стальные — по формуле где т — коэффициент условия работы (если пояс состоит из двух элементов, то m - 0,85).
В случае, когда верхний пояс нагружен межузловой нагрузкой, его проверяют, как сжато-изогнутый, по формуле (5.12): Изгибающий момент Mq вызван наличием межузловой нагрузки q = g или q = g + p на панели верхнего пояса и вычисляется, как в балке пролетом l1 (рис 15.3). Значение изгибающего момента Mq может быть уменьшено за счет разгружающего момента MN, создаваемого путем эксцентричного приложения продольной сжимающей силы N. В фермах с прямолинейным верхним поясом эксцентриситет с силы N относительно оси элемента верхнего пояса создается в узлах (рис. 15.4, а). Для этого ось площадки смятия в смежных панелях пояса опускают ниже действительной оси пояса. Тогда эксцентриситеты у опор будут равны: e1 = 0,5(h - c1), e2 = 0,5(h - c2), а эксцентриситет с в середине пролета, где Mq принимает наибольшее значение, e = 0,5(e1 +е2). Суммарный изгибающий момент в середине пролета 1\ с учетом разгружающего действия эксцентрично приложенной продольной силы N вычисляют по формуле (15.2) В сегментных фермах эксцентриситет силы N получается за счет кривизны оси панели верхнего пояса. Продольная сила, направленная по хорде дуги (рис. 15.4,б), подобно распору в арке создает изгибающий момент MN=+Nfo где fo - расстояние от хорды до оси верхнего пояса в середине пролета панели l1. Будем иметь M = Mq — Nfo. (15.3) Значение fo, в формуле можно вычислить: fo = (lo)2 x8ro, (15.4) где lo - длина хорды; ro - радиус дуги, по которой очерчен верхний пояс сегментной фермы. При проверке прочности верхнего пояса по формуле (5.12) надо учитывать такие случаи загружения: ферма загружена p на всем пролете (q = g + p), ферма загружена ρ на половине пролета и панель находится на незагруженной половине фермы (q = g), ферма загружена p на половине, пролета, но панель находится на загруженной половине (q = g + p). Прогибы ферм при соблюдении указанных на рис. 15.1 и 15.2 отношений высоты к пролету f/l не проверяют, так как эти отношения обеспечивают требуемую жесткость ферм. Для предотвращения нежелательных последствий, вызванных перемещениями узлов и прогибов нижнего пояса, возникающими все же в процессе эксплуатации, фермы проектируют со строительным подъемом, значение которого принимается равным 1/200 пролета. При вычислении усилий в стержнях фермы строительный подъем не принимают во внимание. § 15.3. Узлы клееных ферм Опорные узлы ферм из дощатоклесных элементов осуществляют путем упора крайней панели верхнего пояса в стальной опорный башмак, к которому приварены стальные элементы нижнего пояса, так же как в клееных арках с затяжками. Узлы верхнего пояса клееных ферм. Узлы верхнего пояса треугольных клееных ферм решаются с учетом того, что в элементе решетки действуют значительные усилия постоянного знака. Средний коньковый узел (рис. 15.5, а) решается в виде наклонного лобового упора сжатых элементов верхнего пояса, перекрытого деревянными или металлическими накладками на болтах. Эксцентричное крепление элементов создает необходимый разгружающий момент от продольных сил. Промежуточный узел (рис. 15.5,б) решается в виде лобового упора торца раскоса в скошенный торец опорной панели верхнего пояса увеличенной высоты сечения и перекрывается двусторонними деревянными накладками 1 на болтах 3. Расчетом проверяется в этом узле напряжение смятия в поясе под углом α к волокнам древесины. Узлы верхнего пояса сегментных ферм (рис. 15.5, в) благодаря небольшим знакопеременным усилиям в раскосах могут решаться с помощью стальных накладок, соединенных с раскосами болтами и прикрепленных к болту 5, проходящему через центр узла. Центровой болт пропускают сквозь две деревянные накладки, которые охватывают узел с обеих сторон и в свою очередь прикреплены болтами к обеим панелям. Центровой болт рассчитывают па восприятие равнодействующей силы Νp. Узлы верхнего пояса пятиугольных ферм. Надопорный узел (рис. 15.5, г) является соединением деревянных и стальных элементов, в которых действуют значительные усилия постоянных знаков. Он может решаться с помощью сварной детали, состоящей из двух фасонок с вваренной между ними JL-образной диафрагмой. Верхний пояс упирается в диафрагму нижней частью торца, причем возникает разгружающий момент от продольной силы в верхнем поясе, и закрепляется болтом. Стальные растянутые уголки раскоса приваривают к фасонкам снаружи. Сжатая стойка упирается в диафрагму снизу и прикрепляется к фасонкам болтом.
