-
ют
/2 , и
— и / = —.
87? zn ।
Длина и глубина кинема-
тических волн характеризу-
ют качество обработанной
поверхности, т. е. ее глад-
кость.
— 528
Величина подачи на один резец ug равняется длине велны I.
При неточной установке резцов волны на поверхности мате-
риала имеют разные глубины и длины. Количество разных волн,
участвующих в образовании поверхности, в этом случае зависит
от числа резцов, установленных на ножевой головке. При очень
неточной установке могут быть случаи, когда часть ножей вооб-
ще перестает резать. Практическая точность установки обычно
колеблется от 0,05 до 0,1 мм и при особой тщательности дости-
гает 0,02 мм.
Местные разрушения в основном вызываются работой тупых
резцов или недоброкачественностью древесины. Неровности раз-
рушения особенно часто наблюдаются при строгании против во-
локон косослойной и сучковатой древесины.
Требуемая чистота обработки строганием определяется конеч-
ным назначением поверхности, как например для склейки, от-
делки и т. п.
2. Строгальные инструменты
Строгальные ножи для машинной обработки древесины, из-
готовляемые из специальной стали, обычно представляют собой
толстую от 8 до 12 мм или тонкую от 2,5 до 5 мм пластинку с
заостренной кромкой.
Толстые ножи устанавливаются на ножевые головки квадрат-
ного сечения, тонкие — на головки круглого сечения (рис. 332).
Рис. 332. Ножевые головки
а — круглые; б — квадратные
— 529 —
Практически применяются для обработки мягких хвойных пород
углы заострения строгальных ножей от 33 до 36°, при обработке
твердых пород 40—45°. Древесно-слоистые пластики и пластифи-
цированная древесина обрабатываются ножами с углом заточки
60—65°. Углы резания в зависимости от породы древесины и ее
состояния (сухая, сырая, мерзлая) принимаются в пределах от
60 до 86°.
§ 140. СТРОГАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Фуговальные станки. Фуговальные станки служат для точно-
го строгания и выверки поверхности по плоскости с соблюдением
в случае надобности определенного (преимущественно прямого)
угла между смежными сторонами.
Рис. 333. Схемы строгальных станков
Фуговальные станки с ручной подачей (рис. 333, а) имеют
один ножевой вал, а с механической подачей могут быть как с
одним ножевым валом (рис. 333, б), так и с двумя; во втором
случае валы располагаются под прямым углом. На двухшпин-
цельном фуговальном станке одновременно выверяются две
смежные стороны детали.
Основными параметрами фуговальных станков являются наи-
большая ширина строгания и длина столов. Фуговальный ста-
нок имеет два стола, по которым продвигается обрабатываемая
— 530 —
заготовка. Передний по ходу заготовки стол является направля-
ющим и от его длины зависит точность обработки, поэтому его
часто делают длиннее заднего. Передний стол устанавливается
на определенном уровне относительно верхней образующей ре-
жущей части ножевого вала, что обеспечивает сострагивание
слоя требуемой толщины. Стол поднимается клиновыми направ-
ляющими или эксцентриками с рычагами; последние дают воз-
можность регулировать положение стола (и, следовательно, тол-
щину снимаемого слоя)^ Задний стол тоже регулируют по высо-
те, устанавливая его на уровне верхней образующей ножевого
вала.
Для направления заготовки и фугования брусков под опреде-
ленным углом станки снабжаются наклоняющимися линейка-
ми-угольниками.
Фуговальные станки с механической подачей более произво-
дительные и работа на них менее опасна. Для безопасности ра-
боты ножевые валы (шпиндели) фуговальных станков делают
обязательно круглыми, а ножи — тонкими, с клиновым крепле-
нием.
Фуговальные станки оборудуются съемными заточными
и фугующими устройствами, при помощи которых выравнива-
ются кромки ножей, что обеспечивает получение чистой поверх-
ности.
В строительной промышленности наибольшее распростране-
ние получил современный односторонний фуговальный станок
типа СФ4-5 с шириной стола 420 мм; число оборотов ножевого
вала 6 000 в 1 мин., мощность электродвигателя 2,8 кет, вес
0,6 т.
Для механизации подачи на фуговальных станках с ручной
подачей могут применяться приставные автоподатчики УПА
вальцового или гусеничного типа (рис. 334). Эти автоподатчики
могут быть использованы не только на фуговальных станках, но
и на круглопильных, ленточных и фрезерных станках.
Наибольшая ширина подаваемого автоподатчиком материала
200 мм, толщина 20—100 мм и наименьшая длина 350 мм, ско-
рости подачи 8; 12; 16 и 24 м/мин.
Автоподатчик повышает производительность станка в 2 раза,
одновременно делая работу на станке безопасной.
Рейсмусовые станки. Рейсмусовые станки предназначены для
плоскостного одностороннего или двустороннего строгания в
точный размер по толщине с соблюдением параллельности стро-
гаемых сторон.
По своей конструкции рейсмусовые станки подразделяются
на две группы: односторонние и двусторонние. В односторонних
станках (рис. 333, в) ножевой вал помещается над обрабатывае-
мым материалом, проходящим по столу, который можно регу-
— 531 —
лировать по высоте для получения заданной толщины заготовки.
В двусторонних рейсмусовых станках (рис. 333, г, д) имеется два
ножевых вала: верхний — для строгания на заданную толщину
и нижний, смонтированный на столе и производящий строгание
нижней плоскости заготовки.
В фуговально-рейсмусовых станках передняя часть стола у
нижнего вала оформлена как у фуговальных станков, с удлинен-
ной направляющей поверхностью. Подача производится подаю-
щими валиками.
Рис. 334. Автоподатчик
а — общий вид; б — кинематическая схема; 1 — гусеница; 2 — нажимные пальцы •
ружинами; 3 — электродвигатель; 4 — редуктор; 5 — штурвал установки приспособле-
ния по высоте; 6 — двухзаходный червяк
Заточка и фуговка ножей в рейсмусовых станках выполняется
специальным приспособлением, смонтированным непосредствен-
но на станке.
Рабочие столы рейсмусов регулируются по высоте при помо-
щи винтовых или клиновых подъемных приспособлений.
Задние вальцы подачи у рейсмусовых станков делают гладки-
ми, передний верхний валец имеет рифленую поверхность. Суще-
ствуют как цельные рифленые вальцы, так и составные из пру-
жинящих колец. Составные вальцы дают возможность одновре-
менно пропускать через станок несколько досок или брусков при
разнице в толщине до 5 мм.
— 532 —
Перед ножевым валом у рейсмусовых станков располагают
цельные или секционные прижимы, они предотвращают вибра-
ции заготовок и заколы на поверхности обрабатываемой заго-
товки.
Четырехсторонние строгальные станки. Предназначаются для
одновременного строгания (фрезерования) прямолинейной за-
готовки в виде доски, планки, бруска с четырех сторон с целью
придания ей окончательных размеров и конфигурации по всему
сечению.
Станки оборудованы четырьмя (рис. 333, е) или большим
числом рабочих шпинделей (рис. 333, ж) с ножами, сменными
ножевыми головками или фрезами, производящими плоскостное
или профильное строгание. В современных станках каждый
шпиндель непосредственно соединен с валом своего электродви-
гателя. Расстояние между шпинделями устанавливается в зави-
симости от размеров обрабатываемой детали, причем в верти-
кальной плоскости перемещением верхнего шпинделя, а в гори-
зонтальной— вертикальных шпинделей. Вертикальные шпинде
ли в некоторых станках могут устанавливаться под углом от-
носительно вертикальной оси. Пятый шпиндель, располагаемый
обычно последним по ходу обработки детали, служит для про-
фильной обработки плоскости или для распиливания деталей.
В этих станках левый вертикальный шпиндель иногда монти-
руется на качающемся суппорте, что позволяет снимать у кром-
ки доски слой древесины определенной толщины и строгать дос-
ки различной ширины, благодаря чему достигается наиболее пол
ное использование древесины.
Для строгания криволинейных деталей применяются станки
с качающимися шпинделями, передвигаемыми при помощи ко
пиров.
Подача материала в четырехсторонних строгальных станках
производится вальцовым механизмом подачи, гусеничным . и
вальцово-гусеничным.
Для получения высокого класса чистоты поверхности мате-
риала применяются гладильные ножи. Гладильный нож пред-
ставляет собой строгальный нож, установленный под углом ре-
зания 45°. Эти ножи обычно устанавливают по два-три в особую
крробку с приспособлением, при помощи которого их можно под-
нимать и опускать, изменяя тем самым толщину снимаемого
слоя. Гладильные ножи предназначены для снятия тонкого слоя
древесины обычно в пределах 0,02—0,2 мм.
Для направления движения доски параллельно оси станка на
столе по бокам имеются направляющие линейки, расстояние
между которыми регулируется в зависимости от ширины обра-
батываемого материала.
Для прижима обрабатываемого материала на станках пре-
дусмотрены специальные прижимные устройства в виде колодок,
башмаков и роликов.
— 533 —
Для массового производства строительных деталей и стан-
дартных домов применяются строгально-калевочные станки С16
(наибольшее сечение обрабатываемой доски 160X70 мм, ско-
рость подачи от 7 до 46 м!мин, мощность 24,8 кет) и С26-Г (сече-
ние доски до 260X100 мм, скорость подачи от 20 до 100 м)мин,
мощность 100 кет). Число оборотов шпинделей у этих станков
доведено до 6 000 в 1 мин. Станки оборудованы механическим
загрузочным приспособлением. Станок С26-Г имеет гладильные
ножи, обеспечивающие высокое качество обработки.
В. ФРЕЗЕРНЫЕ, ШИПОРЕЗНЫЕ, СВЕРЛИЛЬНЫЕ,
ДОЛБЕЖНЫЕ И КОМБИНИРОВАННЫЕ СТАНКИ
§ 141. ФРЕЗЕРНЫЕ И ШИПОРЕЗНЫЕ СТАНКИ
1. Фрезерные станки
Обработка деталей с криволинейным профилем и несквозная
(местная) обработка деталей с прямолинейным профилем про-
изводится на фрезерных станках. Фрезерные станки широко ис-
пользуются и при так называемой оправке (окантовке), т. е.
прямолинейной плоской или фасонной обработке щитов, оконных
створок, дверных полотен и других деталей по наружному кон-
туру. Кроме того, на фрезерных станках можно выполнять рас-
пиловочные, шипорезные, долбежные, копировальные и другие
работы при наличии соответствующего режущего инструмента;
этим качеством станка широко пользуются на строительных пло-
щадках, в различных мастерских и на крупных деревообрабаты-
вающих предприятиях. Вот почему этот станок часто относят
к станкам универсального типа, несмотря на его основное наз-
начение — строгально-фрезеровочные работы.
В зависимости от числа рабочих шпинделей фрезерные стан-
ки подразделяются на одношпиндельные и двухшпиндельные, а
по устройству подачи — на станки с ручной подачей и механи-
ческой.
Стол станка в большинстве конструкций жестко закреплен на
станине, а шпиндель смонтирован на вертикально перемещаемом
суппорте.
При использовании фрезерных станков для шипорезных ра-
бот на них устанавливают каретку, при помощи которой произ-
водится зарезка шипов и проушин.
На рис. 335 изображен фрезерный станок Ф-4, предназначен-
ный для выполнения разнообразных фрезерных работ по шабло-
ну и линейке. Техническая характеристика станка следующая:
число оборотов шпинделя в 1 мин. 6 000—8 000, габариты стола
1 000X 1 000 мм, наибольшее перемещение суппорта 100 мм, мощ-
ность электродвигателя 4,5 кет.
— 534 —
Рис. 335. Фрезерный станок Ф-4
1 — станина ; 2 — суппорт ; 3 — шпиндель; 4 — маховичок для подъема стола; 5 — стол;
б — направляющая линейка; 7 — электродвигатель
2. Шипорезные станки
Для соединения деревянных деталей применяются различные
шиповые сопряжения, в которых обработанные концы одной де-
тали соединяются с концами другой. Форма соединений может
быть самая разнообразная в зависимости от конфигурации соп-
рягаемых деталей и от дальнейшего их назначения.
Обработка концов деталей,, соединяемых на шип, произво-
дится на одностороннем или двустороннем шипорезном станке.
Односторонний шипорезный станок (рис. 336) типа ШО6*
имеет шесть рабочих шпинделей, несущих режущие инструмен-
ты: пилу круглую с профилем зубьев для поперечной распилов-
ки, производящую точную оторцовку конца детали, две горизон-
тальные шипорезные головки, вырезающие шип, две вертикаль-
ные подсечные головки, образующие фасонную подрезку шипа
и проушечный диск, выбирающий проушину. Все шпиндели уста-
новлены на одной колонне и закреплены на отдельных суппор-
тах, имеющих возможность перемещаться в горизонтальной и
вертикальной плоскостях, а также устанавливаться под углом,
что позволяет настраивать станок на обработку деталей различ-
ных сечений и получать разнообразные профили шипов, обеспе-
чивающие шиповые вязки разных видов.
Заменяется станками ШОК), ШОЮА, ШО10А-1, ШО15А, Ш015А-1.
- 535 —
to
Рис. 336. Односторонний шипорезный станок ШО6
а — общий вид: б — примеры обработанных деталей; 1 — станина; 2 — кронштейн;
3 — направляющие; 4 — шипорезная каретка; 5 — винтовой зажим материала; 6 — пила;
г — горизонтальные шипорезные головки; 8 — подсечные головки; 9 — прорезная фреза;
10 — махевнчки для перемещения и установки электродвигателей, несущих ножевые
головки на заданные параметры обработки
Двусторонний шипорезный станок ШД-12* отличается тем,
что имеет две колонки с двенадцатью рабочими шпинделями,
обеспечивающими обработку детали с обоих концов одновремен-
но. Техническая характеристика: толщина обрабатываемого ма-
териала до 150 мм, ширина до 400 мм, длина шипа до 200 мм,
высота заплечика шипа до 59 мм, глубина проушек до 125 мм,
ширина проушек до 14 мм, длина детали от 100 до 2800 мм,
мощность двустороннего шипорезного станка ШД12 27,2 кет,
одностороннего ШО6—13,6 кет, скорость подачи двустороннего
станка от 2,3 до 7 м!мин. Веса станков соответственно 1,84 и
6,67 т.
Режущий инструмент, применяемый на шипорезных станках,
представлен на рис. 337.
3. Расчетные данные
Среднее усилие резания при строгании вращающимися рез-
цами и мощность резания определяются по формулам (117) и
(Н8).
Средние значения удельного сопротивления резанию k для
работы острыми резцами (6=55°, £>=125 мм, Л=1,б—4,5 мм)
приведены в табл. 26.
Таблица 26
Средние значения удельного сопротивления резанию k в кг/лж2
Породы древесины Подача на резец uz в мм
0,3 0,5 | 1 1 | 1,5 2 3
Мягкие 3-2,5 2.6—2,2 2—1,7 1,6—1,4 1,3—1,2 1.1—1
Твердые 4,6—3,7 4-3 2 3-2,5 2,4-2,1 2—1,8 1,7-1.5
Большие значения относятся к меньшей толщине снимаемого
слоя, т. е. h = 1,5 мм; меньшие — к h=4,5 мм.
При работе затупленными резцами вносится соответствую-
щая поправка.
Среднее касательное усилие на резце (в кг) при фрезерова-
нии сложных профилей может быть определено по формуле-
р _ kFu.,
v
где F — площадь снимаемого слоя в мм2.
• Заменяется станком ШДЮ и ШД15.
- 537 —
Рис. 337. Инструмент шипорезного стан-
ка ШО6
а — шипорезная головка; б — плоский нож;
в — подрезающая гребенка; г — подсечная го-
ловка; д — плоский профильный нож; е — прорез-
ная фреза; ас —нож прорезной фрезы
— 538 —
§ 142. ТОКАРНЫЕ И КРУГЛОПАЛОЧНЫЕ СТАНКИ
Обработка деталей точением для придания им цилиндриче-
ской или фасонной формы тела вращения производится либо на
токарных станках, где вращается изделие, лйбо на круглопалоч-
ных станках, где вращается ножевая головка. При работе на то-
карных станках подача изделий может быть ручная и механиче-
ская, при работе на круглопалочных — только механическая.
Обтачивание деталей на токарных станках производится пря-
мыми или фасонными резцами.
§ 143. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Зачистка деталей шлифовальной шкуркой производится на
шлифовальных станках.
При шлифовании древесина снимается в виде тончайших
стружек зернами абразива, работающими наподобие резцов.
Шлифовальная шкурка состоит из основы в виде бумаги или тка-
ни, оклеенной насыпкой из зерен абразивного материала. Разме-
ры зерен шкурки обусловливают скорость и качество шлифова-
ния.
В зависимости от вида применяемого инструмента и способа
его использования шлифовальные станки подразделяются на
ленточные, дисковые, цилиндровые, комбинированные *и щеточ-
но-профильные.
§ 144. СВЕРЛИЛЬНЫЕ И ДОЛБЕЖНЫЕ СТАНКИ
1. Сверлильные станки
Сверление древесины применяется для образования в дета-
лях цилиндрических отверстий или гнезд при помощи сверлиль-
ных инструментов.
Сверлильные станки подразделяются на вертикальные и го-
ризонтальные— одношпиндельные и многошпиндельные, с руч-
ной подачей и механической.
Из вертикальных одношпиндельных станков интересным яв-
ляется сверлильно-пазовальный типа СвП (рис. 338), применяе-
мый в заводском домостроении для сверления круглых отверстий
и выборки пазов. На этом станке можно получить отверстия глу-
биной до 150 мм, диаметром до 25 мм, а также выбирать паз
длиной до 200 мм. Стол станка может поворачиваться вокруг ко-
лонки на 360° и вокруг оси, перпендикулярной франту станка,
на 90°. Вес станка 0,43 т, мощность 2,8 кет.
— 539 —
Вертикальные многошпиндельные станки с раздвижными
шпинделями и механической подачей могут одновременно свер-
лить в детали несколько отверстий разных диаметров — от 25 до
100 мм.
Рис. 338. Вертикальный сверлильно-пазовальный станок СВП
/—станина; 2—шпиндель; 3 — электродвигатель; 4 — стол станка; 5 — маховичок пере-
мещения стола по высоте; 6 — фиксатор; 7 — поворотный кронштейн; 8 — маховичок пере-
мещения стола по горизонтали; 9 — устройство крепления детали; 10 — педаль и руко-
ятка опускания шпинделя
2. Долбежные станки
Долбление применяется для получения в древесине отверстий
и гнезд квадратного или прямоугольного сечения. Долбежные
станки разделяются на сверлильно-долбежные и цепнодолбеж-
ные.
Сверлильно-долбежные станки современной конструкции
снабжены полым долотом с вращающимся внутри его сверлом,
укрепленным на валу электродвигателя. Эти станки предназна-
чены для .выборки точных размеров гнезд квадратного сечения
малых размеров, с плоским дном, которые нельзя получить на
цепнодолбежных станках.
Цепнодолбежные станки оснащены рабочим шпинделем,
имеющим ведущую звездочку и направляющую линейку с на-
тяжным роликом для режущей цепи. Глубина отверстия фикси-
руется соответствующей установкой регулятора хода. Мини-
- 540 —
мальная ширина отверстия определяется шириной линейки с
цепью. Отверстие может быть сделано любой длины за несколько
проходов цепи, для чего требуется продольное движение бруска.
Обрабатываемая деталь крепится на столе, который может
перемещаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а
также устанавливаться под углом к вертикальной оси станка.
Рис. 339. Цепнодолбежный станок ДЦА-2
/—станина; 2— подъемный стол; 3 — рабочий суппорт; 4 —- гидроцилиндр; 5 — регулятор
хода; 6 — педаль; 7 — маховичок зажима детали
Цепнодолбежный станок ДЦА-2 (рис. 339) оборудован гидро-
приводом для подачи рабочего суппорта со шпинделем. На этом
станке можно получать отверстия шириной от 6 до 25 мм, дли-
ной от 40 до 400 мм и глубиной до 140 мм. Наибольшая высота
обрабатываемого бруска 250 мм, ширина 200 мм. Скорость ра-
бочего хода суппорта от 0 до 80 мм)сек, холостого — 80 мм!сек,
мощность 5,5 кет.
Г. ПЕРЕНОСНЫЕ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Для механизации трудоемких ручных работ при обработке
древесины применяют ручные механизированные электрические
или пневматические инструменты, работающие по принципу пе-
- 541 —
редвижной станок — неподвижный материал. Привод инстру-
ментов применяется обычно от электродвигателя минимально не-
обходимой мощности, рассчитанной на кратковременную перио-
дически повторяющуюся работу). Накоторые инструменты изго-
товляются и с пневматическим приводом, а некоторые получают
вращение от отдельно установленного электродвигателя при по-
мощи гибкого вала.
§ 145. ЭЛЕКТРОПИЛЫ
Цепная электропила предназначена для поперечного раскроя
бревен.
Режущая цепь состоит из чередующихся режущих и скалы-
вающих звеньев, изготовленных из специальной стали. Мощ-
ность электродвигателя в зависимости от конструкции 1,8—
2,3 кет. Скорость 'цепи 5 м/сек. Вес пилы от 9,5 до 22 кг.
Дисковая электропила И-20 служит для продольного и попе-
речного раскроя досок, щитов и планок, а также для пригонки
деталей при монтаже деревянных конструкций. При диаметре
пилы 250 мм наибольшая высота пропила 60 мм. Потребная мощ-
ность электродвигателя 0,8 кет; вес пилы 14 кг.
Ленточная электропила может быть использована для выре-
зания разнообразных элементов строительных деталей и изде-
лий включая и всевозможные криволинейные наружные кон-
туры.
§ 146. СТРОГАЛЬНЫЕ, ФРЕЗЕРНЫЕ И ДРУГИЕ
ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Электрорубанок И-24 представляет собой миниатюрный фу-
говальный станок с двухножевым валом. Ширина строгания —
до 100 мм, глубина — до 2 мм, мощность 0,4 кет, вес 14,8 кг.
Электросверлилка И-27 применяется для сверления отверстий
в древесине. Для правильного направления сверла и большей
устойчивости сверлилки она снабжается двумя направляющими
колонками. Обратное движение электросверлилки вверх (холо-
стой ход) облегчается винтовыми пружинами, надетыми на на-
правляющие.
Наибольший диаметр сверла 26 мм; наибольшая глубина
сверления с направляющими 1 000 мм, без них 350 мм; мощность
0,6 кет. Вес с направляющими 16,5 кг.
Электродолбежник И-1 служит для выборки в деревянных де-
талях и узлах различных прямоугольных отверстий, сквозных и
глухих пазов, гнезд и т. п. Он широко применяется при изготов-
лении балок Деревягина, стропил и пр.
Электрошуруповерт И-62 предназначен для механизации за-
винчивания шурупов диаметром до 6 мм при оборке различных
строительных деталей и изделий.
- 542 —
Д. ПОДГОТОВКА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА К РАБОТЕ
§ 147. ПОДГОТОВКА ПИЛ
Вальцовка рамных пил производится с целью устранения
брака, получаемого при распиловке, и повышения качества рас-
пила.
Пилы вальцуют на вальцовочных станках, пропуская их ПО'
длине между двумя вращающимися валками. Вальцовке под-
вергается средняя часть полотна пилы на расстоянии 20—25 мм
от линии впадин и задней кромки. Сначала вальцуется середина,,
затем от нее постепенно переходят к краям. Вследствие такой
обработки средняя часть пилы несколько удлиняется, создавая
начальное натяжение в режущей и задней кромках, необходимое
для повышения устойчивости полотна'пилы в процессе резания.
Показателем провальцованности полотна пилы является попереч-
ное коробление его при выгибе пилы; это коробление обнаружи-
ваемся, если поперек полотна пилы приложить прямолинейный
шаблон.
Йравка рамных пил, бывших в употреблении, производится
с целью удаления местных дефектов: выпучин, слабин, искривле-
ний, полученных пилой в процессе работы от нагрева, усилий ре-
зания, боковых изгибов и т. п. Дефекты пилы выявляются при по-
мощи выверочной плиты и прямолинейного шаблона; исправляют-
ся дефектные места проковкой их на специальной наковальне рих-
товочными молотками.
Рамные пилы устанавливаются .в пильную рамку строго па-
раллельно направлениям движения бревна и пильной рамки с
требуемым для данных условий углом наклона пил. Правильность
угла наклона проверяется специальным прибором — уклономе-
ром, а параллельность — выверочной линейкой с угольником.
Крепление пил в рамке должно быть жестким и надежным.
Проковка круглой пилы производится для придания начально-
го натяжения периферийному кольцу диска, необходимого для
обеспечения устойчивости режущей кромки пилы в процессе пи-
ления. Начальное ослабление средней части диска достигается
проковкой ее рихтовальным молотком на наковальне.
Правка круглой пилы обычно носит характер исправления
главным образом различных «зажогов», полученных в процессе
распиловки от трения быстро вращающегося диска пилы о дре-
весину.
Проверка правильности круглой пилы производится длинной
и короткой линейками. Длинная линейка прикладывается по все-
му диаметру диска (через 20°). Местные искривления диска ис-
следуются при помощи короткой линейки путем последовательно-
го поворачивания ее не только по направлению радиусов, но и
ставя под углом для выявления точных границ впадин.
- 543 —
Заточка зубьев пил должна обеспечивать:
1) . неизменность профиля зуба после каждой заточки;
2) заданную степень остроты зуба;
3) отсутствие заворотов носков, заусенцев и засинения вершив
зубьев;
4) правильное положение режущей кромки зубьев по отноше-
нию к средней плоскости полотна пилы;
5) одинаковое расстояние зубьев пилы друг от друга, причем
вершины зубьев у рамных и ленточных пил должны быть на одной
прямой, а у круглых пил на одном расстоянии от центра пилы.
Развод зубьев делается одинаковым на каждую сторону и на
определенную величину в зависимости от условий распиловки и
конструкции пилы.
Зубья разводятся вручную или на автоматах.
Плющение зубьев пил выполняется при помощи ручной плю-
щилки или механического аппарата.
Правильно выполненное плющение характеризуется отсутстви-
ем надломов и трещин <в расплющенном носке зуба, одинаковым
расширением зуба в обе стороны и отсутствием изгиба носка
зуба.
§ 148. ПОДГОТОВКА СТРОГАЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ И ЗАТОЧКА
СВЕРЛ
Заточка строгальных ножей производится на точильных руч-
ных станках, полуавтоматах и автоматах.
Правка и доводка ножей выполняются для придания им боль-
шей остроты и устранения дефектов заточки, заусенцев и пр.
Правкой при помощи мелкозернистого оселка со стороны фас-
ки достигается степень остроты лезвия до 0,002—0,004 мм.
Балансировка ножей производится с целью обеспечения спо-
койной работы станка без вибраций. Строгальные ножи должны
быть парными, одинакового веса, центры тяжести их должны рас-
полагаться на одинаковом расстоянии от режущей кромки и на
геометрической середине каждого из них.
В процессе эксплуатации ножей, по мере их износа при за-
тачивании, первоначальная уравновешенность может быть нару-
шена, поэтому рекомендуется периодически производить провер-
ку уравновешенности парных ножей.
Установка ножей в ножевом валу должна обеспечивать вы-
пуск лезвия ножа от кромки стружколомателя зажимного клина
на 1—2 мм. Правильное положение лезвия ножа относительно
рабочей поверхности заднего стола фуганка достигается уста-
новочной линейкой, а более точно — индикатором. Точность уста-
новки ножей по шаблону с индикатором равняется 0,04—0,06 мм.
Заточка сверл производится на станках с точильным кругом
или от руки напильником с последующей правкой режущих эле-
— 544 —
ментов оселком. Основные лезвия затачивают с задней гранй, а
нодрезатели — только с внутренней стороны.
Правильность заточки контролируется специальными шабло-
нами. Качество заточки сверла оказывает решающее влияние на
производительность и точность сверления.
