Классификация и область применения различных видов соединений ДК. Соединение из лобовой врубке. Принцип расчета и конструирования.

При контактных соединениях деревянных элементов подразумеваются соединения, в которых усилия от одного элемента другому передаются через их соответственно обработанные и опиленные контактные поверх­ности. Дополнительно поставленные в таких соединени­ях рабочие связи несут обычно функции фиксации от­дельных элементов или служат аварийными связями, включающимися в работу при разрушении соединений.

 

При контактных соединениях деревянных элементов в местах примыканий между собой и с элементами из других строительных материалов решающим оказывает­ся работа древесины на смятие.

Значительным преимуществом решения соединений деревянных элементов простым опиранием одних на дру­гие является незначительное влияние на их работу де­формаций древесины при колебаниях температурно-влажностного режима в период эксплуатации конструк­ции, особенно если силы сжатия соединяемых деревян­ных элементов направлены вдоль волокон.

Контактные соединения со сжатием перпендикулярно к волокнам встречаются в соединениях стоек в местах примыканий к горизонтальным ригелям, опираний про­гонов, балок, ферм на стены и т. д. (рис. IV. 3, а, б). В этих случаях расчет соединения сводится к определе­нию проверки напряжений смятия по контактным поверхностям в деревянном элементе, в котором силы сжатия приложены перпендикулярно к волокнам, и срав­нению их с соответствующим расчетным сопротивлени­ем. Поскольку сопротивление древесины на смятие по­перек волокон незначительно, то при действии больших усилий часто приходится увеличивать опорные площад­ки или контактные поверхности соединяемых элемен­тов.

Площадка контакта и распределение усилий сжатия на большую поверхность может быть увеличена с по­мощью подкладок из твердых пород древесины, имеющих повышенное сопротивление смятию поперек волокон (рис. IV.3, в) или подкладки из металлических профи­лей (рис. IV.3, е), а также деревянными вставками в опорные части стоек (рис. IV.3, д).

Если опорную площадь нельзя увеличить по каким-то конструктивным соображениям, то для поднятия сопро­тивляемости древесины смятию в этой части применяют различные накладки, например, из фанеры, прикрепляе­мые к боковым граням нагелями или клеями (рис. IV.4, а). Эффект повышения сопротивляемости смятию в этом случае достигается не столько вследствие увеличе­ния площади опирания, сколько передачей и распреде­лением усилий с помощью накладок на большую глуби­ну элемента.

Заслуживает внимания и дальнейшей проработки предложенный в нашей стране вариант усиления кле­еных балок в опорной части (рис. IV.4, 6"). Суть этого метода состоит в том, что в опорной части дощатокле-еных балок большого поперечного сечения выпиливается уголок под углом 45°, затем после разворота на 90° вкле­ивается обратно. Этим достигается по контактной по­верхности балки с опорной частью максимальное сопро­тивление древесины смятию (вдоль волокон) и при про­верке шва по месту склеивания применяется расчетное сопротивление смятию под углом 45°.

Контактные соединения деревянных элементов с дей­ствием сил вдоль волокон имеются, например, при нара­щивании стоек по длине (рис. IV.5). В этом случае со­противление смятию вдоль волокон максимально и сов­падает с сопротивлением сжатию вдоль волокон. Однако при этом возникает опасность взаимопроникновения деревянных элементов из-за того, что более плотные слои древесины в одном элементе совпадают с менее плотными в другом. В результате этого может произойти дефор­мация древесины в торцах.

Концы соединяемых элементов должны быть точно совмещены и приторцованы. Чтобы предотвратить сме­щение концов элементов, устанавливают цилиндрические нагели в торцах или боковые накладки (см. рис. IV.5).

Поскольку размеры поперечного сечения сжатых сто­ек принимают из расчета на продольный изгиб, этой площади бывает вполне достаточно для восприятия на­пряжений смятия вдоль волокон, поэтому расчет торцов элемента на смятие при передаче усилий по всей площа­ди поперечного сечения обычно не проводят.

Работа древесины в местах соединения по контакт­ным поверхностям на смятие под углом возникает в соединениях деревянных элементов, находящихся под раз­личными углами, например стык наклонных деревянных элементов (рис. IV.6). В этих случаях древесину по кон­тактной поверхности проверяют на смятие под углом.