В узле проверяют расчетом смятие торца верхнего пояса. Рассчитывают сварные швы и листы диафрагмы на изгиб, как пластины, опертые по трем сторонам. Средний узел (рис. 15.5, д) решается тоже с помощью стальных фасонок и диафрагмы между ними, Раскосы крепятся к узлу болтами при помощи стальных накладок приваренных к фасонкам. Узел крепится дополнительно двусторонними деревянными накладками на болтах. Расчетом узла определяют число болтов в стальных накладках, длины сварных швов, напряжение смятия торцов верхнего пояса Вертикальный лист диафрагмы рассчитывают на изгиб, как пластинку, спертую по трем сторонам, на разность усилий в верхнем поясе, возникающую при односторонней снеговой нагрузке. В промежуточном узле (рис. 15.5, в) к верхнему поясу примыкает стойка, сжатая силой Nc. Крепление стойки к узлу выполняют лобовым упором, перекрытым деревянными накладками на болтах, Верхний пояс в узле рассчитывают на местное смятие силой при угле смятия а, близком к 90°'Такой расчет может потребовать увеличения сечения стойки в узле или применения прокладки из твердой древесины между поясом и торцом стойки. Болты здесь на основные нагрузки не работают и не рассчитываются. Узлы нижнего пояса ферм. Нижний пояс клееных ферм выполняют из стальных профилей (рис. 15.6). Конструкция узлов определяется величинами и знаками усилий в стержнях решетки. Узел нижнего пояса треугольной фермы (рис. 15.6, а) решается с учетом действия в соединяемых элементах значительных усилий одного знака. Узел может выполняться с помощью двух фасонок 1, .приваренных к поясу, и двух Т-образных диафрагм 2 между ними. Сжатые раскосы упираются в диафрагмы и закрепляются конструктивными болтами 3. Растянутый тяж стойки закрепляется гайкой на шайбе 5, приваренной к нижнему поясу. Расчетом проверяют в этом узле только сварные швы, поскольку лобовые упоры раскосов имеют, как правило, избыточные запасы прочности. Узлы нижнего пояса сегментных ферм (рис. 15.6, б) решаются с учетом того, что в элементах решетки действуют небольшие, но знакопеременные усилия. Такие узлы могут быть решены при помощи двух фасонок с отверстиями для болтов. Раскосы решетки вводятся между фасонками и закрепляются болтами, которые рассчитываются на действие максимальных усилий в раскосах (обыч- . но при односторонней снеговой нагрузке). Узел нижнего пояса пятиугольных ферм (рис. 15.6, в) решается с учетом того, что в нем соединяются деревянные и металлические элементы, в которых действуют значительные однозначные усилия, небольшие знакопеременные усилия и элементы без усилий. Узел решается в виде двойных фасонок и приваренной между ними диафрагмы. Стальные раскосы и элемент пояса приваривают к фасон-кам снаружи. Стойка, раскос и деревянные элементы нижнего пояса между фасонками упираются в диафрагму и закрепляются болтами. В этом узле рассчитывают сварные швы. Лобовые упоры раскоса рассчитывают на смятие под углом к волокнам на составляющие силы сжатия в раскосе. Болт крепления раскоса рассчитывают на небольшое растягивающее усилие, которое может возникнуть в раскосе. Стойка и деревянный элемент нижнего пояса крепятся конструктивными болтами. Листы диафрагмы рассчитывают на изгиб, как пластинки, опертые по контуру. Узлы ферм из цельных элементов. Узлы ферм на лобовых врубках решаются с учетом того, что в их элементах действуют значительные однозначные усилия. Опорные узлы этих ферм решаются в виде лобовой врубки. Средний коньковый узел, где соединяются сжатые элементы верхнего пояса и растянутые элементы решетки, решается аналогично подобному узлу треугольных клееных ферм. Промежуточные узлы верхнего и нижнего пояса (рис. 15,7, а и б), где соединены сжатые деревянные раскосы и растянутые стойки в виде тяжей из гладкой арматурной стали, решаются тоже в виде лобовых врубок, соединенных скобами 2. Растянутые тяжи пропускают через отверстие в поясе и закрепляют гайкой на шайбе 1. В верхнем поясе для этого делают двусторонние врезки, благодаря которым узлы становятся центрированными. Лобовые врубки работают и рассчитываются на смятие и скалывание. Проверяют также напряжение смятия под углом к волокнам под шайбой стойки, и сама шайба рассчитывается на изгиб от действия напряжения смятия.Центральный узел нижнего пояса решается с учетом того, что в нем соединяются два сжатых раскоса, растянутая стойка и делается стык растянутых элементов нижнего пояса. Элементы нижнего пояса соединяются двусторонними деревянными накладками 1 на болтах 3 и шпильках 5. Концы раскосов вводятся в зазор между накладками, упираются друг в друга и в шайбу вертикальной стойки и прикрепляются к накладкам болтами 3. Тяж стойки вводится в отверстие между торцами раскосов и закрепляется на шайбе 1 гайкой.