Глава ill
ЛЕСОПИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
§ 149. СЫРЬЕ И ПРОДУКЦИЯ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
На распиловку в лесопильные цехи поступают бревна (пило-
вочник) преимущественно хвойных пород (ГОСТ 1047-51).
На пиловочные бревна хвойных пород установлена длина от
2 до 6,5 м с градацией через 0,25 м\ бревна длиной более 6,5 м
заготовляются по специальному заказу. Пиловочные бревна хвой-
ных пород, поступающие на лесопильные заводы, обычно имеют
длину 6—6,5 м.
Диаметр бревен, измеряемый в сантиметрах в тонком (вер-
шинном) торце без коры, меняется от 14 см и выше с градацией
через 2 см.
Рис. 340. Основные виды пиломатериалов
I — пластина: 2 — двухкантный брус; 3 — четырехкантный брус; 4 — горбыль; S — рейка;
£ — необрезная доска; 7 — обрезная доска с острым обзолом: 8 — обрезная доска с туным
обзолом; 9 — чистообрезная доска
В зависимости от качества древесины установлены три сорта
бревен: первый, второй и третий. Уменьшение диаметра бревна от
комля к вершине называется сбегом.
При расчетах величина сбега для бревен хвойных пород при-
нимается в среднем равной 1 см на 1 м длины бревна. Объем бре-
вен определяется по таблице ГОСТ 2708-44, составленной на сред-
нюю форму бревен. В целях учета пиловочные бревна маркиру-
ются.
Продукцией лесопильного производства являются пиломате-
риалы, получаемые при продольной 'распиловке бревен и кряжей
(рис. 340).
85-2665 — 545 —
В зависимости от качества древесины и ее обработки установ-
лено шесть сортов хвойных пиломатериалов (ГОСТ 8486-57): от-
борный, I, II, III, IV и V. Длина пиломатериалов от 1 до 6,5 м
с градацией через 0,25 м; для мостостроения и судостроения —
до 9,5 ж; по специальному заказу пиломатериалы могут быть из-
готовлены и больших размеров.
Для строительных целей обычно ограничиваются применением
пиломатериалов следующих размеров (из указанных в ГОСТ): по
толщине 19; 25; 40; 50; 60; 75 и 100 мм-, по ширине 80; 100; ПО;
130; 150; 180 и’гОО мм.
Размеры пиломатериалов, указываемые в таблицах или специ-
фикациях, называются номинальными после их сушки. Фактиче-
ские размеры сырых пиломатериалов должны быть больше номи-
нальных на величину припуска на усушку.
Припуски на усушку пиломатериалов, которые выпиливаются
из сырой (влажностью 30% абс. и выше) древесины и подверга-
ются сушке до влажности 20—22% абс., устанавливаются в за-
висимости от пород древесины по табл. 27.
Таблица 27
Припуски на усушку пиломатериалов в мм (ГОСТ 6782-58)
Номинальная толщина и ширина пилома*
териалов при влажности 20—22% абс.
Сосна, ель, кедр,
пихта
Лиственница
13
19
25
30
40
50
75
100
150
200
250
300
0,5
0,6
0,8
1
1,2
1,5
2,2
2,8
4
0,6
0,8
1
1,3
1,6
2
2.7
3 8
5.2
6.5
7,9
9.5
Припуски на усушку пиломатериалов при другой конечной
влажности устанавливаются по приведенным в ГОСТ номограм-
мам.
Пиломатериалы, выходящие из лесопильного цеха, обычно
имеют отклонения от установленных размеров вследствие неточ-
ности работы станков и режущих инструментов,. Отклонения
от установленных размеров пиломатериалов допускаются
(ГОСТ 8486-57): по длине +50 и —25 мм; по толщине: при раз-
мерах до 35 мм включительно ±1 мм; по толщине, а для обрез-
ных также и по ширине: при размерах от 40 до 100 лш±2 мм, при
размерах более 100 мм ±3 мм.
— 546 —
Объем пиломатериалов определяется по ГОСТ 5306-50 по .но-
минальным размерам, причем допускаемые отклонения размеров
пиломатериалов и припуски на усушку при определении объема
в расчет не принимаются.
§ 150. ТРАНСПОРТИРОВКА И СКЛАДЫ ПИЛОВОЧНИКА
Пиловочник может быть доставлен к лесопильным заводам су-
хопутным или водным транспортом, иногда с использованием обо-
их видов транспорта.
Водный транспорт является наиболее дешевым и предохраня-
ющим древесину от порчи видом транспорта. Недостаток водного
транспорта — его сезонность, что приводит к необходимости на-
копления на заводах больших запасов пиловочника на зимний
период (5—7 мес.).
При доставке пиловочника сухопутным транспортом на случай
перерывов в период осенней или весенней распутицы склад бревен
рассчитывается на 1—2 месяца работы завода.
Пиловочник транспортируется по рекам, озерам и даже морям
в плотах, по несудоходным рекам — молем. При молевом сплаве
бревна плывут свободно, россыпью.
При поступлении сырья сплавом бревна подаются по воде в
сортировочные устройства. После рассортировки по породам, сор-
там и размерам бревна выгружаются на берег различными меха-
низмами: продольными и поперечными элеваторами (поштучно),
лебедками, кранами и т. п. (пачками).
На рис. 341 представлен схематический генеральный план сов-
ременного лесопильно-деревообрабатывающего предприятия, на
которое сырье доставляется сплавом, а часть пиловочника может
быть доставлена по железной дороге.
Продольные элеваторы — бревнотаски, перемещающие бревна
по направлению их продольной оси, применяются на поЛогих бе-
регах и могут быть расположены на разной высоте над уровнем
земной поверхности. Для их сооружения не требуется специаль-
ных работ по укреплению берега (рис. 341 и 342). Бревна могут
быть сброшены в любом месте по длине бревнотаски против шта-
беля бревен соответственных размеров, сорта 'и породы. Таким об-
разом обеспечивается дополнительная сортировка бревен на
бревнотас^
При выгрузке из воды поперечными элеваторами бревна под-
нимаются в направлении, перпендикулярном их продольной оси
(рис. 343 и 344, а, б). В этом случае бревна должны сортировать-
ся на воде до подачи их на элеватор.
Поперечные элеваторы обычно устраиваются передвижными
на рельсовых путях вдоль берега или на понтонах ।(плавучие эле-
ваторы). Это дает возможность обслуживать достаточно длинный
фронт выгрузки и укладки бревен в штабеля высотой до 12 ле.
35*
- 547 —
Рис. 341. Схематический генеральный план современного лесопильно-дерево-
обрабатывающего комбината
/— приемный участок сплавного сырья; 2— сортировочная сетка; 3 — продольные
бревнотаски; 4, 4а — склад пиловочных бревен; 46 — склад дров и дровяного долготья
для производства древесно-волокнистых плит; 4в — склад фанерных кряжей; 5 — утеп-
ленный бассейн; 6 — лесопильный цех; 7 — сортировочная площадка; 8 — сушильный
цех с остывочным отделением; 9 — склад пиломатериалов для естественной сушки;
10— деревообрабатывающий цех; // — склад готовой продукции; 12 — эстакада для
отгрузки готовой продукции; 13— площадка для опытной сборки конструкций; 14 — цех
древесно-волокнистых плит; 15 — фанерный цех; 16 — распиловочная станция фанерного
цеха; 17 — склад топлива; 18 — котельная; 19 — артезианская скважина; 20 — водоем;
21 — насосная станция; 22 — склад такелажа; 23 — очистные канализационные сооруже-
ния; 24 — рубительные станции цеха древесно-волокнистых плит; 25 — ремонтно-механи-
ческая мастерская; 26 — материальный склад; 27 — проходная; 28 — депо мотовозов
Рис. 342. Продольная бревнотаска для выгрузки бревен из воды
о — схема захвата бревна и положение его на наклонной выпуклой части; б —схема-
тический общий вид
— 548 —
Вид спереди
Рис. 343. Передвижной поперечный элеватор
Рис. 344. Раскатка бревен по штабелю пачками двухбарабанной лебедкой при
выгрузке
а - высоким поперечным элеватором: б — низким поперечным элеватором; в — продол к
яым транспортером (береговой бревнотаской); / — формировочная рамка; 2 — штабель»
3 — двухбарабанная лебедка; 4 — упругая стойка с блоком
- 549 —
Поперечные элеваторы применяются при наличии сравнительно
крутого берега и при незначительных колебаниях уровня воды.
Иногда применяется комбинация из низкого продольного тран-
спортера, выгружающего бревна из воды, и поперечного элевато-
ра, поднимающего выгруженные бревна на штабеля.
При выгрузке из воды поперечными элеваторами механизиро-
ванная раскатка бревен по штабелям обычно осуществляется пач-
ками (рис- 344) при помощи двухбарабанных лебедок и троса.
Организация вы-
грузки и раскатки бре-
вен лебедками непо-
средственно из воды
(рис. 345) удобна тем,
что не требует стацио-
нарных устройств, а это
особенно важно при
расположении складов
на затопляемых участ-
ках.
При раскатке пачек
бревен двухбарабанной
лебедкой на два шта-
беля трос обычно пере-
кидывается через блоки
(рис. 345). Раскатка
производится на каж-
дый из двух штабелей
поочередно так назы-
ваемым челночным спо-
собом, при котором от-
сутствует холостой ход
лебедки.
Для выгрузки бре-
вен, поступающих по
железной дороге или
автотранспортом, при-
Рис. 345. Челночная схема применения двухба-
рабанной лебедки при выгрузке бревен из во-
ды и раскатке на два штабеля
а — при выгрузке из воды с раскаткой той же ле-
бедкой; б — при подаче бревен продольным транс-
портером; / — пучок бревен в начале движения по
штабелю; 2 — пучок, отцепленный в конце штабеля;
3, 4 — ветви одного и того же троса
меняются краны козло-
вые, башенные, мостовые, автомобильные и на гусеничном ходу.
Козловые, башенные и мостовые краны одновременно исполь-
зуются и для укладки пачек бревен в штабеля.
В лесопильный цех бревна поступают в большинстве случаев
из водного бассейна. Сплавные бревна в навигационный период
обычно подаются непосредственно из реки в бассейн элеватора-
ми, водными лотками и др.., а остальная часть, предназначенная
для зимней распиловки, направляется на склад в штабеля. Та-
ким же путем подаются в бассейн и бревна в зимнее время из
штабелей и доставляемые на лесопильные заводы сухопутным
транспортом. Разборка штабелей для подачи бревен в бассейн
— 550 —
производится обычно теми же лебедками, которыми выполнялось
формирование штабелей.
Производительность выгрузочных механизмов определяется по
следующим формулам.
Производительность продольной бревнотаски в смену в м3
П___ 60Tuqk,k2
~ I '
где Т— продолжительность смены в мин.;
и — скорость цепи бревнотаски в м/сек (обычно в пределах
0,7—1 м/сек);
q — объем одного бревна в м3;
k\ — коэффициент заполнения цепи (принимаемый 0,7—0,9);
k2—коэффициент использования рабочего времени бревно-
таски, равный 0,85—0,9;
I — длина бревна в м.
Производительность поперечного элеватора (в м3)
.. п_ 60Tuqktk2
где и — скорость цепей в м/сек (обычно 0,3—0,5 м/сек);
ki — коэффициент заполнения цепей, принимаемый от 0,7
для толстых бревен до 1 для тонких;
k2 — коэффициент использования рабочего .времени, прини-
маемый 0,7—0,8 (учитывается передвижение элеватора
и т. д.);
s — расстояние между крюками в м, принимаемое равным
2,5—3,7 м.
Производительность тросовой лебедки (в м3)
П= ^-k,
V
где g —вес одной пачки бревен в т;
7 — объемный вес древесины (0,8—0,9 для сплавной хвой-
ной древесины);
t — продолжительность формирования и выгрузки одной
пачки, принимаемая для двухба|рабанной лебедки в
пределах 5—8 мин.;
k — коэффициент использования лебедки, равный обычно
0,75—0,85.
Объем древесины (в jh3), находящейся в штабеле,
A = Bk,
где А — объем плотной древесины в штабеле в м3;
Б — габаритный объем штабеля в м3;
k — коэффициент плотности укладки штабеля.
Наиболее надежными способами хранения и защиты круглых
лесоматериалов от порчи, в том числе и пиловочника, в летнее
— 551 —
время являются водный и влажный способы, основанные на под-
держании в заболони 100% влажности и выше. В этих условиях
древесина не поражается грибами и насекомыми и не растрески-
вается.
При водном способе круглые лесоматериалы затапливаются в
водоемы, а при влажном подвергаются периодическому дожде-
ванию. При обоих способах хранения бревна оставляются в коре.
В воде древесина хранится в плотах или в плотно уложенных
штабелях. Незатопленную часть штабелей формируют из низко-
сортных бревен или же поливают водой.
Для лучшего сохранения влаги при влажном способе бревна
укладывают в плотные штабеля, а межштабельные разрывы ук-
рывают щитами или горбылями.
Применяется также сухой способ хранения круглых лесомате-
риалов, при котором бревна укладывают рядами на прокладках
из тонкомерного кругляка и доводят влажность заболонной дре-
весины (в возможно короткий срок) в теплое время года в сред-
нем до 20—22%, так к$к при этой влажности и ниже грибы не
развиваются. При таком способе хранения бревна должны быть
окорены. Вместо окорки можно применять химическую обработку
хвойных бревен (препаратами ДДТ и ГХЦГ).
В холодное время года при температурах ниже +5° не тре-
буется проводить мероприятий для предохранения древесины от
порчи, так как действие насекомых и грибов при этих температу-
рах прекращается или же сильно замедляется.
Выбор способа хранения и защиты круглых лесоматериалов
(ГОСТ 9014-59) должен решаться в каждом конкретном случае
соответствующими технико-экономическими расчетами с учетом
назначения лесоматериалов и местных особенностей.
Наиболее рациональна сушка древесины в пиленых сортимен-
тах. Пиловочные бревна целесообразно хранить в коре влажным
способом; лесоматериалы же, предназначенные к применению в
круглом виде, целесообразно хранить сухим способом с предва-
рительной их окоркой.
§ 151. РАСКРОЙ И СПОСОБЫ РАСПИЛОВКИ БРЕВЕН
В задачи рационального раскроя пиловочного сырья входит
получение максимального количественного и качественного выхо-
да пиломатериалов требуемых размеров.
Количественный или объемный выход пиломатериалов (в %)
представляет собой отношение объема выпиленных пиломатериа-
лов (в At3) к объему распиленных бревен (в jh3)
0 = 4 100%.
ь
— 552 —
Качественный выход определяется сортностью пиломатериа-
лов, полученных из данного сырья.
При распиловке бревен нужно стремиться к максимальному
приближению фактически получаемых размеров пиломатериалов
к размерам, заданным спецификацией. Число типоразмеров пило-
материалов при этом должно быть наименьшим, что облегчает ме-
ханизацию и автоматизацию процесса производства *и снижает
стоимость продукции. С другой стороны, число типоразмеров дол-
жно удовлетворять
потребностям народ-
ного хозяйства.
Так, по ГОСТ
8486-57 на пилома-
териалы значительно
сокращено число ти-
поразмеров по сече-
нию по сравнению с
действовавшим ра-
нее ГОСТ 3008-45.
Это вполне удовле-
творяет потребно-
стям народного хо-
зяйства, но число ти-
поразмеров должно
быть еще более со-
кращено путем тща-
тельной проверки и
согласования с раз-
ными деревообраба-
тывающими пред-
приятиями и пбтре-
бителями.
Рис. 346. Индивидуальный и групповой способы
распиловки бревен
Продольная рас-
пиловка бревен мо-
жег производить-
ся индивидуальным
(рис. 346, а, б, в) и
групповым (рис. 346,
г—к) способами. В
первом случае от
бревна последова-
тельно отпиливается
а — бревна на пластины; б — пластины на четвертины;
в — четвертины на доски; г — симметричный четный
постав; д — симметричный нечетный постав; е — несим-
метричный постав (не рекомендуется из-за перекоса
пильной рамки); ж— распиловка с брусовкой — первый
проход; з — то же, второй проход; и — выпиливание
радиальных досок — первый проход; к — то же, второй
проход
одной пилой по одной доске (на кругло-
пильном станке, ленточной пиле, горизонтальной лесопильной
раме). При групповом способе бревно распиливается одновре-
менно несколькими пилами (на вертикальной лесопильной раме,
на станке с несколькими круглыми пилами).
Преимущество индивидуальной (открытой) распиловки бревен
заключается в доступности осмотра плоскости пропила непосред-
36—2665
— 553 —
ственно после отпиливания каждой доски. При этом способе мо-
жет производиться как радиальная, так и тангенциальная распи-
ловка бревен. Индивидуальная распиловка применяется преиму-
щественно при раскрое ценных пород (бук, ясень, груша, самшит
и др.).
В СССР подавляющая масса бревен для строительства и
промышленности распиливается групповым способом на верти-
кальных лесопильных рамах (например, РД75-2, РД110-2, Р65
и др.).
По количеству проходов через лесопильную раму разли-
чается распиловка вразвал (рис. 346, г, д, е) и с брусовкой
(рис. 346, ж, з). 31
При распиловке вразвал бревно проходит через раму один
раз; получаются необрезные доски. При распиловке с брусовкой
бревно проходит через раму 2 раза. При первом проходе крайние
части бревна распиливаются на необрезные доски, а из средней
части получается двухкантный брус (рис. 346, ж). При втором
проходе из средней части бруса получаются обрезные доски оди-
наковой ширины, а крайние доски получаются необрезными
(рис. 346, з).
Распиливание бревен групповым способом производится, как
правило, с брусовкой, так как при этом увеличивается выход пи-
ломатериалов и при пропуске бруса через раму получаются в пре-
делах постели бруса обрезные доски одинаковой ширины.
§ 152. ПОНЯТИЕ О ПОСТАВАХ
При распиловке бревен на лесопильных драмах применяются
специально рассчитанные наборы пил — постава, обеспечиваю-
щие получение пиломатериалов требуемых размеров. В более ши-
роком понятии поставом называется план
раскроя бревен на заданные пиломатериалы.
Расстояние между пилами в поставе регу-
лируется толщиной прокладок (рис.347),за-
висящей от номинальной толщины досок, ко-
торые предполагается получить, припуска на
усушку и величины развода или плющения
зубьев пил. Эта зависимость определяется
формулой
T—t +s4-2f,
где Т — толщина прокладки в мм;
t — номинальная толщина выпиливае-
мой доски в мм;
s — величина припуска на усушку по
толщине в мм;
с — величина плющения или развода зуба пилы на одну сто-
рону в мм.
Рис. 347. Толщина
прокладки в лесо-
пильном поставе
— 554 —
Путем уширения режущей части пилы разводом зубьев или
расплющиванием кромки зубьев создается зазор для устранения
трения между полотном пилы и боковыми стенками пропила.
Величина развода или плющения рамных пил обычно 0,7 мм на
одну сторону, но не более половины толщины полотна пилы.
Пример записи постава для распиловки вразвал (рис. 346, г):
19—19—25—50—50—25—19—19 мм. Более целесообразна запись:
J9_29_25_50_50_25__19_J9.
80 130 180 220 220 180 130 80*
здесь в числителе показана толщина, а в знаменателе — ширина
досок.
Постава для распиловки с брусовкой (рис. 346, ж, з) записы-
ваются раздельно:
первый проход: второй проход:
19—19—150—19— 19 19—25—40—40—40—25— 19
§ 153. РАСЧЕТ ПОСТАВОВ
Постава рассчитываются по верхнему (тонкому) торцу бревна.
Зависимость между диаметром бревна, высотой пропила и тол-
щиной бруса или доски (рис. 348) может быть выражена форму-
лой
d = V t2 + b2,
где d — диаметр бревна в вершине;
t — толщина бруса (доски);
Ь — ширина постели бруса (доски).
Обычно при расчете поставов известными величинами явля-.
ются диаметр бревна и толщина досок или бруса, а определяемой
величиной — ширина досок или бруса. Тогда формула примет
вид:
b=y/~ d2—t2.
При расчете поставов необходимо учитывать толщину пропи-
ла р и припуск на усушку $. Тогда ширина сердцевинной доски
(рис. 348, б)
b = К cP-tf + s?,
ширина центральной доски (рис. 348, в)
36* — 555 —
b = y/~ d2 - (2t + p + 2s)\
ширина любой доски постава (рис. 348, г)
b = У rf2^[E^4-Ep(n- 1)4-Es]2,
где п — число досок в поставе.
Выражение Е t+%p(n— 1)4-Es , представляющее собой рас-
стояние между наружными пластями досок в симметричном по-
ставе, в дальнейшем изложении будет именоваться «линейный
расход древесины по ширине постава» или для краткости «расход
древесины»,. Обозначая выражение в скобках буквой Л, получим
Ь= с^-Д2.
Таким образом, можно подсчитать «расход древесины» для
каждой толщины и каждого вида досок по следующим формулам:
Рис. 348. Определение ширины досок (брусьев) разных поставов
а — бруса; б — сердцевинной доски; в — центральной доски; г — любой доски постав*
для сердцевинной доски . .
» центральной »
» любой боковой » . .
4; = f + s;
Лц = t + s + -у-;
Аб = t + $ + р.
В расчетах толщину пропила принимают равной 3,2 мм (для
рамнЪтх пил № 15 толщиной 1,8 мм при величине развода или
плющения на две стороны в 1,4 мм). Так, например, для доски,
имеющей толщину f=25 мм и s = 0,8 мм:
Ас = 25 + 0,8 = 25,8 мм-, Лц = 25 + 0,8 4- у = 27,4 мм-,
А& = 2э 4“ 0,8 4” 3,2 29 мм.
Расстояние между симметричными наружными пластями А
или половину этого расстояния Д/2 можно определить по табл. 28
путем сложения соответствующих «расходов древесины».
— 556 —
Таблица 28
Расход древесины для досок хвойных пород1 (кроме лиственницы)
Толщина доски в мм Расход древесины в мм
на половину толщи- ны сердцевинной доски на толщину цент- ральной доски на толщину боковой доски
19 9,8 21,2 22,8
25 12,9 27,4 29
40 20,6 42,8 44,4
50 25,8 53,1 54,7
75 38,6 78,8 80,4
100 51,4 •104,4 106
150 77 155,6 157,2
200 102,6 206,7 208,3
1 Величины припусков на усушку приняты по табл. 27.
Рис. 349. График-квадрант
Для практического использования график точно вычерчивается в натуральную
величину. На вертикальной оси числами условно обозначена не половина, а
полная ширина досок в мм
— 557 —
Расчет толщины, ширины и длцны досок для симметричных
поставов может быть произведен просто и наглядно по графику-
квадранту (рис. 349).
График построен в виде четвертей окружностей, соответствую-
щих диаметрам бревен в тонком конце. На горизонтали отклады-
вается (в мм) расстояние от оси бревна до наружной пласти дос-
ки— А/2, а по вертикали — полная ширина доски.
Например, для определения ширины центральной доски тол-
щиной 75 мм при распиловке вразвал бревна диаметром d=26 см
находим на горизонтали графика точку, соответствующую рас-
стоянию от оси бревна (центра постава) до наружной пласти дос-
ки, равному расходу древеЬины 78,8 мм (табл. 28); из этой точки
проводим вертикаль до пересечения с окружностью d=26 cjw; точ-
ка пересечения сносится по горизонтали на ординату, на которой
находим ширину сырой доски 206 мм. Ближайшая стандартная
ширина сухой доски равна 200 мм. На эту ширину требуется при-
пуск на у.сушку 5,1 мм (см. табл. 28). Следовательно, ширина
чистообрезной доски будет 205,1 мм, что близко к расчетной.
При расчете постава следует стремиться к максимальному ис-
пользованию бревна, т. е. к возможному уменьшению отходов и
получению наибольшего количества пиломатериалов заданных
размеров.
Рис. 350. Теоретический максимальный постав
a — при выпиловке бруса; б — при распиловке вразвал
Поставы, обеспечивающие наибольший количественный выход
пиломатериалов при распиловке бревна, называются максималь-
ными. Для распиловки с брусовкой максимальный выход из ци-
линдрической части бревна (без учета сбега) достигается при
квадратном сечении бруса t=b=0,7ld, так как из всех вписанных
в окружность прямоугольников квадрат имеет наибольшую пло-
щадь (рис. 350, а)..
- 558 —
Максимальное использование площадй четырех сегментов по-
лучается при толщине доски t=RS=O,Id и ширине b=LK.—MN=
= 0,43 d.
Таким образом, теоретический1 максимальный основной по-
став для распиловки с брусовкой будет: 0,ld+0,71d-|-0,ld=
=0,9 Id.
При распиловке вразвал, включая верхний и нижний прямо-
угольники в ширину досок, теоретический максимальный основ-
ной постав будет (рис. 350, б): 0,ld+0,14d+0,43d-|-0,14d+0,ld=
=0,9 Id.
При расчете поставов следует иметь в виду не только исполь-
зование основной цилиндрической части бревна, но и его сбега.
В расчетах принимается, что бревно имеет форму усеченного
параболоида вращения, а все сечения бревна, параллельные его
оси, — форму параболы.
Рис. 351. К расчету длин крайних досок
а — выпиливаемых за пределами верхнего торца бревна; б—вы-
пиливаемых в пределах верхнего торца бревна; a bed— пласть
чистообрезной доски, имеющая максимальную площадь;
ц. ч.— цилиндрическая основная часть бревна; з. с.— зона сбе-
га бревна
Раскрой зоны сбега бревна на доски, так же как и в основном
поставе, следует производить с максимальным использованием
древесины. Для получения максимальной площади пласти боко-
вой доски, у которой очертание площади пропила имеет форму
полной параболы, следует эту доску укоротить на ft = 1/s длины
доски, считая от вершины параболы А (рис. 351, а). Для получе-
ния Максимальной площади пласти боковой доски, имеющей фор-
1 Без учета толщины пропилов и усушки.
— 559 —
Рис. 354. План второго этажа
f — автоматические бревнотаски; 2 — пневматические сбрасыватели бревен; 3 — релы
рого рйда; б — рольганги за лесопильной .рамой первого ряда: первая секция — сбр
для перекладки бруса; 8 — рольганги перед рамами второго ряда; 9 — навесные рольГ
досок и горбылей; // — рабочие столы обрезных станков; 12 — столы для поперечной I
досок от рам второго ряда; /4 —двойные обрезные станки; /5 — рольганги с реечны
для отрезков досок, расположенный под полом; /7 — столы с роликами; 18— торцо!
сывания досок на поперечный цепной транспортер; 21 — транспортер для выноса бр]
лесопильными рамами; 24 — упорные неподвижные щиты; 25 — навесные подвижн
27 — разделительные полосы; 28 — торцовочные пилы; 29 — люки для длинных I
щиты; 33 — площадка для брусьев; 34 — люки для отрезков досок; 5.
тырехрамного лесопильного цеха
Цля рамных тележек; 4 — лесопильные рамы первого ряда; 5 — лесопильные рамы вто-
влево, вторая секция навесная — сброс вправо; 7 — поперечные цепные транспортеры
'и за рамами второго ряда; 10— поперечные цепные транспортеры для необрезных
зезки кривых и сильно сбежистых досок; 13 — ленточные транспортеры для обрезных
отделительными устройствами за обрезными станками; 16 — ленточный транспортер
1ые пилы; 19 — браковочно-разметочные столы; 20 — транспортеры с роликами для сбра-
гв из цеха; 22— поперечный цепной транспортер; 23— ножи направляющих аппаратов за
упорные щиты; 26 — роликовые аппараты для направления бруса во вторую раму;
5ылей; 30 — люки для автоматической уборки реек; 31 — люк для досок; 32 — упорные
люкн за рамами для автоматического удаления коротких горбылей
му усеченной параболы (рис. 351, б), нужно укоротить ее на Лз=
= 4-(£ - 2Л2) = —(l - 2 .