Боковые накладки или различные вкладыши между соединяемыми элементами служат для фиксации элемен­тов и восприятия поперечных сил. Соединение наклон­ных сжатых деревянных элементов с горизонтальными растянутыми элементами без рабочих связей осуществ­ляют чаще на врубках, конструкция и работа которых будет рассмотрена в последующих параграфах.

Лобовая врубка. Врубкой называют соединение (рис. IV.7), в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или

иных рабочих связей. За этим видом соединения сохра­нилось старое название «врубка», хотя в настоящее время врезки и гнезда выполняют не топором, а электро-, или мотопилой, цепнодолбежником.

Основной областью применения врубок являются уз-ловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхне­го пояса к растянутому нижнему поясу.

Соединяемые врубкой элементы деревянных конст­рукций (д. к.) должны быть скреплены вспомогательны­ми связями — болтами, хомутами, скобами и т. п., кото­рые следует рассчитывать в основном на монтажные на­грузки.

Лобовая врубка может утратить несущую способ­ность при достижении одного из трех предельных состо­яний: 1) по смятию площадки упора FCK^ 2) по скалы­ванию площадки FC*', 3) по разрыву ослабленного вруб­кой нижнего пояса.

Площадь смятия определяют глубиной врубки Лвр, которая ограничивается нормами Лвр^ЛбР/3, где Абр — высота растянутого элемента. При этом несущая способ­ность врубки из условия разрыва растянутого элемента в ослабленном сечении при правильном центрировании узла всегда обеспечивается с избыточным запасом проч­ности. Решающее значение имеет как правило несущая способность врубки, исходя из условий скалывания.

Согласно СНиП 11-25-80, лобовую врубку на скалы­вание рассчитывают определением среднего по длине площадки скалывания напряжения сдвига по формуле

где ^ек — расчетное сопротивление древесины скалыванию для мак­симального напряжения; /ск— расчетная длина плоскости скалыва­ния, принимается не более 10 глубин врезки в элемент; е — плечо сил сдвига, принимаемое 0,5/1 при расчете элементов с несимметрич­ной врезкой в соединениях без зазора между элементами (см. рис. IV-7) и 0,25Л при расчете симметрично загружаемых элементов с симметричной врезкой; $— коэффициент, принимаемый 0,25. Отно­шение  должно быть не менее 3.

Однако выполненный анализ сложного напряженного состояния, возникающего по плоскости скалывания1, по­казал, что вышеприведенная формула СНиП 11-25-80 приемлема только для угла а —45°. А для угла а = 30°, при котором несущая способность врубки повышается, формула СНиП не верна и должна быть заменена дру­гой;

В результате анализа установлено, что с увеличением глубины врубки при постоянной длине плоскости скалывания снижается коэффициент концентрации напряжений сдвига и уменьшаются напряжения сжатия поперек волокон в начале плоскости скалывания. Выяв­лена зависимость коэффициента концентрации напряжений сдвига ^max/^сред от отношения 1ск/е и от угла смятия а (табл. IV.2). На основе данных, приведенных в табл. IV.1, можно сделать следующие выводы:

1) чем больше отношение длины плоскости скалыва­ния к е, тем больше коэффициент концентрации напря­жений сдвига;

2) чем меньше угол а, тем меньше коэффициент кон­центрации напряжений сдвига;

3) чем больше нормальная к плоскости сдвига составляющая, тем выше значение концентрации напряже­ний сдвига.

При этом необходимо отметить, что нормальные к плоскости сдвига напряжения сжатия поперек волокон повышают сопротивление скалыванию вдоль волокон1.

 

 

7. Основные формы пространственных ДК, их достоинства и недостатки. Кружально-сетчатые своды. Купольные покрытия являются самой распространен­ной формой пространственных конструкций, в том числе из древесины, фанеры, пластмасс. Будучи одним из наи­более экономичных видов оболочек на круглом или мно­гоугольном плане, они получили широкое распростране­ние в гражданском, промышленном и сельскохозяйствен­ном строительстве. Очертание куполов зависит от архитек­турных и технологических требований, вида материала, типизации элементов, простоты изготовления, транспор­тировки и монтажа конструкций. Купольные оболочки из пластмасс имеют диаметр от одного метра (свето­вые фонари) до 50—60 м (сферы укрытия антенных уст­ройств). При усилении пластмассовых куполов деревян­ными или металлическими ребрами их пролеты могут превышать 100 м. Купола из клеефанерных элементов достигают диаметра 90 м. Известные к настоящему вре­мени возведенные деревянные купола достигают пролета 153 и 162 м, а покрытие над стадионом, разработанное фирмой «Вайерхозер» (г. Такома, США) в форме реб­ристого купола с сетчатым заполнением из клееной дре­весины и фанеры, запроектировано диаметром 257 м.