3 ' 3 \ & — ь\)
Влияние различных факторов на полезный выход пиломатериалов
В практике лесопиления на полезный выход пиломатериалов
оказывают влияние в основном следующие факторы.
Диаметр бревна. С увеличением диаметра бревна при одина-
ковой длине п том же поставе полезный выход пиломатериалов
увеличивается.
При распиловке бревен одинакового диаметра одним и тем же
поставом больший полезный выход (в процентах от объема сырья)
получается из более короткого бревна. Среднее увеличение мож-
но принять в объеме 0,65% на каждые 0,5 м изменения длины по
сравнению с длиной 6,5 м.
Сбег бревна. Бревна с повышенным сбегом при одинаковых
диаметрах (в верхнем отрубе) фактически имеют большие объе-
мы, чем указывается в таблицах объемов бревен, исчисленных по
ГОСТ, исходя из нормального сбега в 1 см на 1 м длины бревна.
Однако пиломатериалы из таких бревен, как правило, выходят
низкого качества,.
Кривизна бревна. Снижения выхода пиломатериалов вслед-
ствие кривизны бревна можно в значительной мере избежать пу-
тем укорочения кривых бревен или досок поперечной разрезкой.
Из приближенной формулы f~— (рис. 352) видно, что разрез-
8г
ка кривого бревна ил*и кривой доски на 2—4 части существенно (в
4—16 раз) уменьшает стрелу кри-
визны.
При распиловке вразвал и
при выпиловке бруса бревно за-
правляется в раму кривизной
вниз.
Расположение досок в поставе.
Постав рассчитывается по вепх-
Рис. 352. Кривизна бревна нему (тонкому) торцу бревна;
при этом следует обеспечивать
целесообразное размещение до-
сок в зонах торца бревна. Толстые доски выгоднее выпиливать из
внутренней зоны в пределах примерно 0,55d (рис. 346, г), а из
наружной зоны — тонкие доски, в особенности при выпиловке
чистообрезных досок.
Способ распиловки. При стопроцентной брусовке бревен вы-
ход обрезных досок примерно на 2—2,5% больше, чем при распи-
ловке вразвал на те же сортименты, т. е. по 0,025% на каж-
дый процент (от общего числа) бревен, распиливаемых с бру-
совкой.
— 562 —
Ширина пропила (толщина пилы и разводили плющение зубь-
ев). Каждый миллиметр увеличения ширины пропила дает поте-
рю выхода пиломатериалов 0,33%. Так, например, переход в ле-
сопилении от пил № 14 (толщиной 2,1 мм) к пилам № 15
толщиной 1,8 мм) при среднем числе пил в поставе, рав-
ном 6 — 8, дает увеличение выхода пиломатериалов на
(2,1-1,8)7-0,33=0,7%.
Однако рассмотренные максимальные постава (рис. 350, 351)
не ограничивают дальнейших путей изыскания более рациональ-
ного использования пиловочника при его раскрое на доски. Сле-
дует иметь в виду при этом, что раскрой бревен связан с назначе-
нием выпиленных досок и последующим их раскроем на заготовки
для выработки из них той или иной конечной продукции.
В частности, П, П. Аксеновым проводятся работы по увеличе-
нию выхода путем обрезки кромок необрезных досок параллельно
сбегу, в результате чего получаются обрезные доски в форме пра-
вильной трапеции.
Обрезные доски трапецеидальной формы позволяют использо-
вать сбеговую зону и намного сократить отходы древесины. Необ-
резные доски целесообразно использовать не для выпиловки
длинномерных досок, а для изготовления короткомерной пилопро-
дукции для щитовых конструкций, настилов и т. п.
Если короткомерная пилопродукция должна иметь заранее
заданную ширину, необходимо из необрезных досок вырабаты-
вать заготовки для склейки по кромкам в щиты, а из этих щитов
вырабатывать доски и детали нужной ширины пугем продоль-
ной распиловки.
Наконец, из досок, полученных из склеенных щитов, можно
вырабатывать доски любой длины, наращивая их на клееный
зубчатый шип.
В результате делаются выводы, что в целях наиболее эффек-
тивного использования пиловочника в технологию производства
пиломатериалов необходимо включить не только процесс деления
древесины, но и процесс склеивания и выработки на лесопильных
предприятиях цельных и клееных пиломатериалов. В этом случае
выход пиломатериалов может быть увеличен с 67 до 80%.
Кроме того, исследования показывают, что коэффициент ис-
пользования поперечного сечения необрезных досок при раскрое
их на обрезные пиломатериалы в большой мере зависит от тол-
щины досок и их местоположения в поставе. Чем дальше распо-
ложена внутренняя пласть досок от центра торца бревна, тем
значительнее падение коэффициента.
Для центральных необрезных досок, внутренняя пласть кото-
рых проходит через центр торца бревна, при изменении толщины
досок от весьма малой величины до 0,25d (d — диаметр брев-
на) коэффициент использования поперечного сечения изменяется
— 563 —
от 1 до 0,9, а для досок, внутренняя пласть которых (находится на
расстоянии 0,25d при тех же толщинах, — от 1 до 0.
Это необходимо учитывать при расчете поставов.
§ 154. БАЛАНС ВЫХОДА, ОТХОДОВ И ПОТЕРЬ ДРЕВЕСИНЫ
В ЛЕСОПИЛЕНИИ
Баланс древесины в лесопильном производстве, т. е. распреде-
ление ее после распиловки по видам пилопродукции и отходов,
зависит от размеров и качества сырья и пиломатериалов, приме-
няемых поставов и способа распиловки и т. д.
При обычной массовой распиловке хвойных бревен диаметром
22 см примерный баланс древесины выражается следующими
средними показателями:
а) выход пилопродукции: доски — 58%, шахтовка или оба-
пол1— 5%, мелочь от переработки горбылей и реек — 3%, итого
пилопродукции — 66 %;
б) вторичное сырье—отходы производства2: опилки — 11%,
горбыли, рейки и торцовые обрезки, обычно перерабатываемые на
крупных предприятиях в щепу, и древесные плиты— 17%> итого
вторичного сырья — 28%;
в) безвозвратные потери (усушка и распыл)—6%. Всего
100%.
§ 155. ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
ЛЕСОПИЛЬНОГО ЦЕХА
Технологический процесс современных механизированных ле-
сопильных цехов построен по принципу непрерывного потока, в
котором транспортные механизмы и технологическое оборудова-
ние должны иметь согласованную пропускную способность^
Технологический процесс лесопильного цеха может быть раз-
делен на следующие три потока (рис. 353): 1) главный лесопиль-
ный поток; 2) поток разработки отходов (вторичного сырья —
горбылей, реек и отрезков досок); 3) поток сортировки досок.
Главный поток лесопильного цеха состоит из четырех техно-
логических операций: распиловки бревен на доски или брусья, об-
резки кромок у досок, отбраковки и торцовки досок. Оборудова-
1 Шахтовка или обапол представляет собой горбыльную часть бревна
и предназначается для крепления горных выработок. В горбыле-обаполе про-
пил имеется только с одной стороны, а в дощатом обаполе — с двух сторон.
2 Под отходами лесопиления и деревообработки в современных условиях
правильнее понимать не потери производства, а вторичное сырье для выработ-
ки материалов и изделий различного назначения (древесно-волокнистых и дре-
весно-стружечных плит, картонов и др.).
- 564 —
ние для переработки вторичного сырья устанавливается отдель-
ным потоком в этом же цехе или выносится из него.
Выделение этого потока в самостоятельный цех обеспечивает
независимость работы главного потока, что позволяет более пол-
но загрузить основное оборудование.
Бревна подаются в лесопильный цех (с подсортировкой их и
оттаиванием в зимнее время) из водного бассейна глубиной 1,5—
Рис. 353. Схема технологического процесса механизированного двухрамного
лесопильного цеха для распиловки с брусовкой и частичной распиловки
вразвал
/ — лесопильная рама, выпиливающая брус; 2 — лесопильная рама, распиливающая
брус на доски; 3 — двухпильный станок для обрезки кромок необрезных досок; 4 — бра-
ковочно-торцовочная установка; 5 — сортировочная площадка; 6— торцовочный станок
для вырезки деловой части горбылей; 7 — ребровый станок для выпиловки мелких
пиломатериалов из деловой части горбылей; 8 — многопильный станок для обрезки
мелких пиломатериалов; 9 — концеравнитель; 10 — торцовочный станок для вырезки
деловой части реек; // — реечный станок для выпиловки мелких пиломатериалов;
12 — концеравнитель; 13 — круглопильный станок для продольной выпиловки коротких
досок; 14 — торцовочный станок для коротких досок; 15 — дробилка или рубильная ма-
шина для переработки крупных отходов в щепу; 16 — пакеты досок у сортировочной
площадки
2 му «площадью водной поверхности из расчета 10 м2 на 1 м3 бре-
вен при среднем диаметре 22 см. В зимнее время вода в бассейне
подогревается до температуры не ниже +5°. Запас бревен в бас-
сейне, как правило, должен быть в объеме сменной производи-
тельности лесопильного цеха.
Оттаивание и обмывка бревен от ила и песка в бассейне умень-
шают сопротивление резанию и скольжение 'бревен в подающих
вальцах лесопильных рам, что способствует увеличению произ-
водительности лесопильного цеха. Для более полной обмывки
бревен от ила и песка, особенно неокоренных, на продольной
бревнотаске устраивается кольцевая труба, в которую вделыва-
ются радиально направленные наконечники. Вода в кольцо
подается насосом под давлением 4—6 атм, и бревно, проходя
к рамам по бревнотаске внутри кольца, автоматически обмы-
вается.
— 565 —
В целях уменьшения затупления пил и улучшения качества от-
ходов (вторичного сырья) целесообразна окорка пиловочника.
На большинстве современных лесопильных заводов произво-
дится распиловка бревен преимущественно с брусовкой; поэто-
му рамы устанавливаются в каждом потоке попарно в два ряда,
обычно в шахматном порядке. Каждый лесопильный поток из
двух рам работает самостоятельно. Переработка вторичного
сырья объединяется в укрупненные потоки. Лесопильные потоки
в конце цеха сливаются на сортировочной площадке пиломате-
риалов в один общий поток.
Для возможности распиловки части бревен (тонкомерных,
низкосортных и кривых) вразвал бревнотаски иногда устанавли-
ваются у рам каждого ряда (рис. 353).
Для этих же целей в многорамных цехах, хотя бы в одном из
потоков, у обеих рам устанавливаются отдельные бревнотаски.
Применяемая, как правило, распиловка бревен комлем впе-
ред имеет следующие преимущества перед распиловкой верши*
ной вперед:
1) продвижение бревна по убыванию сбега уменьшает сколь-
жение в подающих вальцах;
2) выход из рамы коротких горбылей более тяжелой комле-
вой частью вперед уменьшает число засорений рамы, так как
при этом короткие горбыли автоматически падают в люк за ра-
мой;
3) неровная комлевая, наиболее ценная часть распиливается
в момент, когда бревно зажато передними вальцами рамы и рам-
ной тележкой, что препятствует поворачиванию бревна в валь-
цах рамы и получению крыловатых досок.
Бревно должно быть направлено в раму так, чтобы его ось
совмещалась с центром симметричного постава. Для этого обыч-
но используются простые по устройству светотеневые или свето-
лучевые аппараты, подвешиваемые к покрытию цеха перед ле-
сопильной рамой.
Для отделения горбылей и подгорбыльных досок от основ-
ных досок или бруса за рамами устанавливаются направляющие
аппараты. Эти аппараты состоят из пары расклинивающих но-
жей; расстояние между ножами регулируется рукояткой и вин-
тами. Охватывая брус или основные доски, ножи удерживают
бревно от поперечных и вращательных перемещений. Ножи за*
тачиваются со стороны горбыля.
В качестве примера производственно-технологического про-
цесса приводится план расположения оборудования во втором
этаже четырехрамного лесопильного цеха по проекту Гипродре-
ва, предусматривающему распиловку со 100%-ной брусовкой
(рис. 354, стр. 560). По этой схеме, представляющей два само-
стоятельных двухрамных потока, рассмотрим один левый по ходу
производства. Процесс протекает в следующем порядке. Бревна
подаются к раме 4 автоматической бревнотаской /, где они сбра-
— 566 —
сываются пневматическим сбрасывателем 2 на зажимную и под-
держивающую тележки и по рельсам направляются в лесопиль-
ную раму. Выходящие из рамы короткие горбыли (при распи-
ловке комлем вперед) падают в люк за рамой. Боковые доски и
длинные горбыли, отделяемые от бруса ножами направляющего
аппарата 23, по выходе из вальцов рамы, опережая брус, про-
ходят плашмя по приводному «рольгангу 6 под навесным подвиж-
ным упором 25, расположенным так, что брус под ним не про-
ходит. Далее доски и горбыли движутся по второй секции роль-
ганга и при помощи винтовых роликов и упора 24 сбрасываются
на поперечный цепной транспортер 10. Вторая секция рольган-
га 6 смонтирована на навесных балках, благодаря чему под ни-
ми свободно проходит поперечный транспортер с досками и гор-
былями.
Брус, зажатый по выходе из рамы в направляющих ножах,
выталкивается подошедшим очередным брусом и, перемещаясь
со скоростью подачи бревна 6—12 м1мин, подойдет к упору 25
после прохода под ним досок и горбылей, движущихся по роль-
гангу со скоростью 80—100 м!мин. Встречая упор 25, брус сме-
щается винтовой частью роликов рольганга 6 на поперечный
цепной транспортер 7, передающий брус на ролики 3, служа-
щие для подачи бруса в раму 5 ‘второго ряда.
Для центрирования и заправки переднего конца бруса по по-
ставу пил устанавливается аппарат 26, представляющий собой
приводной рифленый ролик, который ’может поворачиваться от
рычага управления в горизонтальной плоскости вокруг верти-
кальной оси.
В процессе распиловки бруса на раме 5 второго ряда, имею-
щей такой же направляющий аппарат, как и рама 4 первого ря-
да, короткие горбыли падают в люк.
За рамой 5 устанавливается навесной рольганг 9 с устрой-
ством для автоматического отделения чистообрезных досок от
обрезных. Он состоит из приводных роликов с винтовой нарезкой
на их концах и двух разделительных стальных полос 27, уста-
навливаемых по одной линии с ножами направляющего устрой-
ства лесопильной рамы. Обрезные доски проходят внутри раз-
делительных полос и подаются на ленточный транспортер 13.
Боковые доски и длинные горбыли, проходя снаружи полос, вин-
товой частью на концах роликов сбрасываются на поперечный
цепной транспортер 10, подающий доски и горбыли на ролико-
вый стол 12. Здесь горбыли сбрасываются в люк 29, из которого
поступают на расположенный в первом этаже стол с торцовоч-
ной пилой для вырезки деловой части горбылей, а обрезки по-
даются в рубильную машину для переработки в технологиче-
скую щепу. Необрезные доски подаются на стол 11 и пропуска-
ются через двухпильный обрезной станок 14 для обрезки
кромок. Кривые и сильно сбежистые доски до подачи в обрезной
— 567 —
станок разрезаются на торцовочном станке 28. За обрезным
станком устанавливается приводной рольганг 15 с разделитель-
ным устройством для автоматического отбора реек наподобие
устройства за рамой второго ряда. Рейки после отделения их от
досок, оставаясь снаружи разделительных полос, при помощи
винтовой нарезки роликов сбрасываются в люк 30, разрезаются
при падении вниз круглыми пилами на отрезки, деловая часть
которых направляется для переработки на мелкие пиломатериа-
лы, а остатки подаются на рубильную машину для измельче-
ния в щепу.
Обрезные доски по приводным роликам проходят внутри раз-
делительных полос, поступают на роликовый стол 17 и отсюда
на стол 19 для браковки, разметки и оторцовки на станке 18.
Стол 19 с двумя торцовочными пилами устанавливается до-
полнительно при выпуске полностью оторцованных досок. Затем
доски со стола 19 подаются на роликовый стол 20 и на попереч-
ный цепной транспортер 22, который сбрасывает их в люк 31 для
передачи на сортировочную площадку. Обрезные доски от ра-
мы 5 по транспортеру 13 и роликовым столам 17 подаются на
браковочно-разметочный стол 19, после чего сбрасываются в
люк, расположенный за столом 19 и направляются по наклонной
плоскости на сборочный цепной транспортер, проходящий в ниж-
нем этаже, а затем на сортировочный транспортер.
При выпуске четырехкантных брусьев на роликовом транс-
портере 17 убирается упорный щит 32 и брус подается транспор-
тером 21 на площадку 33.
Короткие отрезки досок, получающиеся при пилении на тор-
цовочном станке 18, подаются на ленточный транспортер 16 че-
рез люк 34 с наклонными плоскостями.
Треугольниками с заштрихованной половиной указаны от-
метки уровня полов по отношению к полу первого этажа. У ле-
сопильных рам уровень пола 5,4 м\ за рамами второго ряда и до
конца цеха — 4,2 м. Уровень пола понижается для удобства ра-
боты и для облегчения транспортирования и уборки материа-
лов.
Опилки от рам и обрезных станков и щепа от рубильных
машин выносится из лесопильного цеха скребковыми или лен-
точными транспортерами и направляются по назначению.
Разнообразная пилопродукция лесопильного цеха обычно
поступает на сортировочные устройства (сортировочные площад-
ки) для сортировки по породам, размерам, сортам, назначению.
Обычно применяются устройства с поперечным сортировоч-
ным цепным транспортером, на котором доски движутся в на-
правлении перпендикулярно их длине со скоростью (для 4-рам-
ного цеха) 8—12 м/мин (рис. 355).
Доски 3 поступают из лесопильного цеха по продольным
— 568 —
транспортерам 1 на поперечный транспортер 4, откуда снима-
ются рабочими и укладываются в пакеты 5 в соответствии с сор-
том, размерами, породой и т. д. Длина сортировочной площадки
определяется расчетом в зависимости от мощности лесопильно-
Рис. 355. Принципиальная схема сортиро-
вочной площадки для досок с поперечным
цепным транспортером
/ — продольные транспортеры для подачи досок
из лесопильного цеха; 2 — сбрасывающие устрой-
ства для досок; 3 — доски; 4 — цепи транспор-
тера; 5 — пакеты досок
хранить под навесом или в закрытых
го цеха. Пакеты, по ме-
ре их заполнения, от-
возят на склад пилома*
териалов, в сушилку, в
цех антисептирования
и т. д.
§ 156. СКЛАДЫ
ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
Пиломатериалы, вы-
ходящие из лесопиль-
ного цеха, имеют влаж-
ность в среднем около
60—70% и более. Как
травило, они должны
сразу же высушивать-
ся. Высушенные пило-
материалы следует
помещениях. Склады для
хранения и естественной сушки должны быть расположены на
сухих, хорошо проветриваемых местах (ГОСТ 3808-47).
Штабель пиломатериалов укладывается на подштабельных
фундаментах (подстопных местах), имеющих высоту не менее
0,7 м до нижнего ряда досок (рис. 356) *.
Рис. 356. Штабель пиломатериалов, покрытый
крышей из низкосортных досок
Доски укладыва-
ются в штабеля го-
ризонтальными ря-
дами с промежутка-
ми (шпациями) меж-
ду кромками для
движения воздуха.
Ширина промежут-
ков в северных райо-
нах назначается
8—18 см, для сред-
ней полосы 5—10 см.
Чем выше влаж-
ность воздуха и хра-
нимых материалов,
тем больше должна
быть ширина проме-
жутков.
• Способы укладки и хранения пиломатериалов см. ГОСТ 3808-47.
- 569 —
Для защиты пиломатериалов от атмосферных осадков, а так-
же от мепосредственного воздействия солнечных лучей штабеля
закрываются крышами. Крыши рекомендуется делать разбор-
ными (щитовыми) или съемными многократного использования.
Степень заполнения габаритного объема штабеля древесиной
характеризуется объемным коэффициентом заполнения шта-
беля
где Qn — объем древесины в штабеле в плотных кубометрах;
Qr — габаритный объем штабеля без подштабельного про-
странства в м3.
Обычно для сырых пиломатериалов =0,3—0,35; при
плотной укладке сухих пиломатериалов =0,7 — 0,8.
Схема планировки
складов пиломатериалов
показана на рис. 357.
От сортировочной пло-
щадки лесопильного цеха
пиломатериалы транспор-
тируются на склад автоле-
совозами, рельсовыми ва-
гонетками и автопогруз-
чиками. Наиболее эффек-
тивным является примене-
ние автолесовозов и авто-
погрузчиков с вилочными
захватами.
Поштучная укладка
досок в штабеля для ат-
мосферной сушки, а так-
же поштучная разборка
досок из штабелей и
укладка на сушильные вагонетки являются весьма трудоемкой
операцией. Наиболее совершенна система единого транспортного
и сушильного пакета (ЦНИИМОД), укладываемого у сортиро-
вочной площадки лесопильного цеха с применением специальной
пакетоформировочной машины. В зависимости от требований эта
машина формирует пакеты на прокладках со шпациями — для
хранения и сушки в штабелях в условиях атмосферного воздуха;
на прокладках без шпаций — для сушки в камерных сушилках
и плотные пакеты — без прокладок и шпаций — для переработки
в цехе или для отгрузки потребителю. Пакетоформировочная
машина может производить обвязку пакетов стальной лентой,
проволокой или тросом для сохранения правильности укладки
досок при перевозках и складских операциях.
U— в
4ГО
ип
Рис. 357.
В-10*
□□□□□□
□□□□□□
□□□□□□ DDU
Схематический план склада пи-
ломатериалов
а=6,5 м\ £=6,5ч-8,5~л<; Л = 15—19 м; В=40ч-50 м
— 570 —
При пакетной системе с большим эффектом может быть при-
менен автопогрузчик как перевозочный и подъемный механизм,
позволяющий производить перевозку, подъем и укладку в шта-
бель пакетов без их разборки, а также спуск со штабелей паке-
тов, их перевозку и формирование из них штабелей для сушиль-
ных камер.
С целью предохранения досок от поражения грибами целесо-
образнее производить антисептирование досок путем погружения
пакетов в ванну с антисептиком перед укладкой их в штабеля
для атмосферной сушки.
Таким образом, целостность пакета, уложенного у лесопиль-
ного цеха, сохраняется в процессе перевозок, антисептирования,
атмосферной и камерной сушки и погрузки для отправки потре-
бителю, что значительно снижает затраты труда и облегчает
труд рабочих на указанных операциях.
Кроме того, намечена к реализации пакетоформировочная ма-
шина для переформирования пакетов на прокладках в плотные
пакеты, готовые к транспортировке в цех или отгрузке.
§ 157. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЛЕСОПИЛЬНОЙ РАМЫ
Величина продвижения бревна за время одного полного хо-
да (вверх и вниз) пильной рамки называется подачей, а меха-
низм подачи часто называют посылочным механизмом.
Величина подачи зависит от диаметра бревна (или толщины
бруса), высоты хода пильной рамки, типа зубьев пил, породы
древесины. При расчетах производительности лесопильных рам
подача может быть определена по таблицам, разработанным
ЦНИИМОД в 1956 г. для распиловки плющеными зубьями хвой-
ных пород (кроме лиственницы) на рамах с ходом 600 мм. Для
рамы с другим ходом указанные в таблицах посылки изменяют-
ся прямо пропорционально изменению хода. При распиловке
других пород к табличным посылкам вводятся поправочные
коэффициенты: для лиственницы 0,85, дуба 0.65, березы 0,8, бу-
ка 0,7. Среднесменная производительность лесопильной рамы
(в мг) по количеству пропущенного сырья определяется по фор-
муле
д___ LnTk^q
~ 1000/ ’
где Д — подача бревна на один оборот главного вала лесо-
пильной рамы в мм\
п—число оборотов главного вала рамы в 1 мин.;
Т — продолжительность смены в мин.;
k 1 — коэффициент использования лесопильной рамы, при-
нимаемый для механизированных заводов 0,93 и заво-
дов упрощенного типа 0,9;
q — объем одного бревна в м3;
I — длина бревна в м.
— 571 —
Делением всего выражения на 1000 учитывается перевод ве-
личины подачи из мм в м.
Среднегодовая производительность лесопильной рамы (в м3)
в смену по количеству пропущенного сырья определяется по Фор-
муле
д _
ср‘год - 1000Z ’
где ^2 — среднегодовой коэффициент использования рамы, учи-
тывающий остановку рамы на длительный ремонт,
некоторые простои по организационным причинам, ос-
тановку вследствие ремонта отдельных станков и меха-
низмов, снижения подачи в сильные морозы и др.
При расчетах годовой производительности лесопильных це-
хов k2 принимается равным 0,9—0,92.
В настоящее время в СССР наиболее высокопроизводитель-
ными лесопильными рамами являются РД75-2 с длиной хода
600 мм и числом оборотов 300 в 1 мин.
Различают производительность лесопильных рам по распилу
и по пропуску сырья. Производительность рамы по распилу оп.
ределяется объемом фактически распиленных бревен. Для каж-
дой из двух рам, работающих с брусовкой, производительность
по пропуску сырья принимается равной объему бревен, пропу-
щенных на первой раме (если они работают с одинаковой вели-
чиной подачи), хотя фактически объем брусьев будет меньше
объема бревен, пропущенных на первой ,раме^ В этом случае
производительность каждой рамы (из двух) по распилу сырья
будет в 2 раза меньше» чем по пропуску. При распиловке вразвал
производительности рамы по распилу и по пропуску совпадают.
Например, если из шести рам лесопильного цеха две работа-
ют вразвал, а четыре (две пары) с брусовкой, причем произво-
дительность в смену рам, работающих в развал НО ж3, а с бру-
совкой 130 м\ то производительность всех рам цеха в смену бу-
дет:
^пропуск = 110.2 + 130-4 = 740 м?\
Драсп= 110-2+ 130-2 = 480 м\
Средняя производительность рамо-смены:
по пропуску — = 123,3 м3\
6
480 лл о
по распилу — — 80 м\
В этом случае из шести установленных рам эффективных — 4
Эффективной рамой называется одна рама при распиловке враз-
вал или комплект из двух рам при распиловке с брусовкой. Эф-
фективной рамо-сменой называется работа одной эффективной
— 572 —
рамы-в течение одной смены. Установленной рамо-сменой назы-
вается работа одной установленной рамы в течение одной сме-
ны. Если, например, две рамы в течение 25 рабочих смен работа-
ют 15 смен с брусовкой, а 10 смен — вразвал, то число эффек-
тивных рамо-смен будет: 1 • 15 + 10 • 2= 35.
Основнььм производственным показателем по размеру бру-
совки является процент брусовки по сырью, определяемый по
формуле
в=1000/»=(•£ -
1100%,
где В — процент брусовки по сырью;
Р — количество пропущенного сырья в ж3;
R — количество распиленного сырья в м3.
Определение процента брусовки по сырью дает возможность
подсчитать производительность рам по пропуску, а вместе с тем
определить потребное число рам.
Пример. Цех должен распилить 1000 м3 бревен, из которых 75% по объ-
ему распиливается с брусовкой и 25% — вразвал.
Требуемая производительность по пропуску сырья
Р = Я(В1+1) = 1 000 (0,75 + 1) = 1 750 м3.
I В\
Здесь В\ — коэффициент брусовки по сырью |^i = 7nn/-
\ 100/
Если, например, средняя производительность рамы при распиловке с бру-
совкой 150 м3 в смену, а вразвал— 125 ж3, то потребное число рамо-смен оп-
ределяется из следующих расчетов: распиловка с брусовкой 0,75X1 000 =
750
750 ж3; требуется эффективных рамо-смен — = 5 или установленных 10 ра-
150
мо-смен.
Распиловка вразвал 0,25X1000 = 250 ж3; для этого требуется установлен-
250 л
ных, а также эффективных рамо-смен — = 2.
125
Производительность обрезного станка П в смену (в пог. ж) при скорости
подачи и м)мин и при коэффициенте использования станка k:
П = uTk.
Требуемое количество обрезных станков при числе т погонных метров
необрезных досок, получаемых в смену, определяется по формуле
§ 158. РАСПИЛОВКА БРЕВЕН НА КРУГЛОПИЛЬНЫХ
И ЛЕНТОЧНОПИЛЬНЫХ СТАНКАХ И НА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ
ЛЕСОПИЛЬНОЙ РАМЕ
Опытные работы показали, что перспективным является рас-
пиловка тонкомерных бревен на круглопильных станках; при
этом возрастает производительность труда и снижаются капита-
— 573 —
ловложения. В Швеции до 35% всех пиломатериалов вырабаты-
вается на круглопильных станках. Круглопильные станки приме-
няются на некоторых заводах в Архангельске, на Лузском лесо-
пильном заводе и др.
В многолесных восточных районах, где имеется значительное
количество толстомерного пиловочника диаметром более 1 м, це-
лесообразным и необходимым является внедрение ленточнопиль-
ных станков, так как даже на широкопросветной вертикальной
лесопильной раме РД110-2, выпускаемой в настоящее время ма-
шиностроительными заводами, можно распиливать бревна диа-
метром до 0,9—1 м.
Индивидуальная распиловка бревен на доски, брусья, шпа-
лы и т. п. производится на круглопильных и ленточнопильных
станках и на горизонтальной лесопильной раме.
На круглопильных станках с одной круглой пилой, называе-
мых по характеру их наибольшего применения шпалорезными,
можно распиливать бревна диаметром до 50 см. На ленточно-
пильных станках и горизонтальной лесопильной раме можно рас-
пиливать кряжи очень больших диаметров — до 1,2—2 м.
У этих станков рельсовая тележка для бревен имеет возврат-
но-поступательное движение. Ход вперед (рабочий ход) произ-
водится для пропила; обратный (холостой) ход — для возврата
тележки с бревном или без него в начальное положение для
нового очередного пропила или подачи нового бревна. Зажимные
устройства тележек позволяют распиливать бревна в любом по-
ложении по отношению к годичным слоям древесины (распилов-
ка радиальная, тангенциальная и т. п.).
Шпалорезный станок используется главным образом для рас-
пиловки бревен при малом числе пропилов (шпалы, брусья, плас-
тины) . Скорость подачи — до 60 м!мин, скорость холостого хо-
да — до 120 м!мин.
Скорость подачи в ленточнопильных станках средних типов
доходит до 10—15 м/мин., а в тяжелых — до 100 м!мин и более
при скорости резания 40—60 м!сек.
Производительность круглопильных (с одной пилой) и лен-
точнопильных станков (в м?) определяется по формуле
А = — Л,
t
где Т —продолжительность смены в мин.;
t — время, затрачиваемое на распиловку одного бревна,
в мин.;
q — объем бревна в л3;
k—коэффициент использования рабочего времени станка
'(0,9—0,93);
t = а 4- Ьп + — + (г — п)
и Ц)бр
- 574 —
где а — время, необходимое для перемены бревна, в мин.;
b — время на поворачивание бревна в мин.;
п — число поворачиваний одного бревна;
г — число резов на одно бревно;
и — скорость подачи в м!мин-,
®об₽ — скорость обратного хода в м/мин-,
I — длина бревна в м.
Глава IV
СУШКА ДРЕВЕСИНЫ
§ 159. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СУШКИ
Наиболее распространенными в современной практике дере-
вообработки являются методы тепловой сушки, к числу которых
относятся все виды камерной сушки и высокотемпературная суш-
ка в йеводных жидкостях; по характеру процессов, происходя-
щих й древесине, к этой же категории следует отнести сушку на
открытом воздухе. Во всех названных способах сушки тепло под-
водится к высушиваемым сортиментам извне, а температура по-
следних остается ниже температуры окружающей среды в тече-
ние всего процесса сушки. В противоположность этому при суш-
ке в поле тока высокой частоты электрическая энергия транс-
формируется в тепловую в толще древесины и температура внут-
ренних слоев материала оказывается выше окружающей. Несмо-
тря на ряд технических преимуществ, связанных с этим, приме-
нение высокочастотной сушки узко ограничено экономическими
причинами.
При сушке древесины необходимо различать два явления:
движение влаги в толще материала и отвод ее от древесины. Пер-
вое из них гораздо более сложно и поэтому ему приходится уде-
лять больше внимания.
В толще высушиваемой древесины влага последовательно-
проходит полости клеток и преодолевает разделяющие их стен-
ки. Стенки клеток, построенные в основном из нитевидных моле-
кул целлюлозы, пронизаны субмикроскопическими отверстиями,
которые условно называются перфорациями. Формы поперечных
сечений перфораций случайны и неправильны. В основу оценки
их размеров принимают диаметры круговых цилиндрических от-
верстий, имеющих те же капиллярные свойства — эффективные
диаметры. Величины эффективных диаметров перфораций ко-
леблются от близких к нулю до 100—200 /пр.. Таким образом, да-
же крупнейшие из перфораций в 50—250 раз уже полостей кле-
ток, имеющих ширину 10—25ц, и сопротивления при прохожде-
нии влаги через стенки превосходят сопротивления в полостях
клеток в среднем в миллион раз. Вследствие этого интенсивность
движения влаги в древесине определяется в основном условиями
прохождения ее через стенки клеток.
— 575 —
На рис. 358 показан общий случай размещения влаги в струк-
туре древесины хвойных пород. Полости клеток частично запол-
нены свободной водой, частично — паровоздушной смесью. При
температуре не выше +20° в древесине с влажностью, соответст-
вующей точке насыщения волокон и выше, все перфо-рации заня-
ты влагой; если в полостях клеток имеется свободная вода, то
устья соответствующих перфораций затоплены ею (например,
перфорация «в»). При более высокой темпера-
туре или в случаях, когда относительная
влажность газовой среды в древесине ф< 100%,
некоторые из перфораций «б» освобождаются
от влаги и древесина становится воздухопро-
ницаемой. Условия движения влаги по перфо-
рациям в каждом из указанных случаев раз-
личаются причинами, вызывающими движе-
а
6
Рис. 358. Движе-
-ние влаги при
тепловой сушке
древесины с влаж-
ностью выше пре-
дельного влагосо-
держания стенок
клеток при данной
температуре
Суммарное статиче-
ское давление Р\ >
> Рг: парциальное
давление водяного
пара р'п>Рп"
ние, а также фазовым состоянием влаги.
В результате нагрева в древесине повы-
шается давление воздуха и водяного пара.
Если давление газовой среды, окружающей
древесину, остается равным атмосферному, то
в нагретой древесине возникает градиент сум-
марного статического давления, под действием
которого через перфорации, устья которых со
стороны более высокого давления затоплены
водой, перемещается влага в жидком состоя-
нии в сторону меньшего давления (в на
рис. 358), а через перфорации, свободные от
влаги, потоком перемещается паровоздушная
смесь (б на рис. 358).
Др}гим фактором, обусловливающим воз-
никновение движения влаги в древесине, яв-
ляется градиент парциального давления водя-
ного пара. Этот фактор вызывает диффузию
водяного пара в полостях клеток и в перфорациях, свободных от
влаги, а также комбинированное движение. Последнее характе-
ризуется тем, что полости клеток влага проходит в парообраз-
ном состоянии, а перфорации, занятые влагой, — в жидком со-
стоянии (а на рис. 358).
По количествам перемещающейся влаги доминирующее зна-
чение имеют комбинированное движение, а при наличии в поло-
стях клеток большого количества воды также движение ее через
перфорации с затопленными устьями,.
§ 160. СУШКА ДРЕВЕСИНЫ НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ
Сушка без нагрева древесины с начальной влажностью, пре-
вышающей точку насыщения волокон, характеризуется тем, что
все перфорации заняты влагой, и древесина практически непро-
— 576 —
ницаема для газовой фазы. Отсутствие «нагрева исключает уве*
личение статического давления в толще древесины. В этих ус-
ловиях движение влаги вызывается только разностью парциаль-
ных давлений водяного пара. При этом в толще сечения при
влажности выше точки насыщения волокон движения влаги не
происходит, поскольку давление водяного пара в «различных сло-
ях одинаково. Сушка начинается
за счет диффузионного выделения
влаги из поверхностного слоя в
окружающую атмосферу с бо-
лее низким парциальным давле-
нием водяного пара. После
уменьшения влажности поверхно-
стного слоя ниже точки насыщения
волокон начинается диффузион-
ный приток в него влаги из вто-
рого слоя и т. д. В толще сече-
ния, куда еще не дошел указан-
ный процесс послойного сниже-
ния влагосодержания, влажность
остается неизменной на первона-
чальном уровне выше точки на-
сыщения волокон. В итоге рас-
пределение влаги по толщине до-
сок в промежуточные моменты
сушки на открытом воздухе ха-
рактеризуется линиями, показан-
ными на рис. 369. Опасность об-
разования наружных трещин уве-
личивается с понижением влаж-
Началъная Влажность древесины
Влажность
Ц 3 2 1 0 12 3 4
I । « 1 <__I-L——
Расстояния от середины толщины
доски О сп
Рис. 359. Линии распределе-
ния влажности по толщине
ности поверхности и с уменьше-
нием толщины слоя, на который
успела распространиться зона вы-
сыхания. Влажность поверхности
уменьшается при понижении от-
носительной влажности окружаю-
щего воздуха, повышении его
доски, высыхающей под дей-
ствием градиента парциаль-
ного давления водяного па-
ра при высокой начальной
влажности
1—4 — линии распределения
влажности в промежуточные
моменты сушки
температуры и увеличении скоро-
ста движения. Известно, что более сильно древесина растрес
кивается при сушке ее на ветру в сухую летнюю погоду.
При начальной влажности, не превышающей точки насыще-
ния волокон, диффузионный процесс потери влаги при сушке дре-
весины на открытом воздухе быстро распространяется в толщу
сортиментов, и кривые распределения влажности в промежуточ-
ные моменты сушки приобретают параболическое очертание (рис.
360). В этих случаях вероятность образования наружных трещин
при прочих равных условиях значительно уменьшается.
Лесоматериалы, подлежащие сушке на открытом воздухе,
37—2685
— 57? —
складывают правильными штабелями с прокладками между со-
седними по высоте слоями досок. Во избежание застоя влажного
воздуха под штабелями их укладывают на подштабельных фун-
даментах высотой не менее 70 см. Для усиления проветривания
в центре штабеля устраивают по всей его высоте вертикальную
шахту, служащую своеобразной вытяжной трубой. Защитой от
Рис. 360. Параболическое распределение влажности по толщине доски с
влажностью ниже предельного влагосодержания стенок клеток. Такой же ха-
рактер распределения влажности обнаруживается в древесине с более высо-
ким влагосодержанием, но высыхающей при наличии в ней градиента суммар-
ного статического давления газовой фазы
из наклонно положенных в два слоя досок или же постоянные на-
весы,. В южных районах и в районах с сильными ветрами при-
меняют также легкие дощатые щиты, предохраняющие боковые
поверхности штабеля от слишком интенсивного понижения влаж-
ности. Достаточно широкие промежутки обеспечивают провет-
ривание боковых поверхностей соседних штабелей. Все эти меро-
приятия все же не обеспечивают равномерного высушивания,
и штабеля приходится периодически перекладывать, чтобы ме-
— 578 —
нять условия высыхания отдельных досок. В средних климатиче-
ских условиях в соответствии с температурой и относительной
влажностью воздуха трудно получить конечную влажность дре-
весины ниже 20%. К такому равномерно распределенному вла-
госодержанию древесина приближается асимптотически, в связи
с чем процесс сушки на открытом воздухе получается длитель-
ным (табл. 29), что затрудняет использование этого метода в сов-
ременной производственной практике.
Таблица 29
Средние длительности сушки (в сутках) на открытом воздухе досок хвойных
пород из свежесрубленной древесины в климатических условиях Москвы
Месяцы года До влажно- сти в °/0 Длительность сушки при толщине досок в мм
15-25 30-50 60-75
Апрель — май 30 20 12—16 30—40 16—20 40—50 25-40 50—70
Июнь — август 30 20 5-8 12—20 10-16 20-40 15-30 30-60
Сентябрь — октябрь 30 15—20 18—25 30-40
Примечание. В северных районах сушка длится в 2—3 раза дольше.
§ 161. КАМЕРНАЯ СУШКА
Одним из наиболее распространенных видов искусственной
сушки является сушка в камерах, атмосфера в которых представ-
ляет собой достаточно увлажненный воздух или даже почти чи-
стый водяной пар. В современных камерных сушилках доски ук-
ладывают сплошными горизонтальными слоями на узких про-
кладках толщиной 25—30 мм. Во избежание искривления досок
прокладки располагают с шагом 0,7—1,2 м по длине шта'беля и
строго по вертикалям. С помощью вентиляторов создают воз-
можно более интенсивное движение парогазовой смеси между
слоями досок, необходимое для подвода к древесине тепла и уда-
ления из нее влаги. При более старых схемах расположения вен-
тиляторов над или под штабелем (рис. 361) высушивание древе-
сины по высоте штабеля получалось недостаточно равномерным.
Этот дефект устраняется установкой вентиляторов на уровне се-
редины высоты штабеля (рис. 362) и настолько часто по длине
штабеля, что они почти касаются один другого. Омывая поверх-
ности сырых досок, теплоноситель обогащается влагой и охлаж-
дается. Для равномерности сушки по ширине штабеля применя-
37*
— 579 —
ют реверсивные осевые вентиляторы. Требуемая температура
теплоносителя восстанавливается нагревом его паровыми или
электрическими калориферами. Влагу из камер удаляют через
Рис. 361. Поперечные разрезы сушильных камер при расположении вентилято-
ров над или под штабелем древесины
Рис. 362. Поперечный разрез су-
шильной камеры при располо-
жении вентиляторов на уровне
середины высоты штабеля (ре-
комендуемое решение)
трубы с регулируемыми отверстиями; через такие же трубы по-
ступает свежий воздух в обычные (невысокотемпературные) су-
шильные камеры.
Для ускорения процесса сушки в камерных установках всех
видов параметры атмосферы, назначаемые в конце сушки, соот-
ветствуют более низкой равно-
весной влажности древесины,
чем та влажность, до которой
предполагают высушивать ма-
териал. Основной процесс суш-
ки прекращают при наличии
в сечениях сортиментов более
или менее значительного гра-
диента влажности. Выравнива-
ние распределения последней
производят заключительной
термовлажностной обработкой,
во время которой влажность
пересушенных поверхностных
слоев вновь повышается.
Обычную камерную сушку
проводят в камерах с темпе-
ратурой воздуха ниже 100° и
относительной влажностью, не вызывающей дефектов сушки от-
дельных пород и разных размеров сортиментов. В результате
нагрева древесины «в ней повышается суммарное статическое
давление паровоздушной смеси, но в связи с тем, что нагретая
древесина независимо от ее влажности газопроницаема, избыток
— 580 —
давления обычно еще во время предварительной пропарки исче-
зает за счет частичного удаления воздуха, и весь основной про-
цесс сушки протекает под действием градиента парциального
давления водяного пара, т. е. в принципе точно так же, как при
сушке на открытом воздухе. Вследствие этого в зависимости от
начального влагосодержания древесины кривые распределения
влажности по толщине сортиментов в промежуточные моменты
сушки могут быть обоих видов (рис. 359 и 360). Первый из них
особенно характерен для древесины твердых лиственных пород,
которые сушат при относительно низкой температуре (50—60°)
и все поперечное сечение стволов которых имеет почти равно-
мерную высокую влажность. Чем меньше содержание водяного
пара в атмосфере камеры, тем интенсивнее протекает сушка и
тем большей становится вероятность образования наружных тре-
щин. В связи с этим за влажностью атмосферы в камерах необ-
ходимо строго следить, пользуясь психрометрами. Уже давно
установлено, что при обычной камерной сушке по мере снижения
влажности древесины к концу сушки можно поднимать темпера-
туру выше 100°; хотя при этом и не достигаются еще условия вы-
сокотемпературного режима (см. ниже), но общая длительность
сушки в результате такого форсирования процесса сокращает-
ся в 1,5—2 раза против длительности обычной камерной сушки.
Обычная камерная .сушка досок толщиной 50 мм от начальной
влажности 60% до конечной 12% продолжается: сосна, ель, пих-
та — 6; лиственница — 16; береза — Ы; бук — 14; дуб — 98 су-
ток.
Длительность обычной камерной сушки сосновых досок опре-
деляется в первом приближении числом суток, равным толщине
досок (в сл<).
В последние годы разра’ботан и внедряется метод высокотем-
пературной камерной сушки (часто, хотя и условно, называемый
сушкой в перегретом паре). Технология высокотемпературной
камерной сушки сводится к тому, что сначала производят про-
грев древесины пуском в камеру острого пара, а вслед за этим
калориферами повышают температуру в камере до ПО—115°. Ос-
новное принципиальное отличие высокотемпературной камерной
сушки заключается в том, что давление водяного пара в толще
древесины превышает давление в камере, равное 1 ата. Для дре-
весины с такой /влажностью, при которой в полостях клеток еще
имеется свободная вода, указанное требование выполняется уже
при температуре, хотя бы минимально превышающей 100°. После
удаления свободной воды, по мере дальнейшего понижения влаж-
ности древесины с освобождением от влаги все большего числа
перфораций, давление водяного пара в древесине понижается и
для поддержания его на том же уровне — выше 1 ата — темпе-
ратуру приходится держать более высокой. Соответственно это-
му нижний предел температуры повышается с понижением влаж-
ности древесины, как показано на рис. 363 (кривая а). Абсцисса-
— 581 —
ми этой же привои определяются наинизшие конечные влажности
древесины, которые могут быть достигнуты в случае сушки ее при
той или иной температуре в камере, атмосфера которой пред-
ставляет собой водяной пар с давлением 1 ата. Таким образом/
движение «влаги в древесййе в течение всего процесса высокотем-
пературной сушки происходит как под действием избытка стати-
ческого давления, так и под действием градиента давления водя-
ного пара. В результате этого темпы высокотемпературной ка-
рие. 363. Нижние температурные пределы высокотемпературной сушки дре-
весины в зависимости от влажности последней
а — камерная сушка в среде водяного пара при атмосферном давлении; б — сушка в
петролатуме древесины лиственных пород; в — то же, хвойных пород
мерной сушки получаются скоростными, например 12—14 час.
для еловых досок толщиной 40 мм. Необходимость вести описан-
ный процесс в атмосфере водяного пара обусловливается стрем-
лением поднять показатель <р в камере, который в данном случае
определяется отношением давления водяного пара, имеющегося
в камере, к давлению пара, насыщающего пространство при тем-
пературе, поддерживаемой в камере. Так, например, при давле-
нии па^а в камере, равном 1 ата, и при температуре 110°
<р = ^7 = 0,71, чему, согласно рис. 58, соответствует равновес-
ная влажность древесины 7,5%. Распределение влажности в про-
межуточные моменты высокотемпературной сушки, вне зависи-
мости от начальной влажности древесины, характеризуется пара-
болическими кривыми, аналогичными показанным на рис. 360.
Оборудование камер для высокотемпературной сушки венти-
ляторами не отличается от описанного выше для обычной ка-
мерной сушки, но теплоотдача калориферов должна быть усиле-
на с учетом необходимости испарения из древесины тех же ко-
личеств влаги за более короткие периоды времени. Это дости-
— 582 —
гается увеличением площади поверхностей калориферов и повы-
шением давления подаваемого в них пара. Для того чтобы в ка-
мерах был только водяной пар, необходима наиболее совершен-
ная их герметизация. Внутренние поверхности стен и потолков
камер желательно покрывать слоем листового металла, не под-
вергающегося коррозии (например, чистый алюминий); это осо-
бенно важно в сушилках для древесины лиственных пород. Во-
рота делают двухслойными металлическими с заполнением лег-
ким теплоизолятором (стеклянная вата и т. п.). Уплотнение во-
рот достигается резиновыми прокладками. Удаление пара из ка-
меры— через особые клапаны.
§ 162. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СУШКА В НЕВОДНЫХ ЖИДКОСТЯХ
В СССР разработан метод сушки лесоматериалов погружен
нием в открытые ванны с нефтепродуктами (петролатум, пара-
финовая пробка и т. п.). Аналогично предыдущему случаю высо-
котемпературный режим сушки в неводных жидкостях опреде-
ляется тем, что и после полного удаления воздуха из древеси-
ны в ней сохраняется избыточное давление водяного пара. Для
процесса сушки необходимо, чтобы давление пара в древесине
превышало сумму давления атмосферы на поверхность жидко-
сти, гидростатического давления столба жидкости над погружен-
ными в нее сортиментами и давления, необходимого для отрыва
пузырьков водяного пара от стенок клеток, перерезанных наруж-
ными гранями сортиментов. Пренебрегая в первом приближении
£ гидростатическим давлением жидкости, находим, что сушка в
Г петролатуме не может происходить, если давление водяного па-
“ ра опустится до 1,08 ка/сии2 при сушке лиственных пород и
1,13 кг/см2 при сушке хвойных пород1. Вычисленные с учетом
сказанного нижние пределы температуры (при высокотемпера-
турной сушке в петролатуме) в зависимости от достигнутой
влажности древесины показаны кривыми б и в на рис. 363. Эти-
ми же кривыми подобно предыдущему случаю можно пользо-
ваться для определения минимальной влажности, ниже которой
высушить древесину в петролатуме нельзя. При температурах
ниже указываемых этими кривыми из высоковлажной древеси-
ны может быть вытолкнуто некоторое количество воды в жидком
состоянии, но после истечения соответствующего объема паро-
воздушной смеси процесс сушки полностью прекращается, при-
чем в полостях клеток может еще оставаться свободная вода.
Весьма опасно начинать сушку при температуре ниже 100°, так
как вода, выделяющаяся при этом из сырой древесины, опускает-
ся на дно ванны, а при последующем повышении температуры
вскипает и может вызвать выброс из ванны горячей жидкости,
1 Эта разница связана с тем, что отверстия трахеид хвойных пород имеют
меньшую ширину, чем отверстия сосудов лиственных пород.
— 583 —
если своевременно не слить воду через кран, расположенный в
самой нижней точке дна ванны.
Сушка древесины в петролатуме и подобных ему нефтепро-
дуктах сопровождается образованием пены; толщина ее слоя
увеличивается с повышением температуры сушки, с увеличением
кубатуры древесины, приходящейся на 1 м2 зеркала жидкости в
ванне, с увеличением влажности древесины и с уменьшением .раз-
меров, особенно толщины сортиментов. Один из наиболее эффек-
тивных методов борьбы с перетеканием пены через борта ванны
заключается в том, что по верхнему периметру ванны уклады-
вают кольцо паровой трубы, в которую пускают пар во время
большого подъема пены. Соприкасаясь с горячей поверхностью
этой трубы, пена разрушается.
Доски хвойных пород толщиной до 40 мм сушат при темпе-
ратуре, постепенно повышающейся от 120 до 130°, более толстые
доски — от 115 до 125°, а бревна и брусья — от 105—110 до 120°.
Продолжительность высокотемпературной сушки в петролатуме
досок хвойных пород толщиной 60 мм — 22 часа; 50 мм—17;
40 мм — 12; 30 мм — 8 час.
Высокотемпературная сушка древесины хвойных пород в не-
водных жидкостях не сопровождается образованием наружных
трещин даже в сортиментах самых крупных сечений (бревна,
шпалы, брусья и т. ц.) при условии, если до погружения в горя-
чую жидкость лесоматериал не подвергался сущке на открытом
воздухе, которая могла привести к растрескиванию. Влажность
поверхностных слоев древесины быстро снижается до уровня, со-
ответствующего температуре сушки (рис. 363). Выравнивание
же влажности на этом уровне по всему поперечному сечению за-
держивается, и сушку часто прекращают при наличии еще зна-
чительного градиента влажности; с этим связано ухудшение ка-
чества сушки, допустимость которого определяется в каждом
отдельном случае в зависимости от предъявляемых требований.
Если сушка прекращается в момент, когда влажность древеси-
ны в толще сечений еще превышает равновесную влажность это-
го материала, устанавливающуюся в условиях эксплуатации, то
в последующем возможно образование внутренних трещин.
Сушка в жидкостях сопровождается некоторым поглощением
их. Поглощение увеличивается в тех случаях, когда в процессе
сушки допускают временные понижения температуры жидкости.
Для лесоматериалов, подлежащих последующей строжке, скле-
иванию и окраске, желательна минимальная глубина пропитки,
для чего необходимо выдерживать температуру постоянной, а
еще лучше ее медленно поднимать. Для деревянных элементов
открытых сооружений целесообразна более глубокая пропитка
в целях гидрофобирования древесины. На поверхностях дере-
вянных элементов, пропитанных петролатумом, прочно удержи-
ваются нитрокраски; эти поверхности можно покрывать также
масляной краской после предварительной промывки ацетоном.
— 584 —
§ 163. ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СУШКА
Одним из новейших прогрессивных методов сушки является
центробежный, дающий значительную экономию в расходе теп-
ловой энергии. Для сушки центробежным методом лесоматериал
укладывают штабелями по хордам горизонтальной круглой
платформы, которую приводят во вращение с различной скоро-
стью в зависимости от породы древесины. Ускорение центро-
стремительной силы определяется формулой /=гш2, где г — ра-
диус и со — угловая скорость вращения; в свою очередь со может
быть выражена через п — число оборотов в 1 мин.: При
радиусе, например 2 м и п = 50, j = 200
= 5475 см/сек2,
что приблизительно в 5,6 раза превышает ускорение силы тяже-
сти. Если вращение производить без повышения температуры, то
центробежная сила дает возможность удалить всю свободную во-
ду из полостей клеток древесины. После этого полученную дре-
весину с равномерно распределенной влажностью, соответству-
ющей точке насыщения волокон, можно досушивать любым мето-
дом тепловой сушки. При этом увеличивается пропускная спо-
собность тепловых сушилок, сберегается большое количество па-
ра, расходуемого на их обогрев, и должно повышаться качест-
во сушкц. Известен также метод совмещения центробежной и
тепловой сушки, при котором вращение материала производят в
обогреваемой камере. В этом варианте увеличивается расход
тепла, но уменьшаются затраты на перекладку древесины.
§ 164. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫБОРУ МЕТОДА СУШКИ,
Истощение лесов в Европейской части СССР, за исключени-
ем ее северных и северо-восточных районов, заставляет перено-
сить все большую часть лесозаготовок в Сибирь. В связи с этим
непрерывно увеличивается доля лесоматериалов, перевозимых
по железным дорогам, и растет средняя дальность этих перево-
зок. Учитывая убыточность дальних перевозок сырого круглого
леса, распиловку и сушку его следует приближать к местам ле-
созаготовок. В .районах Севера и Сибири длительность сушки на
открытом воздухе весьма велика; например, для круглого леса,
шпал, брусьев она продолжается годами. При существующих
темпах строительства такой метод сушки неприемлем. Кроме то-
го, сушкой на открытом воздухе не достигается стерилизация
древесины, необходимая как одно из существеннейших мероприя-
тий по борьбе с гниением. Конечную влажность древесины при
сушке на открытом воздухе трудно снизить до уровня ниже 20%,
вследствие чего для изготовления большей части деревянных
элементов зданий, не говоря уже о мебельном и других производ-
38—2665 — 585 —
ствах, требующих более сухого материала, древесину необходи-
мо еще досушивать. Наконец, сушка на открытом воздухе, свя-
занная с большими затратами на охрану, периодическую пере-
кладку штабелей и сопровождающаяся большим количеством
брака, в современных условиях не может быть признана рента-
бельной. Сушить древесину нужно скоростными — техническими
способами.
Интересы народного хозяйства настоятельно требуют увели-
чения долговечности деревянных элементов крупных попереч-
ных сечений для открытых сооружений. Использование с этой
целью маслянистых антисептиков дает полноценный результат
только в том случае, если в пропитку поступает хорошо просу-
шенная здоровая древесина. При сушке в камерах энергетиче-
ских столбов, столбов проволочной связи, шпал и брусьев в них
образуются трещины, что заставляет ориентироваться на пред-
варительное проведение высокотемпературной сушки их в неф-
тепродуктах (петролатум).