Классифицировать купола покрытия можно по самым различным признакам. По материалу — из древесины, фанеры, пластмасс и их сочетаний. По конструктивному решению — тонкостенные купола-оболочки, ребристые купола, ребристо-кольцевые, ребристо-кольцевые купола с решетчатыми связями, сетчатые. По форме поверхно­сти, получаемой вращением образующей вокруг верти­кальной оси, купола могут быть сферического очерта­ния, эллиптического, конического, в форме гиперболоида вращения и т. д. Пластмассовые купола часто проекти­руют из волнистых (лотковых) и складчатых элементов.

Основными нагрузками, действующими на купольное покрытие, являются: собственный вес конструкции, сне­говой покров, технологическая нагрузка от массы обору­дования и приспособлений; для подъемистых куполов — ветровая нагрузка.

Методика расчета купольных покрытий зависит от типа оболочки и вида нагрузки — осесимметричной и неосесимметричной. К первой, как правило, относится собственный вес конструкции; как вариант — масса сплошного снегового покрова и симметрично подвешен­ного оборудования. Ко второй — ветровая нагрузка; как вариант — односторонняя снеговая и масса несимметрич­но расположенного оборудования.

Оболочка купола считается пологой, если отношение стрелы подъема купола к его диаметру не превышает 1/5. При отношении стрелы подъема купола к его диа­метру не более 1/4 ветровой напор создает на поверхно­сти купола отсос, который разгружает купол и при до­статочном собственном весе покрытия может не учиты­ваться. Однако легкие пластмассовые купола необходимо проверять расчетом на действие отсоса ветра.

Конструкции кружально-сетчатых сомкнутых сводов. Купол из сомкнутых сводов образует в плане правиль­ный многоугольник и состоит из одинаковых секторов (рис. IX.36 и IX. 37), являющихся частью цилиндричес­кого свода. Смежные секторы сомкнутого свода соеди­няются между собой специальными ребрами, называе­мыми гуртами. Шаг сетки с, угол т|з между косяками и угол а между нижними ребрами косяков и образующей свода пришагают такими же, как в цилиндрических кру-жально-сетчатых сводах.

Косяки, примыкающие к гуртам, соединены с ними «по месту». Гурт имеет эллиптическое очертание, кото­рое при f^.LJ5 может быть практически заменено ок­ружностью, построенной по трем точкам — одна посере­дине и две по концам гурта. Для покрытий, особенно где косяки сетки клееные, целесообразно гурты выполнять также клееными — либо из стандартных косяков, как кружальные арки, либо из пакета гнутых досок, как клееные арки.

Нижнее распорное кольцо, имеющее очертание пра­вильного многоугольника, может быть из стали или же­лезобетона либо металлодеревянньш из горизонтальных шпренгельных ферм, где изгибающие моменты воспри­нимаются деревянным поясом, а замкнутая многоуголь­ная схема металлических шпренгелей воспринимает растягивающие усилия от распора. Верхнее сжатое коль­цо решают обычно по принципу многослойной кружаль­ной арки.

Представляет интерес разновидность сомкнутого сет­чатого свода, разработанного в США для пролета 257м {рис. IX.38). Проект этого свода предусматривает ис­пользование его для покрытия стадионов в городах Портленде, Филадельфии, Детройте и Новом Орлеане. Стрела подъема этого покрытия 76 м. Гурты клееные, переменного коробчатого сечения. Максимальная высо­та сечения 334 см. Верхний пояс представляет собой па­кет шириной 91 см, а нижний пояс состоит из двух па­кетов шириной по 36 см. Высота поясов одинаковая и равна 61 см. Устойчивость стенок гурта, выполненных из фанеры толщиной 76 мм, обеспечивается изнутри ребра­ми жесткости. Нижнее распорное кольцо полое клееное. Внутри кольца проходят предварительно напряженные стальные тросы. Ромбическая сетка между гуртами вы­полнена из клееных косяков. По сетке уложены клеефа-нерные панели, которые имеют размеры и формы, соот­ветствующие ромбовидной ячейке. Кровля — из листов алюминиевого сплава. Это купольное покрытие было принято для строительства, как самое экономичное по сравнению с вариантами из других строительных мате­риалов.