Основным методом сушки досок хвойных пород является вы-
сокотемпературная камерная сушка; лишь в тех случаях, когда
требуется гидрофобирование древесины, следует рекомендовать
высокотемпературную сушку в неводных жидкостях.
Камерная сушка лесоматериалов твердых лиственных пород
даже при относительно небольших сечениях элементов весьма
часто сопровождается большим процентом брака. Требуется
применять особо мягкие режимы и многократно повторять про-
межуточную термовлажностную обработку. Сушка этих матери-
алов значительно облегчается в тех случаях, когда к моменту
помещения в сушильные камеры их влажность не превышает точ*
ки насыщения волокон. Поэтому широко применяется предвари-
тельное подсушивание на открытом воздухе, угрожающее, как
было отмечено выше, появлением наружных трещин, которые
при дальнейшем досушивании еще более развиваются. Этот де-
фект может быть устранен организацией предварительной под-
сушки (до влажности 30%) материалов центробежным способом
без нагрева. Таким образом для мелких сортиментов твердых
лиственных пород должна быть рекомендована сушка центро-
бежным способом с последующей досушкой в камерах. Сорти-
менты крупных сечений нуждаются в центробежной сушке и в
последующей досушке высокотемпературным режимом в жид-
кой среде.
Все лесоматериалы, подлежащие сушке, должны подвергать-
ся ей по указанным выше схемам как можно скорее после заго-
товки леса и его распиловки. Мебельные и другие деревообраба-
тывающие производства, расположенные вдали от лесопильных
заводов и выпускающие продукцию с особенно низкой влажно-
стью, должны получать заготовки с влажностью не выше 15%
(длй устранения опасности засинения их в пути) и досушивать
«х на собственных установках.
— 986 —
Глава V
ТЕХНОЛОГИЯ ДЕРЕВЯННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
И КОНСТРУКЦИЙ
§ 165. ОБЩИЕ ДАННЫЕ
Основным материалом для заводского изготовления деревян-
ных строительных деталей и конструкций являются пиломате-
риалы хвойных пород, поступающие в деревообрабатывающие
цехи от собственного производства (из лесопильного цеха) или
от поставщика; кроме того, используются фанера, столярные
плиты, древесно-волокнистые, древесно-стружечные плиты и др.
Изделие состоит из деталей, узлов и групп.
Процесс изготовления деревянных строительных деталей и
изделий распадается на ряд стадий: сушку пиломатериалов, рас-
крой их на черновые заготовки, обработку на станках (строга-
ние и придание деталям окончательной формы и размеров), сбор-
ку узлов и изделий и отделку.
Указанная последовательность стадий может меняться: суш-
ка может производиться и после раскроя (сушка материала в за-
готовках), а отделка — до сборки (в деталях или узлах).
§ 166. РАСКРОЙ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ НА ЗАГОТОВКИ
Выбор целесообразного способа раскроя досок на заготов-
ки зависит от качества и размеров досок, а также от назначения
и размеров заготовок.
Поперечный раскрой приме-
няется в том случае, когда для из-
готовления деталей поступают
пиломатериалы определенного,
необходимого для изготовления
деталей, сечения. Изготовление
деталей из брусков и досок тре-
буемых сечений является наибо-
лее прогрессивным методом обра-
ботки, создающим большие воз-
Рис. 364. Способы раскроя
сок
а — поперечно-продольный;
продольно-поперечный
до-
б-
необ-
можности для механизации и ав-
томатизации производства.
При изготовлении деталей из
необрезных досок применяется
поперечно-продольный раскрой
(рис. 364,а). Предварительная разметка (расчерчивание)
резных пиломатериалов, а также обрезных, ширина которых
значительно превышает ширину заготовок, перед раскроем на
загЬтовки дает увеличение выхода заготовок на 4—9%, причем
большая цифра относится к раскрою низкосортных досок.
38а—2665
— 587 —
Продольно-поперечный раскрой (рис. 364, б) применяется в
случаях, когда требуется получение длинных заготовок и когда
из лесопильного цеха поступают обрезные доски, по ширине
кратные ширинам заготовок (с учетом пропилов).
Предварительное строгание пластей досок перед раскроем
дает возможность яснее видеть дефекты в досках, что способ-
ствует увеличению выхода заготовок.
Для лучшего использования досок, имеющих сучки, произ-
водится их высверливание и заделка отверстий пробками на
клею. Эта операция производится только на сухой древесине).
Пробки изготовляются из той же древесной породы, что и обра-
батываемый материал. Направление волокон пробки должно сов-
падать с направлением волокон заделываемой доски. Влажность
древесины пробок должна быть несколько ниже влажности за-
делываемых досок.
Вырезку дефектных мест в досках, особенно при изготовле-
нии деталей профильного сечения, выгоднее производить перед
строганием, так как это позволяет более эффективно использо-
вать дефектные отрезки досок для изготовления из них других
изделий, например щитовых дверей.
Заделку сучков целесообразно производить после поперечно-
го раскроя, но до продольного раскроя и строгания, так как при
продольной распиловке концов досок один сучок может попасть
в две заготовки, что осложнит заделку и увеличит ее трудоем-
кость.
§ 167. СТРОГАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И ПРИДАНИЕ ИМ ПРАВИЛЬНОЙ
ФОРМЫ И ТОЧНЫХ РАЗМЕРОВ
Для придания деталям гладкой поверхности, правильной фор-
мы и окончательных размеров поперечного сечения черновые за-
готовки проходят процесс строгания с выверкой граней под плос-
кости и получением прямого или заданного угла между смежны-
ми гранями.
Пиломатериалы, поступающие в строжку, должны быть сухи-
ми, так как сырая древесина после обработки деформируется и
теряет точные размеры (ГОСТ 6857-58).
При установлении поперечных размеров строганых деталей
следует исходить из стандартных размеров нестроганых пилома-
териалов с учётом припусков на строгание (ГОСТ 7307-54), а в
отдельных случаях и на пропил. Несоблюдение этого ведет к из-
лишним значительным потерям древесины.
Строганая деталь может быть изготовлена целиком из одного
бруска или же может быть составлена по толщине и ширине из
двух или более частей, соединенных между собой строгаными
кромками или пластями на клею и срощенных по длине на зуб-
чатый клееный шип (рис. 111, 374).
— 588 —
Основными станками для строгания древесины являются че-
тырехсторонние. фуговальные, рейсмусовые и фрезерные станки.
Фуговальные станки применяются для исправления черновых
заготовок, имеющих неправильную геометрическую форму —
кривизну и пр. В кустарных мастерских, где не имеется четырех-
Рис. 365. Схема строгания двух смежных граней под плоскости и прямой
угол на фуговальном станке
1 — направляющая линейка
сторонних строгальных станков, их заменяют фуговальные в со-
четании с рейсмусовыми и фрезерными станками. Рейсмусовые
станки применяются для строгания по толщине плоскостей кле-
еных щитов, а также в случае, упомянутом выше. Четырехсто-
ронние станки применяются для гладкого и профильного стро-
гания черновых заготовок в зависимости от требований: с одной,
двух, трех или четырех сторон.
Черновые заготовки, имею-
щие правильную геометричес-
кую форму, или в том случае,
когда естественные деформа-
ции не имеют значения для по-
следующей службы детали,
•поступают непосредственно на
четырехсторонний строгальный
станок; в иных случаях черно-
вые заготовки, как было ука-
зано выше, до четырехсторон-
него станка проходят обработ-
ку на фуговальном станке.
На фуговальном стачке
вначале строгают широкую
грань — пласть (рис. 365, а,
366, 367), а затем под задан-
ный угол к пласти и смежную
грань — кромку (рис. 365,6).
Покоробленную заготовку
укладывают на стол станка
для сохранения устойчивости
вогнутой стороной. При стро-
38а*
Рис. 366. Схема работы фу-
говального станка
1 — ножевой вал; 2 — задняя
часть стола; 3 — передняя часть
стола; 4 — обрабатываемая де-
таль; £— толщина снимаемоге
слоя древесины
367. Выравнивание детали на фуго
вальном станке
Рис.
— 589 —
гании кромки деталь прижимают строганой пластью к
направляющей линейке фуговального станка. Строгание в
угол (обычно прямой) можно производить на фуговально-фре-
зерном станке с автоподачей, представляющем собой последова-
тельно установленные фуговальный и фрезерный станки. Имея
строганые под плоскость и в угол две смежные базисные грани
детали, можно обстрогать и другие две грани, делая их парал-
лельными первым до заданной толщины и ширины.
Параллельность граней и строгание в размер обеспечивают-
ся на одностороннем рейсмусовом станке (рис. 368, 369).
Для получения детали в виде призмы могут быть применены
следующие способы и порядок обработки:
1) острожка под плоскость пласти и кромки в угол на фуго-
вальном станке, а потом двух граней — на одностороннем рей-
смусовом станке за две операции;
Рис. 368. Схема рейсмусового станка
1 — ножевой вал; 2 — стол станка; 3 —
обрабатываемая деталь; 4 — рифленый
питающий вал; 5 — прижимная колодка-
стружколоматель; 6 — задняя прижимная
колодка; « — толщина снимаемого слоя
Рис. 369. Приспособление для
строгания клиновидных дета-
лей на рейсмусовом станке
/ — обрабатываемая деталь; 2—
цулага (шаблон)
2) острожка под плоскость пласти и кромки в угол на фуго-
вальном станке, а затем острожка двух других граней одновре-
менно на четырехстороннем строгальном станке с выключением
одной горизонтальной и одной вертикальной ножевых головок;
3) острожка только одной пласти под плоскость на фуговаль-
ном станке и затем трех сторон на четырехстороннем;
4) острожка сразу всех четырех граней на четырехсторон-
нем станке.
Припуски на строгание приведены в табл. 30.
Производительность строгальных станков определяется по
формуле (пог, м в смену)
А -= uTkxk2,
где и — фактическая скорость подачи в м!мин\
Т — продолжительность смены в мин.;
ki — коэффициент использования рабочего времени станка;
k2— коэффициент использования машинного времени
станка.
— 590 —
Производительность строгальных станков в м3
Ai=Aq,
Таблица 30
Припуски на строгание для хвойных пород без предварительного фугования
при влажности древесины 15% с отклонениями 4-5 или —3% (ГОСТ 7307-54>
Номинальная толщина деталей в мм Наибольшие припуски в мм Номинальная ширина деталей в мм Наибольшие припуски в мм
I группа — детали которые должны быть чисто простроганы со всех четырех сторон
До 30 Свыше 30 до 95 . 95 , 175 4 5 6 До 55 Свыше 55 до 95 . 95 . 200 . 200 , 295 5 6 7 8
II группа — детали, которые должны быть чисто простроганы с одной стороны (пласти) с допускаемой частичной непрострожкой другой стороны. На кромках допускается непрострожка, не доходящая до лицевой стороны
До 30 Свыше 30 до 95 . 95 . 175 3 4 5 До 55 Свыше 55 до 95 . 95 , 200 „ 200 . 295 4 5 6 7
III группа — детали, у которых лицевая сторона и одна кромка должны быть простроганы с допущением частичной непрострожки. Две другие стороны могут быть непростроганы
До 175 2 До 55 Свыше 55 до 95 . 95 . 200 200 . 295 3 4 5 6
где q — объем 1 пог. м доски до строгания, т. е. номинальных
размеров (объем строганых пиломатериалов исчисляет-
ся по размерам поперечного сечения до строгания).
Для получения детали точного размера по длине применяют
круглопильные торцовочные станки с ручной подачей кареткой
и двухпильные или многопильные станки с ручной или механи-
ческой подачей.
Для придания деталям рамочной конструкции окончательной
формы и размеров производится зарезка шипов и проушин на
односторонних или двусторонних шипорезных станках с совме-
щением на них операции торцевания (рис. 370). Далее произво-
дится выборка гнезд на цепнодолбежных или сверлильных стан-
ках (рис. 371—373).
После этих операций в некоторых случаях требуется допол-
нительное профилирование деталей, которое производится на
фрезерных станках (отборка форточных четвертей и т. д.).
— 591 —
При хранении строганые детали должны быть защищены от
атмосферных осадков и солнечных лучей. Если детали хранят-
ся в штабелях, то каждый ряд должен укладываться на проклад-
ки для предупреждения их искривления и поломок.
Рис. 371. Рабочая часть цепно-
долбежного станка для выбор-
ки гнезд под шипы
1 — режущая цепь; 2 — звездочка;
3—направляющая планка; 4 —
нижний ролик: 5 — обрабатывав»
мая деталь; 6 — устройство дол-
бежной цеяи
Рис. 370. Схема зарезки рамных шипов
на шипорезе ШО6
• схема работы шипореза; б — последова-
тельность обработки детали; / — торцовочная
кила; 2 — горизонтальные ножевые головки;
3 — вертикальные фрезерные головки; 4 — про-
резной диск
। л:1шц1шнгт")
Рис. 373. Последователь-
ность выборки отверстия
спиральным сверлом
Рис. 372. Последователь-
ность выборки гнезда
долбежной цепью
§ 168. СБОРКА И ОБРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ ИЗДЕЛИЙ
1. Сборка элементов изделий
Деревянные изделия состоят из деталей, которые могут быть
соединены между собой различными способами. Различают плот-
ничные соединения без применения клея и соединения на клею.
— 592 —
Плотничные соединения выполняются на гвоздях, болтах, на-
гелях, шпонках, шипах, врубках и т. п. (например, фермы на ло-
бовых врубках, балки на пластинчатых нагелях системы
В. С. Деревягина, двери, ворота с шиповой вязкой на нагелях,
шиты стен дома, щиты-перегородки, щиты черного пола и др.).
Применяются и более сложные плотничные работы.
В заводских условиях при сборке плотничных изделий приме-
няются автоматы для забивки гвоздей, шаблоны, приспособле-
ния, кондукторы, ваймы для сборки рамочных изделий, сверлиль-
ные, универсальные деревообрабатывающие станки, а также
ручные электрофицированные инструменты.
Так например, в балках Деревягина выборка гнезд под на-
гели производится не на стационарном станке, а ручным элект-
родолбежником.
В клееных деталях, изделиях *и конструкциях основным сред-
ством соединения является клей. Винты, болты и другие метал-
лические связи являются вспомогательными и дополнительными.
Наиболее распространены строительные конструкции и дета-
ли, склеиваемые из брусков или досок по длине, толщине и ши-
рине или по одному — двум из этих направлений.
Основные группы клееных изделий:
1) несущие клееные конструкции (балки, арки, фермы,
и т. п.); изготовляются обычно из длинномерных пиломатериа-
лов;
2) столярные плиты — клееные щиты, облицованные фане-
рой или древесно-волокнистыми плитами. Серединка щитов из-
готовляется из пиломатериалов и кусковых отходов пониженно-
го качества;
3) доски и щиты, склеенные по длине на зубчатый шип и скле-
енные по ширине на гладкую кромку;
4) столярные изделия и клееные заготовки для столярных
изделий (оконные и дверные блоки и клееные бруски для них);
изготовляются из сравнительно короткомерных пиломатериалов
высокого качества.
Целесообразна комплексная организация склеивания всех
указанных видов изделий, обеспечивающая возможность полно-
ценного использования пиломатериалов и кусковых отходов
различных размеров и качества.
Элементы, предназначенные для склеивания, должны быть
в зависимости от назначения высушены до определенной влаж-
ности, но не выше 15%. Поверхности, подлежащие склеиванию,
должны быть строгаными. При применении на круглопильных
станках специальных строгальных пил можно получить без по-
следующей строжки достаточно ровную и гладкую поверхность,
годную для склеивания.
Соединение или стыкование брусков (досок) по длине про-
изводится: а) «на ус» с длиной уса не менее 10 д (рис. 374, а),
где 6 — толщина бруска или доски; б) впритык (рис. 374, б);
— 593 —
Рис. 374. Способы стыкования до-
сок и брусков по длине
а — на ус; б — впритык; в — на зуб-
чатый стык
в) на зубчачтый шип (СН 11-57) с углом скоса не более ‘Л
(рис. 374, в).
Соединение по длине «на ус» сложно в изготовлении и вызы-
вает заметные потери древесины в связи с большой длиной уса.
Наиболее прогрессивным являет-
ся соединение по длине на зуб-
чатый шип, имеющее длину зуба
32 мм независимо от толщины
стыкуемого элемента. Попереч-
ный обжим (3—5 кг! см3) в сты-
ках швов производится просто,
без опасения сдвига деталей- За-
прессовка производится с перво-
начальным торцовым давлением
в 6—15 кг!см2 и с выдержкой вне
пресса. Такая возможность до-
стигается благодаря силам тре-
ния в плоскостях зубчатого шипа. Клей наносится на склеивае-
мые поверхности на клеенамазывающем станке или при не-
большом объеме работ — кистью. Зарезается зубчатый шип на
фрезерном или шипорезном станке с применением специальной
фрезерной головки (рис. 375).
При склеивании деталей по толщине и ширине (на пласть и
Рис. 375. Конструкция фрез для зарезки зубчатых шипов
а — упрощенная фреза с плоскими боковыми гранями; б — фреза с круглыми резцами
— 594 —
кромку) сплачиваемые элементы с нанесенным на них клее-
вым раствором сжимают и выдерживают в зажатом состоянии
до схватывания клея. Сила прессования принимается обычно из
расчета 1,5—6 кг!см2. Чем тоньше клеевой шов, тем больше мо-
нолитность клееной детали. До завершения схватывания клея
это давление не должно уменьшаться. При всех условиях обжа-
тие должно обеспечить сплошное заполнение шва клеем и плот-
ное прилегание всей склеиваемой поверхности без просветов. В
процессе схватывания клея нельзя допускать усушенной усадки
или коробления склеиваемых досок, поэтому применяться для
склеивания должны только сухие пиломатериалы.
В заводских условиях для изготовления клееных конструкций
применяется следующее оборудование:
а) круглопильные станки с ручной или механической пода-
чей для поперечного и продольного раскроя досок;
б) строгальные станки (фуговальный, рейсмусовый, четырех-
сторонний);
в) фрезерный (с шипорезной рамкой, например для зарезки
зубчатого шипа);
г) клеемешалка и клеевые вальцы для нанесения клея на
склеиваемые поверхности;
д) приспособления для сборки и склейки изделий (шаблоны,
обоймы, кондукторы и т. п.);
е) прессы и приспособления для запрессовки изделий;
ж) транспортное оборудование (рольганги, тельферы, лен-
точные транспортеры и т. п.);
з) устройства, приборы и приспособления для испытания
клея и готовых клееных изделий.
При производстве клееных деревянных конструкций обяза-
тельно строгое соблюдение технических норм и правил, изло-
женных в СН 11-57 [И] и выполнимых лишь в заводских усло-
виях.
Следует особо отметить, что склеивание должно производить-
ся в отапливаемых помещениях с температурой и влажностью,
соответствующими равновесной влажности высушенной древе-
сины. Во избежание брака (коробления, растрескивания и пр.)
материал после сушки до строгания и склеивания должен быть
выдержан при температуре цеха в течение не менее 24 час. для
некоторого выравнивания влажности и ликвидации внутренних
напряжений по сечению материала.
После нанесения клея на склеиваемые поверхности произво-
дится запрессовка деталей. Наиболее доступный и простой метод
гвоздевого прессования применяется только при небольших объ-
емах производства.. Более целесообразно применение струбцин,
хомутов и других приспособлений с запрессовкой электрически-
ми или пневматическими ключами. Наиболее эффективны для
этих целей механические, пневматические и гидравлические прес-
— 595 —
сы с прогревом паром, нагретой водой, в поле токов высокой ча*
стоты и пр.
Применение прогрева обеспечивает схватывание клеевых
швов в короткие сроки, исчисляемые часами, а в поле ТВЧ мину-
тами, а в отдельных случаях и десятками секунд.
По данным ВИАМ и ЦНИПС сроки выдержки при склеива-
нии деталей и конструкций клеями с отвердителями приводятся
в табл. 31, 32 и 33.
Таблица 31
Сроки выдержки при запрессовке холодным способом для фенол-
формальдегидного и карбамидного клеев
Температура помещения в град. Сроки выдержки при запрессовке холодным способом в час. Минимальные сроки выдержки для всех конструкций, вклю- чая выдержку в прес- се и после распрес- совки (до обработки)
балок без строитель- ного подтема и строительных деталей балок со строительным подъемом гнутых элементов
16-20 8 18 24 32
21—25 6 8 18 30
26-30 4 8 12 24
Таблица 32
Сроки выдержки многослойных деталей в прессах для фенолформальдегидного
клея (КБ-3) при температуре нагретого воздуха 50—60°
Ширина (толщина) деталей в мм Сроки выдержки в мин.
на 1 мм ширины (толщины деталей) дополнительная выдержка (сверх установ- ленного времени на 1 мм толщины деталей)
До 30 2 30
31—100 1 60
101 и более 0.5 по
Таблица 33
Рекомендуемые сроки выдержки многослойных деталей в прессах
для фенолформальдегидного клея (КБ-3) при температуре нагретого воздуха
70—90°
Ширина склеиваемого пакета в мм Сроки выдержки в мин.
в камере дополнительная выдержка в прессе при / = 18—20° (после выгрузки из камера)
До 150 60 30
Более 150 90 30
— 596 —
При склеивании элементов несущих конструкций температу-
ру нагрева не рекомендуется принимать более 90° во избежание
некоторого снижения прочности.
Склеивание щитов из брусков на кромку производится обыч-
но на клеильно-конвейерных ваймах (рис. 376); вайма состоит из
металлических струбцин, насаженных по нескольку рядов на
бесконечные приводные цепи. Для ускорения схватывания клея
под ваймой обычно устанавливаются паровые батареи.
Рис. 376. Общий вид клеильно-конвейерной ваймы
При склеивании элементов пакетного вида целесообразно при-
менение ваймового пресса (рис. 377), пресса консольного типа
(рис. 378), универсального ваймового пресса для склеивания
криволинейных элементов с запрессовкой механическим ключом
(рис. 379) и наиболее совершенных гидравлических или пневма-
тических прессов с передачей давления от шлангов, в которые
подается вода или воздух под давлением 3—5 ати (рис. 380).
С целью повышения производительности таких прессов при-
меняются дополнительные ваймы, которые перед укладкой в
пресс надевают на пакет, и после создания в прессе заданного
давления подтягивают до полного обжима пакета уже в прессе
(рис. 380). После затяжки винтов в ваймах давление в прессе
снимают, пакет удаляют из пресса и выдерживают в отапливае-
мом складе до затвердения клея. Таким образом, пресс исполь-
зуется только для создания начального давления. Для склеива-
— 597 —
Рис. 377. Ваймовый пресс для склеивания свай
/ — зажимной винт диаметром 30 мм; 2 — прижимные площадки; 3 — неподвижные
тяги; 4— откидные тяги; 5 — верхняя траверса; 6 — основание из швеллеров № 14;
7 — рама основания пресса
Рис. 378. Консольный ваймовый пресс
598 —
Рис. 379. Универсальный ваймовый пресс для склеивания конструкций с фи-
гурными деревянными цулагами и боковыми струбцинами
/ — швеллеры подкладки; 2 — основание пресса; 3 — неподвижные тяги; 4 — откидные
тяги; 5 — шарнир; 6 — прессовочная плитка; 7 — винт ваймы; 8— головка винта; 9—
траверса ваймы; 10 — защелка; // — верхняя цулага; 12 — нижняя цулага; 13 — стальные
накладки цулаг; 14 — повышенная вайма для первоначального гнутья пакетов; 15 —
склеиваемые элементы; 16 — боковая струбцина
Рис. 380. Схема шлангового пресса с применением дополнительных вайм
/ — шланг; 2—пакет; <3 — станина пресса; 4 — стол для сборки пакета; 5 — транспорти-
ровка пакета после запрессовки
— 599 —
ния пакетов все же более рационально применять прессы без-
дополнительных вайм, так как использование последних снижа-
ет основное достоинство шланговых прессов — равномерность
давления при запрессовке, чего в хомутовых дополнительных
ваймах добиться трудно.
Для повышения производительности пресса целесообразна
(для небольшого производства) установка пресса на колесном
ходу (пресс-вагонетка) и ускоренное выдерживание запрессован-
ного пакета (вместе с герметизированным, отключенным от
компрессора шланговым прессом) в горячей камере (/ = 50-4-60°).
Оклейка стеновых щитов или полотен щитовых дверей обли-
цовочной фанерой или древесно-волокнистой плитой обычно про-
изводится в холодных или горячих гидравлических прессах.
В целях повышения производительности холодный пресс исполь-
зуется только для первоначального обжатия. Сжатый пакет стя-
гивают специальными хомутами, вынимают из пресса и выдер-
живают в таком состоянии до схватывания клея. Для ускорения
полимеризации клея зажатый пакет может быть помещен в ка-
меру с подогревом паровыми батареями.
При массовом производстве оклеивание щитовых дверей про-
изводят в многоэтажных горячих гидравлических прессах с па-
ровым обогревом плит. Плиты нагреваются обычно до 130—150°,
давление дается от 5 до 10 ати, иногда и больше. При примене-
нии синтетических клеев выдержка щитов в прессе — в пределах
10—20 мин.
Пресс делает 3—4 производственных цикла в час. В качестве
примера можно привести гидравлический горячий пресс ПГ 797
Днепропетровского машиностроительного завода (рис. 381) со
следующей характеристикой: размеры плит 3 100X1 100 мм; чис-
ло плит— 16; промежутков— 15, давление пара 6—8 ати\ тем-
пература плит 130—150°; максимальное давление пресса —
800 т; потребная мощность электродвигателей — 38 кет.
Производительность такого пресса за семичасовую смену при
1- „ 60-7-15-0 9 О7О
цикле в 15 мин. составит П =----—----- = 378 дверных ПОЛО-
lD
тен.
Здесь 0,9 — коэффициент использования рабочего времени.
Склеивание с прогревом в поле токов высокой частоты. Основ-
ной областью применения склеивания в поле токов высокой ча-
стоты (ТВЧ) является поточное производство деталей, изделий
и конструкций. Склеиваемый элемент располагается между ме-
таллическими пластинами — электродами, которые присоединя-
ются к источнику токов высокой частоты.
Характерной особенностью применения ТВЧ является изби-
рательный прогрев преимущественно самого клеевого шва при
минимальной затрате энергии на прогрев всей массы склеивае-
мой древесины; этим обеспечивается значительное ускорение
— 600 —
Рис. 381. Гидравлический пресс с загрузочной этажеркой
1 — пресс; 2 — загрузочная этажерка с подъемным лифтом
процесса схватывания и твердения клея и повышение экономи-
ческой эффективности производственной технологии.
Применение ТВЧ следует считать основным средством к ус-
корению процесса склеивания пакетов досок шириной до 15 см
при производстве многослойных клееных балок, прогонов и ароч-
ных поясов; при этом клеевой шов располагается в плоскости
поля ТВЧ между электродами (параллельное склеивание). Ав-
томатизация технологии сращивания досок на зубчатый шип, из-
готовление паркетных досок также базируются на применении
ТВЧ.
2. Обработка элементов (узлов)
После сборки элемент (узел) не имеет еще окончательной фор-
мы и точных размеров вследствие неточности обработки отдель-
ных деталей. Например, элемент фермы, склеенный на пласть
(пакет досок), будет иметь неровные (ступенчатые) торцы и
кромки и не будет иметь точных размеров по длине. В отдель-
ных случаях необходимо обработать торцы таких элементов под
требуемыми углами.
Обычно узлы или элементы после сборки подвергаются чисто-
вой обработке по толщине, длине и ширине или же по одному,
двум размерам.
При изготовлении столярных элементов (оконные створки,
дверные полотна и др.) в первую очередь надо уничтожить про-
весы по толщине в местах соединений деталей, а затем обрабо-
тать элементы по длине и ширине с отборкой требуемого профи-
ля. После этих операций можно производить далнейшую обра-
ботку узлов — сверление отверстий под болты, выборку гнезд
и т. п.
Поэтому собранный узел представляет собой своего рода за-
готовку, требующую определенной обработки.
Снятие провесов в щитах и рамках производится на фуговаль-
ных и рейсмусовых станках, иногда на шлифовальных. Обработ-
ка по длине и ширине производится на круглопильных станках;
для точной и профильной обработки щитов и рамок по пери-
метру применяются фрезерные станки и т. д.
Деревянные конструкции больших размеров, которые не мо-
гут транспортироваться в собранном виде на место строительст-
ва, изготовляются сборно-разборными. Поэтому комплект таких
конструкций на конечной стадии производства выборочно дол-
жен подвергаться контрольной сборке и испытательной нагрузке.
Такую сборку производят на специальных настилах-бойках, на
которых в натуральную величину устанавливают шаблон конст-
рукции с упорами и зажимными приспособлениями для сборки
деталей, крепления узлов и загрузки. Элементы конструкции или
части ее раскладывают по шаблону. Дефекты в деталях и эле-
ментах и неточности их обработки, выявленные в результате
— 602 —
контрольной сборки, устраняют при помощи ручных электрифи-
цированных и других инструментов и затем по этим данным кор-
ректируют технологию изготовления элементов в цехе. Контроль*
ная сборка конструкций может производиться в цехе или же под
навесом.
Кроме деревообрабатывающих станков, в сборочных цехах и
участках необходимо иметь комплект деревообрабатывающего
электрифицированного инструмента (электропилы, электрофу-
ганки, электродрели и пр.),.
Для изготовления и сборки д. к. целесообразно применять
универсальные деревообрабатывающие станки, особенно при не-
больших масштабах работ. Отличие таких станков от специали-
зированных состоит в том, что на них можно выполнять несколь-
ко различных операций: поперечный раскрой под любым углом,
продольный раскрой, сверление, зарезку шипов и проушин, вы-
борку гнезд и т. п.
§ 169. ОТДЕЛКА
Отделка должна предохранять поверхность древесины от непосредствен-
ного действия воздуха, влаги, от истирания, загрязнения и прочих воздейст-
вий в условиях хранения, транспортировки и эксплуатации деталей и конст-
рукций. Вместе с тем она должна сохранить, усилить и углубить естествен-
ную окраску древесины, выявить ее текстуру или наоборот скрыть ее.
Виды отделки.
Малярная — обычно с полным закрытием текстуры древесины; предохра-
нительная плеика в этом случае совершенно непрозрачна, окрашена в задан-
ный цвет.
Сюлярная — характеризуется сохранением текстуры древесины, обычно
даже углублением, подчеркиванием ее; изолирующий слой при этом должен
быть прозрачным.
Имитационная — с искусственным воспроизведением текстуры и окраски
древесины.
Малярная отделка состоит в покрытии поверхности древесины кроющи-
ми красками. Такая окраска применяется в основном для столярных деталей
и наружных частей зданий. Под малярную отделку может идти древесина,
имеющая дефекты (заделанные пробками сучки, синеву и пр.).
Отделочная подготовка состоит из грунтования масляными жидкими
грунтовками, состоящими из связующего вещества (лак, олифа), красителя
и иногда наполнителя.
После грунтования следует сушка и шлифование, затем местное или
сплошное шпаклевание. Последнее предпочтительнее, особенно для хвойных
пород, имеющих резкую разницу в твердости весенних и летних слоев, и для
клееной фанеры, имеющей обычно трещины. В последнем случае применяет-
ся еще способ оклеивания поверхности' рекомендовать не следует, так как в
ние без предварительного грунтования рекомендовать не следует, так как в
этом случае связь (сцепление) с древесиной у отделочной пленки окажется
недостаточной.
После шпаклевания, просушивания и шлифования приступают к окраске
масляными, эмалевыми или нитроцеллюлозными красками. Краска в зависи-
мости от ее укрывистости наносится за несколько раз, не менее двух, с про-
межуточными просушиванием и шлифованием.
Столярная отделка в основном заключается в крашении древесины про-
зрачными красителями и в нанесении прозрачного гладкого слоя (лака), при-
дающего изделию лучший вид и служащего одновременно изолирующим
$03.
слоем. В строительстве столярная отделка применяется для встроенной мебе-
ли, внутренней отделки (двери, панели, потолки, поручни, паркет и т. л.).
В заводских условиях грунтовки, жидкие шпаклевки, краски и лаки на-
носятся на отделываемую поверхность распылительными (пульверизационны-
ми) установками. При небольших объемах работ отделочные материалы нано-
сятся кистью.
В последнее время приобретает большое практическое значение окраска
деревянных изделий в электрическом поле высокого напряжения. Сущность
этого способа состоит в том, что в электрическом поле из распылителя по-
дается краска, частицы которой, получая отрицательный заряд, движутся по
силовым линиям электрического поля и притягиваются к изделию, находяще-
муся под положительным потенциалом. При окраске обычным распылением,
в зависимости от размеров и формы окрашиваемого изделия потери лакокра-
сочных материалов достигают 40—70%. Применение метода электрокраски
позволяет уменьшить расход лакокрасочных материалов при получении плен-
ки одинаковой толщины в среднем на 50% по сравнению с обычным распы-
лением. Покрытие получается более равномерным, сплошным и без натеков.
Затраты электроэнергии настолько незначительны, что практически не учиты-
ваются. При применении метода окраски в электрическом поле процесс окрас-
ки полностью автоматизируется.
§ 170. ПРИМЕРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ДЕРЕВЯННЫХ ДЕТАЛЕЙ И КОНСТРУКЦИЙ
В условиях современного развития строительной индустрии
каждое изделие должно удовлетворять требованиям технологич-
ности; каждая деталь, узел и их сопряжения должны быть ориен-
тированы на поточное производство с применением новейшей тех-
ники на базе конвейеризации и автоматизации производства.
При малом объеме работ и мелкосерийном производстве тех-
нологическое оборудование обычно устанавливается в общем по-
токе, а при большом объеме выделяются самостоятельные пото-
ки. В отдельных случаях потоки могут сходиться или объеди-
няться.
Предприятия -по производству деревянных строительных де-
талей и конструкций обычно имеют в своем составе следующие
цехи:
1) лесопильный цех, предназначенный для распиловки хвой-
ных бревен на пиленые сортименты (глава III);
2) сушильный цех для искусственной сушки пиломатериалов
(глава IV);
3) деревообрабатывающий цех или комплекс деревообраба-
тывающих цехов.
Деревообрабатывающим цехом современного предприятия по
изготовлению деревянных строительных деталей и изделий,
включая и изготовление деревянных деталей для домов со сте-
нами из местных строительных материалов, могут выпускаться
следующие детали и изделия: черновые заготовки, плотничные
детали, включая и щиты на гвоздях, строганый погонаж, клееные
детали и конструкции, включая и клееные щиты, столярные из-
делия.
— 604 —
Процесс изготовления указанных строительных деталей и из-
делий может состоять из одного или нескольких потоков. На-
пример, изготовление черновых заготовок и строганого погона-
жа — каждый из одного потока станочной обработки; столярных
изделий — из трех потоков: брускового, сборочного (рамочно-
го) и отделочного; клееных конструкций — из четырех потоков:
брускового, клеильного, сборочного и отделочного.
В зависимости от объема и серийности производства и типа
оборудования отдельные потоки могут быть объединены либо
полностью, либо на отдельных стадиях обработки.
Например, раскрой досок на черновые заготовки может быть
объединен с потоком изготовления плотничных деталей и изде-
лий; брусковый поток столярных изделий может быть в началь-
ной стадии общим с потоком раскроя досок на черновые заго-
товки; поток строганого погонажа может быть скомпонован с от-
делением склейки элементов и пр.
Отделочные потоки также могут быть отдельными и общими.
В приводимых ниже примерах технологического процесса из-
готовления деревянных деталей и конструкций полуавтоматиче-
ские лцнии и участки состоят из деревообрабатывающих стан-
ков общего назначения, связанных между собой механизирован-
ными транспортными средствами без централизованного автома-
тического управления. Каждый станок, или группа станков, уп-
равляется отдельным рабочим. При соответствующей переналад-
ке линий на них могут обрабатываться различные детали.
Важное значение придается наиболее экономичному исполь-
зованию сырья и полуфабрикатов и использованию древесных
ОТХОДОВ).
Например, замена филенчатых дверей щитовыми дает воз-
можность гораздо эффективнее использовать древесину и упро-
щает технологический процесс.
Очень большое влияние на технологичность изделия оказыва-
ет их типизация и нормализация. Так как конструкции подавля-
ющее пасти изделий, изготовляемых из древесины, создавались в
условиях слабо механизированного производства и на протяже-
нии длительного времени оставались неизменными, они не могут
считаться технологичными для современных полуавтоматизиро-
ванных и автоматизированных процессов, и в каждом отдельном
случае требуется критическая оценка технологичности конструк-
ции и формы как деталей, так и изделия в целом.
1. Технологический процесс поперечно-продольного раскроя
досок на черновые заготовки
На рис. 382 дана схема цеха поперечно-продольного раскроя
досок на черновые заготовки, представляющие собой пиломате-
риалы целевого назначения определенной толщины, ширины и
— 605 —
длины. В некоторых случаях заготовки могут быть произволь-
ной длины и ширины и прирезаются по длине и ширине на месте.
Назначение черновых заготовок довольно разнообразное; они
применяются в строительстве (несущие конструкции, дверные и
оконные коробки, доски чистого пола, оконные переплеты
и т. п.), в вагоностроении, для изготовления мебели и т. д.
Штабеля 2 досок по узкоколейному пути 1 поступают на на-
клонный лифт 3, откуда доски по приводному рольгангу 4 с вин-
товыми роликами подаются на торцовочный станок 5 для попе-
речного раскроя и вырезки дефектных мест; полученные отрезки
досок специальным устройством 6 автоматически сбрасываются
Рис. 382. Схема поперечно-продольного раскроя досок на черновые заготовки
на ленточный транспортер 7, при помощи передвижного щита 8
подаются на столы 9, на продольно-пильные станки 10, на сор-
тировочный поперечный цепной транспортер 11. на ребровую
сортировочную площадку 12 и на упаковочный стол 13. Заготов-
ки с сучками, подлежащими заделке, снимаются с транспортера
11 и направляются по столам 14 и 15 на станок 16 для заделки
сучков и со стола 17 снова поступают на сортировочный транс-
портер.
Если требуется только поперечный раскрой досок ранее сфор-
мированного сечения, то заготовки после поперечного раскроя,
минуя продольно-пильные станки, сразу поступают по ленточно-
му транспортеру 7 на сортировочный транспортер Г1 и далее на
сортировочное устройство 12.
Упакованные заготовки укладываются на вагонетки 18 и вы-
возятся на склад.
В этом же цехе можно изготовлять нестроганые детали и эле-
менты^ годные для применения в строительстве без дальнейшей
— 606 —
обработки или идущие для изделий, собираемых на гвоздях, на-
пример для щитов перегородок, щитов черного пола и потолка,
для дверей и ворот плотничной работы, элементов стропил, обре-
шетки и других плотничных изделий.
Некоторые элементы, кроме того, подвергаются антисептиро-
ванию и тогда в составе цеха организуется отделение антисепти-
рования и сушки (глава IV).
Технологический процесс изготовления плотничных изделий
вначале сводится главным образом к получению из досок путем
поперечной и продольной выпиловки деталей требуемой длины и
ширины. На этих операциях изготовление значительной части
плотничных деталей и заканчивается. Затем, в случае необходи-
мости, производится строжка, далее — сборка элементов на гвоз-
дях,. нагелях, болтах, шипах и пр. Конечной операцией является
чистовая оторцовка деталей или собранных элементов (прямая
или фасонная), а для щитовых деталей — чистовая обрезка по
ширине».
Для плотничных работ обычно применяется следующее обо-
рудование: строгальные станки, круглопильные станки для по-
перечного и продольного раскроя досок, сверлильные, универ-
сальные комбинированные станки, легочные пилы для вырезки
криволинейных деталей, автоматы для забивки гвоздей, ваймы
для сборки рамочных изделий, шаблоны, приспособления, кон-
дукторы и ручные электрифицированные инструменты.
2. Особенности обработки некоторых плотничных элементов
Представляет большой интерес изыскание способов станочной
заготовки брусчатых элементов, применяемых главным образом
для стен домов в многолесных северных и восточных районах с
холодными и сильными ветрами.
С точки зрения уменьшения продуваемости и экономии дре-
весины одной из рациональных форм поперечного сечения сте-
нового бруса деревянного дома является брус, на одной из сопря-
гаемых граней которого вырезана треугольная рейка с образова-
нием паза (рис. .383). Вырезанная рейка набивается гвоздями на
противоположную грань бруса с укладкой под рейку слоя утеп-
лителя. Установка смежных брусьев пазами на рейку обеспечи-
вает высокую степень непродуваемости стыков.
Вырезка в брусе рейки треугольного сечения может быть вы-
полнена на легком продольно-распиловочном станке, изготовлен-
ном по чертежам А. И. Дворецкого (рис. 258, 383). Станок со-
стоит из подвижной рельсовой каретки, на которой монтируются
две цепные электропилы ЦНИИМЭ К-6.' Номинальная мощность
электродвигателя каждой пилы 1,7 кет.
Брус 3 укладывается между рельсами на две опорные гре-
бенки 16 и закрепляется двумя зажимами 15, перемещающимися
— 607 —
Рис. 383. Легкий
ywww
По 1-1
/
бОШр-
Я !7/4J/ZA.WZ*
15
15 a
Швеллер
л/*/4
1
8550 —
План
Ьимен
каретки
1Д6и>нение
каретки
9
13
^/.,5
продольно-распило-
вочный станок
а —общий для станка в
рабочем положении (схе-
ма); б — подвижная ка-
ретка с угловой травер-
сой для выпиливания
трехгранных призм из
брусьев для стен брус-
чатых домов; б1—раз-
рез по оси центральной
поворотной колонки с
угловой траверсой; в —
подвижная каретка с
прямой траверсой для
распиловки бревен на
брусья и ДОСКИ; в1 — СХв-
ма распиловки при пря-
мом 1 и обратном 11
движении каретки; 1 —
каретка; 2 — рельсовый
путь; 3 — брус; 4 — стой-
ка; 5 —рама; 6 — цент-
ральная поворотная ко-
лонка; 7 —направляю-
щий стакан; 8 — гайка и
штурвал вертикального
перемещения пильных
механизмов; 9 — угловая
траверса для крепления
пильных механизмов;
10 — ручка для поворота
пильных механизмов (нЬ
180° в плане);
электродвигатель
дуктор от цепной
ЦНИИМЭ К-6;
круглая пила (диамет-
ром 300—350 мм)] 13 —
каток двухребордный;
14 — каток гладкий; 15 —
труба диаметром 75;
от поворо-
11 -
и ре-
пилы
12 —
механизм крепления бревна; 15а — защитная
16 — опорная гребенка; /7 — защелка для фиксации колонки с**
та; 18 — кабель питания двигателей; 19 — прямая траверса
в горизонтальном направлении для правильного центрирования
бруса.
Каретка 1, передвигаясь по рельсовому пути 2, выпиливает
в брусе 3 трехгранную рейку двумя пилами 12, поставленными
под нужным углом. Станок производит выпиловку при движении
в обе стороны, для чего перед обратным движением каретки пи-
лы поворачиваются на 180° вокруг поворотной колонки 6. Кроме
выпиловки рейки, на этом станке пилами диаметром 350 мм
можно производить окантовку бревен диаметром до 30 см и рас-
пиловку на необрезные доски бревен диаметром до 24 см.
Каретка с пилами передвигается по рельсам в возвратно-по-
ступательном направлении одним рабочим, однако легко может
быть осуществлен механический привод наподобие привода те-
лежки шпалорезного станка ЦДТ-4.
Примерная производительность станка при обслуживании че-
тырьмя рабочими за смену может составить
77 = uTkik2,
где и — средняя скорость ручной подачи, принимаемая равной
6 м1мин\
Т—продолжительность смены в мин. (420 мин.);
kj—коэффициент использования рабочего времени станка
(0,9);
k2 — коэффициент использования машинного времени стан-
ка (0,5).
77 = 6 • 420 • 0,9 • 0,5 = 1 134 пог. м, или 189 брусьев длиной
по 6 м.
3. Технологический процесс изготовления строганых и клееных
деталей и конструкций
В целях более полного использования низкосортных и корот-
комерных пиломатериалов, а также кусковых отходов необходи-
мо значительное расширение производства клееных деревянных
строительных деталей и конструкций, что позволяет существен-
но снизить удельный расход древесины на единицу продукции и
одновременно улучшить ее качество.
Организация изготовления клееных элементов на современ-
ных деревообрабатывающих предприятиях наиболее целесооб-
разна при цехах производства строганых деталей (доски чисто-
го пола, наличники и пр.), так как склейка является следующим
процессом после сушки и строжки. Кроме того, в современных
строгальных цехах при поперечном раскрое досок получается
сравнительно большое количество кусковых отходов (отрезков
досок), годных для изготовления клееных деталей и, в первую
очередь, для изготовления досок любой длины путем наращива-
ния по длине зубчатым шипом на клею.
На рис. 384 показан схематический план расположения обо-
— 609 —
рудоваиия и рабочих мест цеха по изготовлению строганых и кле-
еных деталей и конструкций.
Ввиду специфичности склеечных работ отделение склейки
изолировано от строгального отделения.
Примерная производительность цеха может составить около
15—20 тыс. ж3 в год при двусменной работе.
Компоновка, состав и планировка оборудования цеха преду-
сматривают возможность изготовления довольно широкого ас-
сортимента строганых и клееных элементов, начиная от досок
чистого пола, брусков оконных и дверных коробок и т. п. и кон-
чая сложными элементами несущих конструкций прямолинейной
или криволинейной формы (балки, прогоны, блоки верхнего поя-
са сегментных ферм и т. п.).
Строгальное отделение и отделение клееных деталей и
конструкций работают самостоятельно, получая нестроганые и
строганые доски из соответствующих буферных складов^. В от-
дельные смены строгальное отделение выпускает строганый по-
гонаж или же строганые дооки для склейки, которые накапли-
ваются и комплектуются в пакеты 31 на складе строганых дета-
лей. Технологический процесс изготовления клееных деталей и
конструкций с применением полуавтоматических линий и уча-
стков кратко сводится к следующему.
Сухие доски в пакетах 2 подаются из буферного склада при-
водным рольгангом / на наклонный лифт 3. После снятия каж-
дого ряда досок пакет на лифте поднимается на толщину ряда.
Из пакета доски поступают через откидные роликовые шины 4 и
приводной рольганг с винтовыми роликами 5 к торцовочному
станку 6 с прямолинейным движением суппорта пилы для тор-
цовки досок на заданную длину с вырезкой дефектных мест. Да-
лее доски по приводным рольгангам 7 поступают на браковоч-
ный поперечный цепной транспортер 8.
Доски с сучками, подлежащими заделке, снимаются с транс-
портера 8 и направляются при помощи ролика 16 и ленточного
транспортера 10 с автоматическим сбрасывателем на цепной
транспортер И и далее по рольгангу 12 на автоматический ста-
нок 13 для заделки сучков, откуда по рольгангу 14, цепному
транспортеру 15 и ролику 16 снова поступают на браковочный
транспортер S.
Кроме того, доски могут быть поданы прямо с ленточного
транспортера 7 -на поперечный цепной транспортер 9 и далее по
транспортерам 10, 11, 12 к станку 13 для заделки сучков и от-
сюда на сортировочный транспортер 8.
С браковочного транспортера доски подаются на питательный
механизм 17 с приводными винтовыми роликами и направляю-
щей линейкой 17а. Дальше доска, перемещаясь винтовыми ро-
ликами к четырехстороннему строгальному станку 19 и прижи-
маясь своей кромкой к направляющей линейке 17а, захватывает-
— 610 —
ся вращающимся диском 18 и направляется в строгальный ста-
нок.
При строгании некоторых узких деталей (раскладки, галтели
и т. п.) возможен пропуск через четырехсторонний станок досок,
кратных по ширине, с продольной распиловкой строганых эле-
ментов на две детали круглой пилой 20, монтируемой на станине
строгального станка. При этом производительность строгального
станка увеличивается в 2 раза, а продольная распиловка, совме-
щаемая со строганием, как отдельная операция, исключается.
В соответствии с ГОСТ 8242-56 наличники, плинтусы, галтели
и поручни должны поставляться проолифленными. Вместо обыч-
но применяемой олифовки кистью для этой операции предусмат-
ривается ванна с олифой, устанавливаемая непосредственно за
строгальным станком. Деталь, выходя из строгального станка,
автоматически проталкивается через ванну 21, имеющую эла-
стичные манжеты, обжимающие деталь и препятствующие выте-
канию олифы. Расход олифы при этом значительно меньше, чем
при ручном покрытии кистью, а отдельная операция олифовки
отпадает.
Доски, вышедшие из строгального станка, по роликовому сто-
лу 22, ленточному транспортеру 23 при помощи сбрасывающего
устройства 24 поступают на сортировочный поперечный цепной
транспортер 25. Доски, требующие поперечной разрезки и за-
делки сучков, обнаруживаемых после строгания, снимаются с
сортировочного транспортера 25 и направляются на столы 26
и 27 для торцовки на торцовочных станках 6а и для заделки
сучков на автоматическом станке 13. От этих станков доски
при помощи поперечного цепного 28 и ленточного 29 транспор-
теров направляются снова на транспортер 25. Затем строганые
доски снимаются с сортировочного транспортера 25 и уклады-
ваются в пакеты. Пакеты 30 строганых погонажных деталей
(доски чистого пола, плинтусы и пр.) кран-балкой 32 подаются
на приводные рольганги 1а и 16 и вывозятся из цеха. Доски,
предназначенные для склейки, в пакетах 31 тельфером 32 или 33
подаются на рольганг 16 и далее к одностороннему шипорез-
ному станку с конвейерной подачей 34 для зарезки торца на
зубчатый шип, затем рольгангом 35 подаются на шипорезный
станок 36 для зарезки второго торца.
После зарезки шипов доски с дефектными шипами уклады-
ваются в пакет 31а, а отсюда, по мере накопления, тельфером 33
направляются на повторную зарезку шипов.
Доски с торцовыми зубчатыми шипами от шипорезного стан-
ка 36 подаются на ленточный транспортер 37 и далее последова-
тельно, как и при зарезке шипов, поперечным цепным транспор-
тером 37а на вертикальный клеенамазочный валик 38 и по роль-
гангу 39 цепным транспортером 376 на клеенамазочный валик
38а для смазывания шипов клеем, затем рольгангом 40 в ста-
нок 41 для автоматической торцовой запрессовки с образованием
— 611 —
непрерывной ленты, проходящей через зону токов высокой часто-
ты 42, что обеспечивает схватывание клея в процессе прохож-
дения досок.
После отвердевания клеевых соединений 'непрерывная движу-
щаяся лента досок торцуется автоматически действующей тор-
цовочной пилой 43 на отрезки заданной длины. Склеенные и при-
резанные по длине доски ленточным транспортером 44 подают-
ся на сортировочный поперечный цепной транспортер 46. С это-
го транспортера доски, предназначенные для более напряженных
слоев, направляются на поперечный цепной транспортер 47. В
случае необходимости склеенные по длине доски с ленточного
транспортера 44 могут быть сняты и уложены на рольганг 45 и
направлены на склад клееных элементов.
Для изготовления многослойных клееных элементов склеен-
ные по длине доски, прирезанные, как правило, по длине этих
элементов, рольгангом 48 подаются на клеенамазочные валь-
цы 4$ и рольгангом 50 подаются в строгой последовательности
по качеству на стол 51 и отсюда тельфером 54 в пневматическую
шланговую пресс-вагонетку 52. Доски для соединения впритык
(для менее напряженных зон) укладываются по длине одна за
другой на стол 5а торцовочного станка 66 и продвигаются по
столу в направлении клеенамазочного станка.
Первая доска, войдя своим торцом до упора Д, автоматиче-
ски останавливает продвижение досок и одновременно включа-
ет пилу. Пила перерезает последнюю доску поперек и делает
ленту досок по длине равной длине склеиваемого элемента,. Пос-
ле этого вся лента сдвигается на стол 48а, направляется по сто-
лу 486 в клеенамазочный станок 49а и затем по транспортеру 50а
на стол 5/ и в пресс-вагонетку 52.
После этого отрезок, оставшийся от .последней доски, про-
двигается вперед по столу, и набирается новая лента из досок.
Такой способ набора досок и их прирезка по длине склеиваемого
элемента освобождает от трудоемкой операции по подбору до-
сок по длине для каждого слоя или же исключает операцию
обрезки концов досок в пакете перед запрессовкой.
При подаче досок для соединения впритык прекращается по-
дача досок с зубчатыми стыками и наоборот.
После набора пакета шланг пресс-вагонетки заполняется сжа-
тым воздухом, увеличивается в объеме и оказывает давление на
склеиваемый элемент. После запрессовки пресс-вагонетка пере-
мещается по траверсе 53 в положение 52а, на место ее поступа-
ет порожняя пресс-вагонетка 52г. Пресс-вагонетка из положения
52а перемещается по рельсовому пути в положение 526, проходя
по пути зону поля токов высокой частоты 55, что обеспечивает
полимеризацию клея в процессе непрерывного или пульсирую-
щего движения.
В положении 52в пресс-вагонетка распрессовывается и скле-
енный элемент кран-балкой 56 подается на роликовый стол 57
— 612 —
торцовочных станков 58 и сверлильных 59, на которых произво-
дитгся торцовая прирезка склеенных элементов и сверление от-
верстий для болтов.
Торцовочные и сверлильные станки 58 и 59 монтируются на
направляющих 60 для возможности передвижения и фиксации
этих станков вдоль роликового стола 57 в зависимости от харак-
тера изготовляемых элементов. Готовые элементы кран-балкой 56
подаются на приводной рольганг 61 и направляются на склад
клееных элементов.
В случае необходимости профильной обработки досок, скле-
енных по длине зубчатым шипом, эти доски в пакете 2а могут
быть поданы со склада клееных элементов по рольгангу 1 на
лифт За и по цепному транспортеру 8 и рольгангу 17 на четы-
рехсторонний строгальный станок 19.
Приведенная технологическая схема может быть сохранена
и для случая изготовления элементов криволинейного очертания.
Склейку криволинейных элементов в пресс-вагонетке при этом
удобнее производить вертикально, т. е. в плоскости ярки или
фермы. Соответственным размещением электродов ТВЧ по очер-
танию арочного пояса можно сохранить расположение их перпен-
дикулярно клеевому шву для обеспечения параллельного склеи-
вания.
4. Технологический процесс изготовления дверей щитовой
конструкции
Из столярных изделий в строительстве наибольшее примене-
ние имеют двери и окна (ГОСТ 8671-58 и 8780-58).
Столярные изделия изготовляются из древесины, высушен-
ной до 10—12%; основным средством соединения в них являют-
ся клеи; столярные изделия, как правило, подвергаются маляр-
ной или столярной отделке, а дверные полотна в некоторых слу-
чаях покрывают фанерой или оклеивают пленками из пластмасс.
По конструктивным признакам различают двери рамочно-
филеночные (рис. 385) и щитовые (рис. 386).
Большая трудоемкость изготовления рамочно-филеночных
дверей и большой расход высококачественной древесины потре-
бовали создания более прогрессивных и индустриальных типов
дверей — щитовой конструкции.
Щитовая дверь представляет собой щит, серединка которого
оклеивается с обеих сторон шпоном толщиной 1—2 мм в два
слоя, фанерой или твердой древесно-волокнистой плитой толщи-
ной 4 мм.
Серединка может быть сплошной (для наружных дверей,
рис. 387, а) из реек, как правило, не склеенных по кромкам, из
древесно-стружечных плит и т. п., или пустотелой (для внутрен-
них дверей) из разреженных реек (рис. 387, 6), из отходов про-
изводства фанеры и древесно-волокнистых плит (рис. 387, в, г).
39—2665
— 613 —
Для защиты кромок дверей от отслаивания шпона, фанеры
или древесно-волокнистой плиты применяют обкладку по всему
периметру полотна двери (рис. 388). Обкладка при толщине щи-
та 40 мм имеет сечение 54X22
Рис. 385. Дверной блок с полотном
рамочно-филенчатой конструкции
мм, а при толщине щита 30 мм —
44X22 мм.
В случае высококачественной
приклейки облицовки водостой-
кими клеями двери могут изго-
товляться и без обкладки.
Дверные полотна щитовой
конструкции по сравнению с ра-
мочно-филеночными дверями
имеют следующие преимущества:
значительное снижение общего
расхода древесины, возможность
использования низкосортных и
короткомерных пиломатериалов,
отходов лесопиления и деревооб-
Рис. 386. Конструкции щитовой двери
работки, отходев производства фанеры и древесно-волокнистых
плит, уменьшение трудоемкости, более легкий вес, повышение
тепло- и звукоизоляционных свойств, отсутствие углов и высту-
пов, высокая прочность, сравнительно низкая стоимость, боль-
шие возможности механизации и организации непрерывно-по-
точных, полуавтоматических и автоматических линий по произ-
водству дверей.
При изготовлении дверных полотен и оконных переплетов,
представляющих собой рамочные конструкции, применяются
преимущественно шиповые соединения (рис. 385). Рекомендуе-
мый в настоящее время переход к соединениям на шкантах
(рис. 389) дает без ущерба для прочности экономию высокока-
чественной древесины в размере 4—6%.
В производстве оконных переплетов решающее значение име-
ют высококачественный отбор древесины по сучкам и косослою
и плотное соединение деталей рамок на водостойких клеях.
Окна и двери должны поставляться заводами-изготовителями
собранными в блоки с навешенными на петли оконными створка-
ми и дверными полотнами, окрашенными за 2 раза, в отдельных
— 614 —
случаях остекленными, а для домов заводского изготовления —
также комплектно с оконными и дверными приборами-
Оконные и дверные блоки должны храниться в сухих закры-
тых помещениях.
-1983
Рис. 387. Конструкции серединок щитовых дверей
а — сплошной щит из реек: б — решетка из реек; в — соты из фанеры; г — решетка из
фанеры и твердых древесно-волокнистых плит
Рис. 388. Двери щитовой кон- Рис. 389. Кон-
струкции струкция двер
а — с обкладкой; б — без обкладки НОГО полотна на
шкантах
Бруски оконных и дверных блоков (кроме горбыльков) мо-
гут быть изготовлены из брусков цельного сечения или составле-
ны по сечению из двух или более частей, соединенных по кром-
кам на клею, или составлены по длине с соединением на клею
зубчатым или клиновидным шипов (рис. 111, 374).
39*
— 615 —
Применение водостойких клеев и совершенных средств сое-
динения (на клиновидный шип, а также на шканты и т. п.) улуч-
шает качество столярных изделий, дает экономию высокосортной
древесины и снижает стоимост столярных изделий.
§ 171. ПРОИЗВОДСТВО КЛЕЕНОЙ ФАНЕРЫ
лущении чураков (отрезков бревен
Рис. 390. Выработка клееной, фанеры
а — схема лущения шпона; 1 — разлущиваемый
чурак; 2— лущильный нож; 3 — слущиваемый
шпон; 4 — прижимная линейка; 5 —карандаш;
б —схема формирования листа фанеры
Клееная фанера представляет собой лист, состоящий из скле-
енных между собой трех, пяти, семи или более листов шпона с
взаимно-перпендикулярным расположением волокон в смежных
слоях (рис. 390).
Шпоном называется плоский лист древесины, полученный при
иной соответственно раз-
мерам вырабатывае-
мой фанеры плюс при-
пуск). Толщина шпона
для обычной фанеры
от 0,3 мм и выше. Пе-
ред лущением чур аки
размягчают в воде при
температуре 70—80°.
При лущении чура-
ку сообщается враща-
тельное движение во-
круг его оси, а ножу —
прямолинейное посту-
пательное движение подачи к оси вращения чурака. В резуль-
тате с чурака по всей его длине срезается стружка-шпон в виде
непрерывной ленты постоянной толщины.
Лущильный станок по конструкции подобен токарному. В
шпинделях зажимают чурак. На вращающийся чурак равномер-
но надвигается суппорт с ножом, который сначала срезает все
неровности и кору, образуя цилиндр» а затем разлущивает чурак
на непрерывную ленту шпона подобно развертыванию рулона
бумаги.
Лента шпона по выходе из лущильного станка разрезается
ножницами на листы требуемых размеров, которые поступают
для сушки в многоэтажную (контактную) роликовую сушилку,
имеющую узкие нагревательные плиты и между ними ролики,
подающие листы шпбна вдоль сушилки.
Сухой шпон отбирают по сортам и размерам и выдерживают
в цехе перед склеиванием не менее суток. Существуют горячий
и холодный способы склеивания фанеры в прессах под давлени-
ем от 10 ати и выше. При холодном способе (при температуре
цеха 15—20°) применяют однопролетные гидравлические прес-
сы, в которых запрессовывается целый пакет пачек шпона.
На фанерных заводах обычно применяют горячие мно-
гопролетные (многоэтажные) гидравлические прессы с плитами,
— 616 —
нагреваемыми паром до 140—180°. Между смежными плитами
помещают по одному или нескольку листов фанеры общей тол-
щиной пачки не более 12 мм. Клей наносится на средние листы
шпона при помощи вальцовых станков.
Для обрезки фанеры применяют круглопильные станки, а
для шлцфовки — шлифовальные трехцилиндровые станки.
§ 172. РАСЧЕТ ПОТРЕБНОСТИ В ЛЕСОМАТЕРИАЛАХ
При расчете количества лесоматериалов для изготовления из-
делия заданных размеров и качества следует учитывать:
а) количество отходов при раскрое (оторцовка, вырезка де-
фектных мест, несоответствие размеров и т. п.);
б) размеры необходимых припусков на чистовую обработку
(строгание, фрезерование и пр.);
в) величину ожидаемых потерь в производстве.
Выходом черновых заготовок называется отношение (в % У
объема заготовок, полученных в результате раскроя, к объему'
раскроенных досок, фанеры, столярных плит и т. п. Окончатель-
ным выходом называется отношение объема окончательно обра-
ботанных деталей в изделии к объему тех же досок и г. п.
Размер выхода зависит от вида продукции, породы и сорт-
ности сырья, методов раскроя и обработки. Исходными данны-
ми в определении выхода служат чертежи, ГОСТы, технические
условия на эти изделия.
В табл. 34 приводятся средние данные о выходах некоторых
видов продукции деревообработки.
Пример расчета пиломатериалов для изготовления многослойной балки,
склеенной из досок по толщине на пласть, со стыковкой по длине зубчатым
шипом.
Пиломатериалы — сосновые, обрезные II и III сортов, высушенные до
влажности 15%. Размер балки или панели верхнего пояса в чистоте
145X450X12 000 мм.
Число деталей (досок) в одной балке................... 10
Размеры досок (деталей) в чистоте (после строжки с че-
тырех сторон и наращивания по длине на зубчатый
шип) в мм:
длина............................................. 12 000
ширина.......................................... 145
толщина..................................... 45
Объем досок (деталей) в чистоте на одну балку в м3
(12X0,145X0.045X10) 0.783
Припуски на обработку черновых заготовок в мм:
по длине......................................... 350
» ширине ........................................ 5
» толщине....................................... 5
Размеры досок до строжки и зарезки на зубчатый шип
(с припуском на обработку по длине, ширине и толщи-
не) в мм:
длина . . . ................................. 12 350
— 617 —
ширина . . .................................... 150
толщина...................................... 50
Объем черновых заготовок (досок до строжки) в м3
12.350X0,150X0,050X10) ........ . 0,926
Запас на потери в производстве в %................ 3
Объем потребных пиломатериалов на одну балку в лс3
(0,926:0,97)....................................... 0,954
Выход черновых заготовок (концов досок до строжки и
зарезки на зубчатый шип) при раскрое пиломатериа-
лов поперек волокон в %............................... 80
Объем пиломатериалов на одну балку в м3 (0,954: 0,&‘) 1,192
Чистый выход в % ’ 100 ...................... 65,7
Таблица 34
Средние данные о выходах заготовок из лесоматериалов хвойных пород
Наименование продукции Сортимент лесо- материалов гост Выход черновых заго- товок в °/0 из досок сорта Выход чистовых заготовок из чер- новых в °/0 с уче- том потерр в про- изводстве
I п ш
Балки перекрытий нестроганые, при- резанные по длине Доски чистого по- ла толщиной 22 мм, прирезанные подли- не Оконные и двер- ные коробки . Оконные перепле- ты с толщиной об- вязки 44 мм Двери рамочно-фи- ленчатой конструк- ции (брусковые де- тали) Щитовые двери (без облицовочного материала: фанеры, древесно - волокни- стых плит и пр.) с толщиной полотна 40 мм\ со сплошной реечной серединкой Клееные много- слойные балки из досок толщиной 50 мм (до строжки) Доски хвой- ных пород, обрезные Доски об- резные хвойных пород, спе- цифициро- ванной ширины То же • • • \ Доски хвой- ных пород, обрезные толщиной 50 мм 8486-57 8486-57 8486-57 8486-57 8486-57 8486-57 8486-57 90 80 80 75 80 Исп куско и ни: 90 80 70 70 60 60 ользук вые о зшие с 80 70 )ТСЯ гходы орта 65 90 80 85 65 65 80 85
618
§ 173. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
В ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Вследствие больших скоростей режущих инструментов дере-
вообрабатывающие станки представляют довольно большую
опасность в эксплуатации. Поэтому для предотвращения не-
счастных случаев рабочие места должны быть организованы с
учетом безопасного выполнения работ, оборудованы необходи-
мыми защитными устройствами и освещены в соответствии с
установленными нормами.
На каждый станок и механизм предприятие должно иметь
паспорт и инструкции по правилам технической эксплуатации,
которыми администрация обязана руководствоваться. Все вновь
принимаемые рабочие должны быть проинструктированы по во-
просам техники безопасности, без чего допуск их к работе вос-
прещается.
Станки и механизмы лесопильного и деревообрабатывающего
производства монтируются на фундаментах и основаниях, не до-
пускающих качания или вибрации оборудования во время ра-
боты,.
Установка станков на междуэтажных перекрытиях допускает-
ся только при условии проверки расчетом перекрытия на допол-
нительную нагрузку с учетом динамического ее воздействия.
Все движущиеся части станков должны быть надежно ограж-
дены в соответствии с техническими условиями. Ограждения
должны быть автоматически действующими, их следует прове-
рять перед началом каждой смены. Работа на станке со снятыми
или неисправными ограждениями запрещается.
Чистка, обтирка станка, сметание отходов, осмотр режущего
инструмента и приспособлений, подтягивание гаек, клиньев и т. п.
на ходу станка недопустимы.
Все деревообрабатывающие станки должны быть оборудова-
ны тормозными приспособлениями, которые рекомендуется бло-
кировать с пусковым устройством.
Недопустимо тормозить режущие инструменты и движущиеся
части станка рукой или каким-либо предметом.
Приведение в действие, остановка и обслуживание всех дере-
вообрабатывающих станков, механизмов и транспортных уст*
ройств выполняется только специально обученными лицами, ко-
торым поручена работа на данном оборудовании. Винтовая на-
резка валов и шпинделей для закрепляющих гаек у всех дере-
вообрабатывающих станков должна иметь направление, проти-
воположное вращению режущих инструментов.
Питающие валики, ролики и все подающие механизмы долж-
ны быть снабжены предохранительными приспособлениями, за-
щищающими руки и одежду рабочих от захвата. Зубчатые, ре-
менные и прочие передачи следует прочно оградить.
Мелкие древесные отходы от станков (опилки и стружки) из
— 619 —
деревообрабатывающих цехов должны непрерывно удаляться
пневматическим транспортом в целях создания нормальных са-
нитарно-технических условий и обеспечения противопожарной
безопасности. Исключительное внимание должно быть обращено
на более полный отсос от шлифовальных станков древесно-наж-
дачной пыли как наиболее вредной для здоровья рабочих. Кус-
ковые отходы должны удаляться механическим транспортом
(ленточными, скребковыми и другими транспортерами).
Ограждение кривошипно-шатунного механизма лесопильной
рамы должно быть сблокировано с пусковым и тормозным при-
способлениями так, чтобы при работе лесопильной рамы дверцы
ограждения нельзя было открыть, а при открытых дверцах нель-
зя было бы отпустить тормоз и пустить лесопильную раму в ра-
боту.
В нижнем этаже лесопильной рамы обязательно устройство
приспособления, препятствующего пуску ее из верхнего этажа
без ведома работающих внизу. Верхний и нижний этажи лесо-
пильной рамы должны быть связаны хорошо (безотказно) дей-
ствующей двусторонней световой сигнализацией. Сигнал должен
предшествовать пуску лесопильной рамы. До получения ответно-
го сигнала пуск лесопильной рамы запрещается,.
Воспрещается поддерживать выходящие из рамы бревна или
горбыли ногами или руками, а также вытаскивать застрявшие
между пилами срезки (засоры) до полной остановки рамы.
В педальном торцовочном'станке движение зубьев должно
быть направлено от рабочего так, чтобы пила прижимала распи-
ливаемый элемент к упорной линейке.
Рабочее место у торцовочных станков должно быть смещено
в сторону от плоскости пилы на 300—400 мм для безопасности
рабочего в случае разрыва пильного диска.
Во избежание случайного опускания педали станка, если ее
задел рабочий, или при падении на нее древесины, над педалью
должен быть устроен защитный козырек.
Пильный диск должен быть снабжен прочным предохрани- -
тельным кожухом, сблокированным с педалью и автоматически
опускающимся на распиливаемую древесину при подъеме пилы.
При продольной распиловке верхней частью пилы непосред-
ственно за ней устанавливают расклинивающий нож так, чтобы
его можно было перемещать в плоскости пильного диска, приб-
лижая к зубьям по мере срабатывания диска пилы. Расстояние
между лезвием ножа и зубьями пилы должно быть не более
10 мм, а толщина ножа на 0,5 мм больше ширины развода пи-
лы. По высоте нож должен быть не ниже верхних зубьев диска
пилы.
Многопильные станки для продольной распиловки должны
иметь механическую подачу материала. Многопильные станки
(более одной пилы) с ручной подачей к эксплуатации не допус-
каются.
— 620 -
Перед питательными вальцами во всех многопильных стан-
ках должна быть устроена сплошная завеса из тормозных когтей
или секторов для предотвращения обратного вылета пиломате-
риалов.
В круглопильных станках с несколькими пилами расклини-
вающие ножи необходимо устанавливать за каждой пилой; для
предотвращения заклинивания деталей между ножами послед-
ние должны быть у средних пил не толще ширины пропила, а у
боковых пил — в виде односторонних клиньев, причем клиновое
утолщение должно быть обращено во внешнюю сторону, внут-
ренняя же сторона ножа должна быть параллельна плоскости
пилы и не выходить за ширину пропила.
Ленточно-пильные станки должны быть оборудованы тормоз-
ными устройствами для быстрой остановки пильных шкивов.
Пильные шкивы и пильная лента должны быть ограждены кожу-
хами с металлической сеткой.
Рабочая часть щели в столе фуговального станка с ручной по-
дачей должна быть закрыта автоматически действующим ограж-
дением, открывающим ножевую щель лишь на ширину обраба-
тываемой детали.
Неработающая часть щели за направляющей линейкой долж-
на быть полностью закрыта при всех положениях направляющей
линейки.
Применение ножевых валов квадратной формы и накладок
для придания квадратным валам цилиндрической формы запре-
щается.
Подающие механизмы строгальных станков должны быть
полностью защищены со стороны рабочего места. Перед посы-
лочными механизмами этих станков должны быть установлены
приспособления в виде когтей, секторов и пр., препятствующие
выбрасыванию материала назад.
Рабочая часть ножевой головки фрезерного станка должна
иметь ограждение, которое открывалось бы под действием обра-
батываемой детали. При фрезеровании сложных профилей не-
обходимо применять прижимные приспособления, а при обра-
ботке коротких деталей — направляющие колодки.
При автоматическом подающем механизме и при ручной по-
даче шипорезные станки должны иметь надежно действующие
приспособления для закрепления обрабатываемого материала и
предупреждения отбрасывания его режущими инструментами.
Обрабатываемый на сверлильном станке материал должен
быть прочно закреплен специальным прижимом. Сверла должны
быть снабжены ограждением. При углублении сверла в древеси-
ну ограждение должно закрывать оставшуюся сверху часть свер-
ла, а по мере выхода сверла из отверстия — ограждать все
сверло.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. В. Большаков, О первых русских проволочных (кабельных)
мостах. АН СССР, Труды Института истории естествознания и техники,
т. 7, М., 1956. -
2. А. В. Квятковски й, Возможности деревянного мостостроения.
ЛенНИТО строителей. «Деревянные конструкции», сборник статей по ма-
териалам 1-й Ленинградской областной конференции по деревянным кон-
струкциям. Гл. ред. строит, литературы, М.—Л., 1937.
3. Г. Г. Карлсен, В. В. Большаков, М. Е. Каган, Г. В. Свен-
цицкий, Деревянные конструкции, Изд. 2-е, Гос. изд-во литературы по
строительству й архитектуре, М. — Л., 1952.
4. В. Ф. Иванов, Деревянные конструкции, Гос. изд-во литературы
по строительству и архитектуре, М. — Л., 1956.
5. Г. Г. Карлсен, А. И. ’ Ф о л о м и н, Е. М. Знаменский,
В. Н. Силин, Деревянные конструкции, Изд. ВИА, М., 1956.
6. А. И. Отрешко, Строительные конструкции, т. II, Деревянные
конструкции, Трансжелдориздат, 1950.
7. Г. Г. Карлсен, В. В. Большаков, М. Е. Каган Г. В. С в е fl-
цицкий, Курс деревянных конструкций, Стройиздат, М., ч. 1—1942, ч. II—
1943.
8. И. Я. Иванин, Примеры проектирования и расчета деревянных
конструкций, Госстройиздат, М., 1957.
9. В. А. И в а н о в, А. П. Куницкий и др.. Деревянные конструк-
ции (примеры расчета и конструирования), Госстройиздат УССР. Киев, 1960.
10. А .И. Отрешко, Справочник проектировщика. Деревянные кон-
струкции, Госстройиздат, М., 1957.
11. Инструкция по проектированию и изготовлению клееных деревян-
ных конструкций и строительных деталей (CH 11-57), Госстройиздат, 1958,
12. А. Б. Губенко, В. Е. Шишкин, Исследование несущей спо-
собности и жесткости деревянных элементов с различной формой сечения
при поперечном изгибе. Сборник ЦНИПС «Исследования по деревянным
конструкциям», Стройиздат, 1950.
13. Р. П. Болден ков, Пересчет показателей механических свойств
древесины к стандартней температуре, Изд. ЦНИИМОД, 1957.
14. Инструкция по защите от гниения, поражения дереворазрушающи-
ми насекомыми и возгорания деревянных элементов зданий и сооружений
(И 119—56).
15. В. Г. Михайлов, Скалывание в клееных дощатых стыках, Сб.
трудов ЦНИПС «Вопросы прочности и изготовления деревянных конструк-
ций» под ред. Ю. М. Иванова, Госстройиздат. 1952.
16. В. М. Коченов, Несущая способность элементов и соединений
деревянных конструкций, Гос. изд-во литературы по строительству и архи-
тектуре, М., 1953.
— 622
17. Г. В. Свенцицкий, Современные деревянные фермы. Сборник
«Вопросы применения дерева и пластических масс в строительстве», Гос-
строй из дат, 1960.
18. Ф. Диш ингер, Оболочки. Тонкостенные железобетонные купола
и своды, Госстрой из дат, 1932.
19. Г. А. Савицкий. Антенные сооружения, Связьиздат, 1947.
20. Г. А. Савицкий. Основы расчета радиомачт, Связьиздат, 19.53.
21. Н. С. Стрелецкий, А. Н. Гениев, Е. И. Белен я,
А. В. Балдин, Е. Н. Л е с с и г, «Металлические конструкции», изд. 3-е
переработанное, Госстройиздат, 1961.
22. М и н т р а н с с т р о й. СоюздорНИИ, Нормы и технические условия
проектирования железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб
(Н и ТУПМ), часть II. Мосты и трубы на автомобильных дорогах и город-
ских путях сообщения. Проект. Стеклографированное изд., 1959.
23. Технические условия проектирования мостов и труб на железных
дорогах нормальной колеи (ТУПМ-56). Трансжелдориздат, М., 1957.
24. Ю. А. Р в а ч е в , Работа пространственных конструкций клееных
дощатофанерных высоководных мостов. Изд. ВИА, М., 1958.
25. Е. Е. Г и боцман, Н. Я. Калмыков, Н. И. Поливанов,
В. С. Кириллов, Мосты и сооружения на дорогах, Научно-техн. изд. Мин.
автомобильного транспорта и шоссейных дорог РСФСР, М., 1961.
26. С. А. Ильясевич, В. А. Ключарев, С. И. Не шум о в,
Мосты и переправы, ч. I и II (Деревянные мосты), Изд. ВИА, М., 1958.
27. Указания по проектированию деревянных конструкций временных
зданий и сооружений (У 108-55), Госстройиздат, М., 1955.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Расчетный объемный вес древесины в кг/л3
№ п/п Наименование породы В защишенны> от ув 'ажнения д. к. В поверх- ностно ув^аж- Н1 емых и вы- сыхающих д. к. В свежесруб- лснном СОСТОЯНИИ
1 2 Хвойные Лиственница Сосна, ель, кедр, пихта . 650 500 800 600 900 850
3 Твердые лиственные Дуб, бук, береза, клен, ясень, граб, акация, вяз, ильм 700 800 1С00
4 Мягкие лиственные Осина, тополь, липа, ольха 500 600 800
— 624 —
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Ускоренные методы определения прочности и объемного веса древесины
огнестрельным способом К. П. Кашкарова
(малокалиберная винтовка ТОЗ-8 или ТОЗ-9 калибра 5,6 мм)
предел прочности на сжатие вдоль волокон; 2 -объемный вес древесины при
15% влажности
— 625 —
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
График Гнт, WKX, Jm, С и Z сечения бревен, опиленных на один кант
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
— 62Е —
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Рекомендуемый (подчеркнуто) сортамент пиломатериалов хвойных пород
для несущих д. к. (по ГОСТ 8487-57)
Пиломате- риалы Тол- щина в мм Ш и р и н а в мм
13 80 90 100 по 130 150 — — — —
16 80 90 100 по 130 150 180 — — —
Доски 19 80 90 100 по 130 150 180 200 — —
тонкие 22 80 90 1С0 по 130 150 180 200 — —
25 80 90 100 по 130 150 180 200 220 250
32 — — 100 по 130 150 180 200 220 250
Доски 40 100 по 130 150 180 200 220 250
толстые —
50 — 100 130 150 180 200 220 250
60 — 100 __ 130 150 180 200 220 250
80 100 — — 200 220 220
Бруски 75 100 — — 130 150 180 250 250
100 130 150 180 200
130 — — — 130 150 180 — — —
150 — — — — 150 180 200 — —
Брусья 18) 200 — 180 200 220 250
22) — 220 250
250 — 250
Примечания. 1. Длина пиленых материалов установлена от 1 до 6.5 м с гра-
дацией в 0.25 м. Пиломатериалы большей длины, а также толщиной и шириной более
220 мм могут быть поставлены по специальному заказу с согласия поставщика.
2. Размеры поперечных сечений пиломатериалов, приведенные в таблице, соответст-
вуют влажности 15%. При большей влажности древесины размеры пиломатериалов
должны иметь припуски на усушку по ГОСТ 6782-53.
3 Кроме разменов пиленых материалов, указанных в таблице. ГОСТ предусматри-
вает брусья специального назначения: мостовые — 200 240 и 220 X 260 мм; для нефтя-
ных вышек — 150 X 300, 180 X 350, 200 X 400, 300 X 300, 350X 350 и 400X400 мм.
— 627 —
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
628
Расчетная несущая способность одного «среза» соединения на стальных нагелях вдоль волокон сосновых и еловых
элементов д. к. постоянных и временных (в скобках) сооружений, защищенных от длительного увлажнения и перегрева
Диаметр нагеля в см Расчетное условие Расчетная несущая способность в кг при а или с в см
2.5 4 5 6 7 8 10 12 15 1S и более
7и по а 123 (154) 147 (184) 160 (290) 160 (200) 160 (200) 160 (200) 160 (200) 160 (200) 169 (200) 160 (200)
0.8 ?с симм 100 (125),. 160 (200) 160 (2С0) 160 (200) 160 (200) 160 (200) 160 (200) 160 (200) 160 (200) 160 (200)
Тс несимм 70 (87) 112 (140) 140 (175) 160 (200) 160 (200) 160 (2о0) 160 (200) 160 (2G0) 160 (2G0) 160 (200)
ги по а ПО (237) 210 (262) 230 (287) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312)
1,0 Т'с симм 125 (156) 200 (250) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312)
Тс несимм 87 (Ю9) 140 (175) 175 (219) 210 (262) 245 (306) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312) 250 (312)
Тц по а 240 (390) 291 (364) 309 (3 6) 331 (414) 357 (446) 360 (450) 360 (450) 360 (450) 360 (450) 360 (450)
1,2 Тс симм 150 (187) 249 (300) 300 (375) 360 (450) 360 (450) 360 (450) 360 (450) 360 (450) 360 (450) 360 (450)
Тс несимм 105 (131) 168 (210) 210 (262) 252 (315) Х' 294 (367) 333 (420) 350 (450) 360 (450) 360 (450) 350 (450)
Продолжение приложения б
40—2665 — 629
Диаметр нагеля в с м Расчетное условие Расчетная несущая способность в кг при а или с t см
2,5 4 5 6 7 8 10 12 15 18 и более
Типов 280 (350) 385 (481) 403 (504) 425 (531> 451 (564) 481 (601) 490 (612) 490 (612) 490 (612) 490 (612)
1.4 ?с симм 175 (219) 280 (350) 350 (437) 420 (525) 490 (612) 490 (612) 490 (612) 490 (612) 490 (612) 490 (612)
Тс несимм 122 (152) 196 (245) 245 (306) 294 (367) 343 (429) 392 (490) 490 (§12) 490 (612) 490 (612) 490 (612)
7и по а 320 (400) 493 (616) . 511 (639) 533 (666) 559 (699) 589 (736) 640 (800) 640 (800) 640 (800) 640 (800)
1.6 Тс симм 200 (250) 320 (400) 400 (500) 480 (600) 560 (700) 640 (800) 640 (800) 640 (800) 640 (800) 640 (800)
Тс несимм 140 (175) 224 (280) 280 (350) 336 (420) 392 (490) 448 (560) 560 (700) 640 (800) 640 (800) 640 (800)
Т'и по а 360 (450) 576 (720) 637 (797) 655 (819) 681 (851) 711 (889) 783 (979) 810 (1012) 810 (1012) 810 (1012)
1.8 ?С симм 225 (281) 360 (450) 450 (562) 540 (675) 630 (787) 720 (900) 810 (1012) 810 (1012) 810 (1012) 810 (1012)
7 с несимм 157 (196) 252 (315) 315 (394) 378 (472) 441 (551) 594 (630) 630 (787) 756 (945) 810 (1012) 810 (1012)
Продолжение приложения б
630
Диаметр нагеля в см Расчетное условие Расчетная несущая способность в кг при а или с в см
2,5 4 5 6 7 8 10 12 15 18 и более
Т'и по а 400 (500) 640 (800) 770 (962) 792 (990) 818 (1022) 848 (1060) 920 (1150) 1000 (1250) 1000 (1250) 1000 (1250)
2,0 Т*с симм 250 (312) 400 (500) 500 (625) 600 (750) 700 (875) 800 (1000) 1000 (1250) 1000 (1250) 1000 (1250) 1000 (1250)
7*с несимм 175 (219) 280 (350) 350 (437) 420 (525) 490 (612) 560 (700) 700 (875) 840 (1050) 1000 (1250) 1000 (1250)
^и по fl 440 (550) 704 (880) 880 (1100) 943 (1179). 969 (12П) 999 (1249) 1071 (1339) 1159 (1449) 1210 (1512) 1210 (1512)
2,2 ?с симм 275 (344) 440 (550) 550 (687) 660 (825) 770 (962) 880 (1100) 1100 (1375) 1210 (1512) 1210 (1512) 1210 (1512)
7с несимм 192 (240) 308 (385) 385 (481) 462 (577) 539 (674) 616 (770) 770 (962) 924 (1155) 1155 (1444) 1210 (1512)
Т'и по а 480 (600) 768 (960) 960 (1200) 1107 (1384) 1133 (1417) 1165 (1456) 1235 (1544) 1323 (1654) 1440 (1800) 1440 (1800)
2,4 Т'с симм 300 (375) 480 (600) 600 (750) 720 (900) 840 (1050) 960 (1200) 1200 (1500) 1440 (1800) 1440 (1800) 1440 (1800)
Тс несимм 210 (262) 336 (420) 420 (525) 504 (630) 588 (732) 672 (840) 840 (1050) 1008 (1260) 1260 (1575) 1440 (1800)
Примечание. Расчетную несущую способность одного асреза* на геля из круглой стали в рассматриваемом шве принимают равной
меньшему из табличных значений ТИ и Тс для прилегающих к этому шву элементов, определяя:
Ги — по толщине а крайнего элемента симметричных соединений или более тонкого крайнего элемента несимметричных
соединений;
Гссимм“по толщине с среднего элемента симметричных соединений;
Т£ несимм"" потолщине с элементов одинаковой толщины в несимметричйых соединениях, а также по толщине с более толстого
элемента односрезных соединений*
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Расчетная несущая способность одного «среза» соединения на гвоздях при направлении усилия под любым углом
к волокнам сосновых и еловых элементов деревянных конструкций постоянных и временных (в скобках) сооружений,
631
защищенных от длительного увлажнения и перегрева
Диаметр гвоздя в см Расчетная несущая способность в кг при толщине элемента а или с в < 1М Длина гвоздя в см Ориенти-
Расчетное условие 2 2,5 3 3,5 4 5 6 8 и более ровочный вес 1000 гвоздей в кг
Ги по а 26 (32) 29 (36) 31 (39) 35 (44) 36 (45) 36 (45) 36 (45) 7 3,95
0,3 Тс симм 30 (37) 36 (45) 36 (45) 36 (45) 36 (45) 36 (45) 36 (45) и
Тс несимм 21 (26) 26 (32) 31 (39) 36 (45) 36 (45) 36 (45) 36 (45) 3 4,50
?и по а 35 (44) 37 (46) 40 (50) 43 (54) 47 (59) 49 (61) 49 (61) 8 6,15
0,35 Тс симм 35 (44) 44 (55) 49 (61) 49 (61) 49 (61) 49 (61) 49 (61) и
Т л с несимм 24 (30) 31 (39) 37 (46) 43 (54) 49 (61) 49 (61) 49 (61) 9. 6,90
Ти по а 44 (55) 46 (57) • 49 (61) 52 (65) 56 (70) 64 (80) 64 (80) 64 (80) 10 9,9
0,4 Тс симм 40 (50) 50 (62) 60 (75) 64 (80) 64 (80) 64 (80) 64 (80) 64 (80) и
Тс несимй 28 (35) 35 (44) 42 (52) 49 (61) 56 (70) 64 (80) 64 (80) 64 (80) 11 10,9
Продолжение приложения 7
632
Диаметр гвоздя в см Расчетное условие Расчетная несущая способность в кг при толщине элемента а или с в см Длина гвоздя в см Ориенти- ровочный вес 1000 гвоздей в кг
2 2,5 3 3,5 4 5 6 8 и более
Л, по а 55 (69) 57 (71) 60 (75) 63 (79) 67 (84) 76 (95) 81 (Ю1) 81 (Ю1)
0,45 Т'с симм 45 (56) 56 (70) 67 (84) 79 (99) 81 (Ю1) 81 (Ю1) (ioi) 81 (Ю1) 12,5 15,7
Тс несимм 31 (39) 39 (49) 47 (59) 55 (69) 63 (79) 79 (99) 81 (Ю1) 81 (Ю1)
ТИ по а 66 (82) 69 (86) 71 (89) 75 (94) 78 (97) 87 (Ю9) 98 (123) 100 (125)
0,5 Тс симм 50 (62) 62 (77) 75 (94) 87 (Ю9) 100 (125) 100 (125) 100 (125) 100 (125) 15 23,2
Тс несимм 35 (44) 1 44 (55) 1 52 (65) 61 (76) 70 (87) 87 (Ю9) 100 (125) 100 (125)
Тц по а — 82 (Ю2) 84 (105) 88 (ИО) 91 (И4) 100 (125) 111 (139) 121 (151)
0,55 Тс симм — 69 (86) 82 (Ю2) 96 (120) ПО (137) 121 (151) 121 (151) 121 (151) 17,5 32,8
Тс несимм — 48 (60) 58 (72) 67 (84) 77 (96) 96 (120) 115 (144) 121 (151)
Продолжение приложения 7
Диаметр гвоздя в см Расчетная несущая способность в кг при толщине элемента а или с в СМ Длина гвоздя в см Ориенти-
Расчетное условие 2 2,5 3 3,5 4 5 в 8 и более ровочный вес 1000 гвоздей в кг
Т'и по а — 96 (120) 99 (124) 102 (127) 106 (132) 115 (144) 126 (157) 144 (180)
0,6 Ь симм — 75 (94) 90 ,(И2) 1 63 (79) 105 (131) 120 (150) 144 (180) 144 (180) 144 (180) 20 43,9
?c несимм — 52 (65) 73 (91) 84 (105) 105 (131) 126 (157) 144 (180)
За 53 1 Примечание. Расчетную несущук в рассматриваемом шве принимают равт ний Т’и и Тс для прилегающих к этому ц Ги —по толщине а крайнего э. или более тонкого крайне нений; Тс симм —по толщине с среднего э Тс несимм — по толщине с элементов о ных соединениях, а также i та односрезньгх соединения > способность одного «среза» гвоздя <ой меньшему из табличных значе- 1ву элементов, определяя: лемента симметричных соединений го элемента несимметричных соеди- лемента симметричных соединений; динаковой толщины в нееимметрич- ю толщине с более толстого элем ен- s.
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
БОЛТЫ И ТЯЖИ
D-2d
d,-Q,85d
H-H8d
h-O,7d
г-!мм
t-0J5d
C-HI5d
1-I.Md
Стяжные муфты
d6$ в мм ^нт (в нарез- ке) в мм ^бр в см2 ^нт в см2 Расчет ная несущая способность для Ст. 3 в кг Вес в кг (уд. вес 7,85) Квадратные шайбы для рабочих болтов Квадратные шайбы для стяжных болтов
по F6p /?р=2100 кг 1см2 по FHT 0,8 /?р- 1680 кг/см2 одного пог. м болта одной шестигран- ной гайки одной ква- дратной гайки при смятии древесины поперек воло- кон в мм вес в кг при смятии древесины поперек воло- кон в мм вес в кг
6 4.701 0,283 0.173 594 290 0,22 0,004 0,004 30x30x3 0,010
8 6,377 0.505 0.316 1060 530 0,39 0,008 0,007 40x40x4 0,048 — —
Породолжение табл. 8
635
^бр dHT ^бр в см2 FHT Расчетная несущая способность для Ст. 3 в кг Вес в кг (уд. вес : 7,85) Квадратные шайбы для рабочих болтов Квадратные стяжных шайбы для болтов
в мм (в нарез- (ке в мм в с ж2 по ^бр Яр = 2100 кг1см* по FHT 0,8 Яр=168( кг1см2 одного J пог. м. болта одной шестигран- ной гайки одной ква- • дратной гайки при смятии древесины поперек воло- кон в мм вес в кг при смятии древесины поперек воло- кон в мм вес в кг
10 8,051 0,785 0,509 1648 854 0,62 0,014 0,014 50x50X5 0,095 — —
12 9,727 1,130 0,744 2 370 1250 0,89 0,020 0,021 60x60x6 0,164 45x45x4 0.060
14 11,400 1,540 1,020 3 230 1714 1,21 0,028 0,028 70X70X7 0,260 50x50x4 0.074
16 13,400 2,010 1,408 4 210 2 366 1,58 0,052 0,053 80x80x8 0,386 55x55x4 0,088
18 14,750 2,543 1,708 5 330 2 870 2,00 0,088 0,089 90x90x9 0,550 60X60X5 0,131
20 16,750 ' 3.140 2.182 6 590 3 665 2,47 0,093 0,095 100X100X10 0,760 70X 70 X5 0,180
22 18,750 3,799 2,740 7 980 4 605 2,98 0,135 0,137 110X110X11 1,012 80x80x6 0,283
24 20.1Q0 4,521 3,165 9500 5320 3,55 0,141 0,144 120X120X12 1,314 90x90x7 0,420
27 23,100 5.722 4,180 12 000 7020 4,49 0,182 0,187 140X140X14 2.091 100x100x8 0,591
30 25,450 7,065 5,060 14 830 8500 5,55 0,291 0,297 160X160X15 2,930 —— —
36 30,800 10,170 7,440 21 330 12 500 7,99 0,496 0,506 190X190X18 4,957 — —
42 36,150 13,840 10,250 29 080 17 220 10,88 0,814 0,831 220x220x20 7,381 — —
48 41.500 18,090 13,520 38000 22 730 14,21 1,244 1,273 260X260X24 12,390 — —
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
График для предварительного определения собственного веса
д. к. в покрытиях
По табличному1 коэффициенту kCB собственного веса д. к., характери-
зующему эффективность использов-ания материала в данной конструктивной
схеме (чем меньше 6с.в» тем легче д. к.), в первом приближении по форму-
ле или по графику определяется:
р 4- я
^С.В^
где £с,в —собственный вес несущей д. к.;
g ' —вес ограждающих частей покрытия (кровли, утеплителя, подшив-
ки, обрешетки, настилов, вспомогательных стропил, прогонов
• и т. п.);
р —временная нагрузка (снег, чердачная полезная нагрузка и т. п.);
I — пролет несущей д. к. в м.
Все виды нагрузок принимаются либо в кг на 1 м2 покрытия, либо в кг
на 1 узел фермы, либо в кг на всю ферму.
После завершения проектирования д. к. и определения по специфика-
ции ее собственного веса £с.в действительный коэффициент
^С.В —
1000gc.B м я
I (р + g + £с.в)
сопоставляется с k с. в* принятым в первом приближении.
При значительном расхождении может понадобиться перепроектировка
наиболее напряженных элементов конструкции.
1 См. разделы пятый н шестой.
— 636 -
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие ............................. ... ................ 3
Введение ...... ............................................ ... 5
§ 1. Применение древесины в первобытном обществе .... —
§ 2. Применение деревянных конструкций при рабовладель-
ческом строе ............................................ 8
§ 3. Строительство деревянных сооружений в эпоху феодализма 11
§ 4. Применение деревянных конструкций в эпоху капитализма 27
§ 5. Развитие деревянных конструкций в СССР ...... 32
§ 6. Основные черты советской конструкторской школы в об-
ласти деревянных конструкций ............................ 40
§ 7. Дальнейшее развитие деревянных конструкций и основные
области их эффективного применения в СССР , , . . . 41
Раздел первый
Дерево — строительный материал
Глава I. Сырьевая база применения дерева в строительстве ... 45
§ 8. Леса Советского Союза................................. —
§ 9. Строительная фанера ................................ 46
Глава II. Строение древесины и ее химические и физические свойства 48
§ 10. Структура и состав древесины ................................ —
§ 11. Влага в древесине ................................ 50
§ 12. Химические воздействия на древесину и на деревянные
элементы зданий . . ................ 53
§ 13. Физические свойства древесины........................ 54
Глава III. Механические свойства древесины и требования к каче-
ству лесоматериалов для элементов деревянных конструкций . . 55
§ 14. Влияние анизотропии. Длительное сопротивление дре-
весины ................................................. —
§ 15. Работа древесины на растяжение, сжатие и попереч-
ный изгиб ................................................ 59
§ 16. Работа древесины на смятие и скалывание . . . . , 64
§ 17. Влияние влажности и температуры...................... 68
— 537 -
Стр.
§ 18. Требования к качеству и отбор лесоматериалов для эле-
ментов несущих конструкций................................. 71
Раздел второй
Защита деревянных конструкций от огня и биологического разрушения
Глава I. Защита деревянных конструкций от пожарной опасности . . 73
§ 19. Огнестойкость элементов строительных конструкций . . —
§ 20. Горение древесины .................................. 74
§ 21. Средства защиты деревянных конструкций от возгорания 77
§ 22. Общие указания по огнезащите деревянных конструкций 81
Глава II. Защита деревянных конструкций от гниения............ 82-*
§ 23. Дереворазрушающие грибы и условия их развития ... —
§ 24. Источники увлажнения строительной древесины .... 86
§ 25. Конструктивные мероприятия по борьбе с гниением дере-
вянных элементов зданий ..... ............................. 87
§ 26. Антисептическая обработка древесины ................. 94
Глава III. Защита деревянных конструкций от животных — вредите-
лей древесины ................................................ 103
§ 27. . Краткие указания ............................. , —
Раздел третий
Расчет и проектирование элементов деревянных конструкций
Глава I. Основы расчета деревянных конструкций по предельным
состояниям .................................................... 106
§ 28. Введение .................. ........................ —
§ 29. Данные для расчета деревянных конструкций .... 108
Глава И. Расчет элементов деревянных конструкций....................ИЗ
§ 30. ’Центральное растяжение .............................114
§ 31. Центральное сжатие — расчет на прочность ..... —
§ 32. Центральное сжатие — расчет на продольный изгиб . . —
§ 33. ’Поперечный'изгиб...............................118
’§ 34. ОкаЛо-изОгнутые стержни......................... . 121
§ 35. Растянуто-изогнутые стержни ,..................124
Глава III. Проектирование настилов и балок ......... 125
‘ § 36. Настилы . ........................................ —
§ 37. Балки ... . ................................... 126
е Раздел четвертый
Соединения элементов деревянных конструкций
Глава I. Общие положения......................................... 132
§ 38. Классификация соединений ............................. —
— 638 -
Стр.
§ 39. Основные требования к соединениям элементов деревян-
ных конструкций и рекомендуемые виды соединений . . 133
§ 40. Общие указания по расчету соединений ................135
§ 41. Силы трения в соединениях ...........................142
§ 42. Деформации соединений —
Глава II. Соединения на врубках................................. 143
§ 43. Лобовые врубки ...................................... —
§ 44. Аварийные связи ... .................................150
§ 45. Лобовая врубка двойным зубом ......... 153
§ 46. Лобовой упор (простой и трехлобовой) ...... 155
Глава Ш. Соединения на шпонках , . . . ‘.................г . . 157
§ 47. Основы расчета ................... ............. —
§ 48. Развитие соединений на призматических шпонках ... 159
§ 49. Развитие соединений на центровых ’чпонках............161
§ 50. Соединения на шайбах шпоночного типа................ 164
Глава IV. Соединения на нагелях ..... ....... 166
§ 51. Общие положения ...................................... —
§ 52. Пластинчатые нагели , . ........... 169
§ 53. Соединения на цилиндрических нагелях. Основы расчета 172
§ 54. Нагели из круглой стали .............................179
§ 55. Деревянные (дубовые) цилиндрические нагели .... 181
§ 56. Гвозди . . —
§ 57. Шайбы с креплением нагельного типа ....... 185
Глава V. Соединения на растянутых связях..........................186
§ 58. Гвозди и винты .(шурупы, глухари) . .................188
§ 59. Скобы ...............................................190
§ 60. Хомуты . ..... ................................ 191
§ 61. Болты и тяжи ........................................193
Глава VI. .Соединения .на клеях..................................194
§ 62. Общие положения....................................... —
§ 63. Строительные и универсальные клеи.. Основы технологии
склеивания ............................................... 196
§ 64. Клеефанерные деревянные конструкции................. 199
§ 65. Клеестальные шайбы . . . ............................202
Раздел пятый
Плоские сплошные деревянные конструкции
Глава I. Основные формы плоских сплошных деревянных конструкций 206
§ 66. Характеристика основных форм плоских сплошных дере-
вянных конструкций ......................................... —
Глава II. Поперечный изгиб, продольный изгиб и сложное сопротив-
ление составных стержней на податливых связях..................210
§ 67- Основы учета податливости связей ........ —
§ 68. Расчет составных стержней на податливых связях по нор-
мам и техническим условиям .......................... 213
§ 69. Данные более точных решений ........................220
— 639 -
Стр
Глава III. Балочные сплошные деревянные конструкции..............228
§ 70. Балки Деревягина...................................... —
§ 71. Двутавровые гвоздевые балки с перекрестной дощатой
стенкой . . -..............................................232
§ 72. Клееные балки ........................................240
§ 73. Краткие сведения по монтажу балочных сплошных дере
вянных конструкций .... ......... 250
Глава IV. Распорные сплошные деревянные конструкции................251
§ 74. Трехшарнирные арки из балок Деревягина ............... —
§ 75. Кружальные арки .................................... 255
§ 76. Гвоздевые арки с перекрестной стенкой ....... 256
§ 77. 1улееные арки .......................................260
§ 78. Рамы........................................*. . . 263
§ 79. Особенности изготовления и монтажа сплошных рас-
порных конструкций .................................. 265
Раздел шестой
Плоские сквозные деревянные конструкции
Глава I. Основные формы сквозных балочных и распорных деревян-
ных конструкций в покрытиях . .................................268
§ 80. Основные формы сквозных деревянных конструкций . , —
§ 81. Выбор схемы и типа деревянных ферм...................278
§ 82. Общие правила расчета и конструирования сквозных де-
ревянных конструкций ...................... ........ 281
§ 83. Деформации сквозных деревянных конструкций и строи-
тельный подъем ....... ................................... 288
§ 84. Особенности защиты сквозных деревянных конструкций
от гниения и возгорания ................................. 291
Глава II. Простейшие комбинированные аистемы деревянных кон-
струкций . .................................................... —
§ 85. Шпренгельные системы ................................. —
§ 86. Простейшие подвесные стропильные деревянные кон-
струкции ..................................... 295
§ 87. Подкосные системы ...................................298
Глава III. Деревянные и металлодеревянные балочные фермы . . . 302
§ 88. Фермы из бревен и брусьев на лобовых врубках ... —
§ 89. Особенности изготовления ферм на лобовых врубках . 307
§ 90. Металлодеревянные фермы с верхним поясом из брусьев —
§ 91. Фермы на когтевых шайбах .............................313
§ 92. Металлодеревянные фермы с верхним поясом из балок
Деревягина или из досок на клею ......................315
§ 93. Сегментные фермы с верхним поясом из клееных блоков 325
§ 94. Многоугольные фермы ................................. 329
§ 95. Сегментные фермы на гвоздях ....................... 336
Глава IV. Арки, рамы и решетчатые стойки .......... 340
§ 96. Арки ................................................. —
— 640 -
Стр,
§ 97. Рамы ............................................... 347
§ 98. Решетчатые стойки . . . .............................351
Раздел седьмой
Пространственное крепление плоских деревянных конструкций
§ 99. Общие положения ..................................... 356
§ 100. Принципы проектирования конструктивного остова де-
ревянного здания ...... ..................................... —
§ 101. Пространственные связи в покрытиях..................361
§ 102. Обеспечение пространственной устойчивости плоских де-
ревянных конструкций ...... ............................... 364
§ 103. Работа плоских деревянных конструкций при их монтаже 368
Раздел восьмой
Пространственные деревянные конструкции
Глава I. Основные схемы пространственных деревянных конструкций 379
§ 104. Общие сведения ............................................ —
Глава II. Кружально-сетчатые своды ..... ....... 386
§ 105.- Общие сведения ............................................ —
§ 106. Конструкция кружально-сетчатых сводов...............387
§ 107. Расчет кружально-сетчатых сводов ...................399
§ 108. Основные принципы геометрического расчета сетки кру-
жально-сетчатого свода и его элементов . . .... 403
§ 109. Возведение кружально-сетчатых сводов ...... 405
Глава III. Ребристые складки и своды-оболочки ..... ... 407
§ ПО. Краткое описание конструкции ребристых складок ... —
§ 111. Краткое описание конструкции ребристых сводов-обо-
лочек ..................................................... 409
Глава IV. Купола ..................................................411
§ 112. «Плоскостные» купола ............................... —
§ 113. Сферические купола-оболочки ..... .... 413
§ 114. Кружальйо-сетчатые купола ......................, 421
Раздел девятый
Деревянные сооружения
Глава I. Деревянные конструкции в малоэтажных жилых домах за-
водского изготовления .........................................427
§ 115. Основные предпосылки ,........................ —
§ 116. Конструктивные решения . . . ........................428
Глава II. Башни : : : : :......................................... 435
§ 117. Общие сведения........................................ —
§ 118. Решетчатые башни.....................................436
— 641 —
Стр.
§ 119. Сетчатые башни системы Шухова ........................445
§ 120. Башни-оболочки . . •............................447
Г л а в а III. Мачты на оттяжках ...................................451
§ 121. Конструкции радиомачт и общие принципы их расчета —
§ 122. Сборка и установка мачт ............................. 456
Глава IV. Деревянные мосты .........................................457
§ 123. Общие данные..................................... —
§ 124. Проезжая ч’асть деревянных мостов .................. 463
§ 125. Балочные мосты сплошного сечения . ...................467
§ 126. Мосты подкосные и арочное сплошного сечения . . . 474
§ К27. Сквозные системы мостов ....................... . 478
§ 1/28 . Сложные комбинированные системы мостов .... 481
Глава V. Леса и кружала для возведения инженерных конструкций 486
§ 129. Принципы проектирования и основные типы кружал . . —
Раздел десятый
Изготовление деревянных конструкций
Глава I. Лесная промышленность СССР.................................502
§ 130. Лесозаготовительная промышленность .................... —
§ 131. Деревообрабатывающая промышленность ..................503
§ 132. Использование лиственных пород и отходов лесной про
мышленности ...........................................504
§ 133. Предприятия лесной промышленности.....................506
Глава II. Станки и инструменты для механической обработки дре-
весины ..............................................507
§ 134. Понятие о резании древесины........................... —
А. Пильные станки
§ 135. Процесс пиления 510
§ 136. Лесопильные рамьг .............. 516
§ 137. Круглопильные станки ................................ 521
§ 138. Ленточнопильные станки . . . . .......................525
Б. Строгальные станки
§ 139. Процесс строгания ........ , ... . 526
§ 140. Строгальные станки .................... . 530
В. Фрезерные, шипорезные, сверлильные, долбежные
и комбинированные станки
§ 141. Фрезерные и шипорезные станки ........................534
§ 142. Токарные и круглопалочные станки . ..................539
§ 143. Шлифовальные станки »............................... —
§ 144. Сверлильные и долбежные станки ........................ —
— 642 —
Стр.
Г. Переносные электрифицированные инструменты
§ 145. Электропилы ........................................542
§ 146. Строгальные, фрезерные и другие электрифицированные
инструменты ............................................. —
Д. Подготовка режущего инструмента к работе
§ 147. Подготовка пил ........... 543
§ 148. Подготовка строгальных инструментов и заточка сверл 544
Глава III. Лесопильное производство................................545
§ 149. Сырье и продукция лесопильного производства ... —
§ 150. Транспортировка и склады пиловочника ...............547
§ 151. Раскрой и способы распиловки бревен ....... 552
§ 152. Понятие о поставах ..... . • ................554
§ 153. Расчет поставов ....................................555
§ 154. Баланс выхода, отходов и потерь древесины в лесо
пилении ..................................................564
§ 155. Производственно-технологический процесс лесопильного
цеха ................................................. —
§ 156. Склады пиломатериалов ................... 569
§ 157. Расчет производительности лесопильной рамы . . . ; 571
§ 158. Распиловка бревен на круглопильных и ленточнопильных
станках и на горизонтальной лесопильной раме .... 573
Глава IV. Сушка древесины ...... ..................................575
§ 159. Основы теории сушки .................................. —
§ 160. Сушка древесины на открытом воздухе..................576
§ 161. Камерная сушка ..................................... 579
§ 162. Высокотемпературная сушка в неводных жидкостях . . 583
§ 163. Центробежная сушка ..................................585
§ 164. Общие указания по выбору метода сушки................. —
Глава V. Технология деревянных строительных деталей и кон-
струкций ...................................................587
§ 165. Общие данные......................................... —
§ 166. Раскрой пиломатериалов на заготовки ....... —
§ 167. Строгание деталей и придание им правильной формы и
точных размеров .................................... 588
§ 168. Сборка и обработка элементов изделий ...............592
§ 169. Отделка .................................... - 503
§ 170. Примеры технологического процесса изготовления дере-
вянных деталей и конструкций .............................603
§ 171. Производство клееной фанеры ........................616
§ 172. Расчет потребности в лесоматериалах................ 617
§ 173. Основные вопросы техники безопасности в деревообра-
батывающем производстве .... ...........619
Литература ..................................................... < 622
Приложения .................................................. • • 624
Коллектив авторов
под редакцией профессора
Г. Г. Карлсена
ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
♦ ♦ ♦
Госстройиздат
Москва, Третьяковский проезд, д. 1
♦ ♦ ♦
Редактор издательства И. С. Бородина
Технический редактор Н. И. Рудакова
- Корректор Г.- А. Лебедева
Сдано в набоэ 2/VI 1961 г. Подписано к печати 31,’Х 1961 г.
Т-12739 Бумага 60Х92>/и=20,25 бум. л.—40,25+1 вкл.—0,25 п. л,
(41,2 уч.-изд. л.). Тираж 50 000 экз. Изд. №-1735.
Зак. 2665. Цена 1 р. 44 к.+переплет № 7—15 коп.
Типография Профтехиздата. Москва. Хохловский пер., 7.
Отпечатано с готового набора в типографии Госстройиздата,
г. Владимир
ОПЕЧАТКИ
Стра- ница Строка Напечатано Следует читать
3-я сверху 1/*
оо 6 6
141 6-я снизу сила Nc силы Nc
142 20-я сверху £ip=0,2 « tgl7° ЛтР=0,2 « tgl 1°
154 Подпись под рис. 85 h"BP < h'Bp + 2см А"вр>йвр +2 см
180 11-снизу пробности дробности
188 На рис. 106 Явыд = 20(25) кг/см* ^выд = Ю К2/СМ*
189 13-я снизу — 20 кг/см* /?выд =10 КС/СМ*
235 19-сверху толщине стенки. толщине доски стенки.
240 24-снизу 133). 134).
247 271 2-снизу /2 ПР h W=^T- h Схемы 5 и 6 поменять
местами
323 Рис. 170 Повернуть на 180° .
419 Формула (98) —PqR[cqs*^— —p0fl[cos3 ср —
422 Подпись под рис. 254, 5-я снизу разные равные
437 Подпись под рис. 262, 6-я снизу г б
450 14-я снизу 7/гасч =0 jPac4 = 0,7J«
511 Подпись под рис. 317, 6-я снизу — высота зуба; h — высота зуба;
603 11—10-я снизу ,... способ оклеивания по-
- верхности древесины тон- кой тканью. Шпаклевание без предварительного грун- тования рекомендовать не следует, так как в ...
608 4-я сверху общий для общий вид
Зак. 2665