Узлы металлодеревянных ферм из цельных элементов решаются в большинстве случаев аналогично узлам клееных ферм. В многоугольных фермах элементы решетки крепят к верхнему поясу при помощи лобовых упоров, перекрытых накладками 4 на болтах, центровых болтов 7 и полосовых накладок 6 аналогично узлам сегментных клееных ферм. Эксцентричное крепление элементов пояса создает разгружающий изгибающий момент при наличии межузловых нагрузок. К нижнему металлическому поясу элементы решетки крепят при помощи аналогичных металлических накладок 6, которые надевают на шпильку 8 с двусторонними нарезками и гайками притягивают к элементам пояса. В пятиугольных и треугольных металлодеревянных фермах сжатые раскосы крепят к верхнему поясу при помощи лобовых врубок (рис. 15.7, а), а к нижнему металлическому поясу - при помощи лобовых упоров в диафрагмы узлов. Растянутые стойки крепят к узлам нарезанными концами с шайбами и гайками. Стыки верхних поясов этих ферм располагаются близ узлов и решаются в виде продольных лобовых упоров, перекрытых деревянными накладками на болтах. 21 Клееные балки из досок и фанеры, склеенные синтетическим клеем, являются основным видом составных балок заводского изготовления. Размеры и форма сечений клееных балок могут быть практически любыми независимо от сортамента пиломатериалов и фанеры. Древесина клееных балок после искусственной сушки и фанера дольше сопротивляются загниванию, чем древесина прочих конструкций. Клеевые соединения, жесткие и стойкие против увлажнения, обеспечивают монолитность балок. Клееные сплошные балки крупных сечений имеют, как правило, достаточный предел огнестойкости. Дощатоклееные балки (рис. 11.3) прямоугольного сечения, склеенные из досок плашмя, изготовляют заводы клееных конструкций в наибольших объемах. Их применяют главным образом в качестве основных несущих конструкций покрытий сельских, общественных и промышленных зданий. Используют их также в виде прогонов, пролеты и нагрузки которых не позволяют применить прогоны цельного сечения, а также в виде главных балок перекрытий, мостов и других сооружений. Сечения дощатоклееных балок принимают в большинстве случаев шириной не более 17 см, что позволяет изготовлять их из цельных по ширине досок. Балки большей ширины изготовляют из менее широких досок, склеенных между собой кромками с расположением этих стыков в разбежку по высоте, что увеличивает трудоемкость их изготовления. Ширину сечения клееных балок нашими нормами рекомендуется принимать не менее 1/6их высоты. Высота сечения балок определяется расчетом и находится в пределах от 1/10 до 1/15 пролета, она увязывается с толщиной досок после фрезерования. Форма дощатоклееных балок по длине (рис. 11.3) может быть прямоугольной односкатной, сегментной и двускатной, постоянной и переменной высоты. Прямоугольные и сегментные балки имеют, как правило, постоянную по длине высоту. Двускатные трапециевидные балки имеют переменную высоту, получаемую при склеивании досок уменьшающейся кверху длины. Двускатные ломаные балки собирают из двух прямых элементов, соединенных в коньке зубчатым соединением. Двускатные гнутые балки имеют выгиб в зоне конька и двускатную коньковую наклейку. Они могут быть постоянного и переменного сечения. Высота балок переменного сечения на опорах должна быть не менее 0,4 высоты сечения в середине длины. Балки склеивают из досок толщиной не более 50 мм. Применение более тонких досок несколько увеличивает несущую способность балок за счет меньшего влияния их коробления, но приводит к повышению трудоемкости изготовления и расхода клея. Доски перед склеиванием фрезеруются по пластям на 2,5 - 3,5 мм, а после склеивания кромки балок фрезеруются в среднем на 5 мм. Доски располагаются по высоте сечения балок таким образом, чтобы древесина наиболее высокого качества размещалась в наиболее напряженных нижней и верхней зонах. По длине все доски дощатоклееных балок стыкуются на зубчатое соединение, имеющее равную прочность с древесиной элементов I категории. Стыки должны располагаться на расстояниях не менее 30 см по длине и вразбежку - в соседних слоях. Практически при заводском изготовлении балок все эти требования соблюдаются автоматически. Расчет дощатоклееных балок покрытий производят на изгиб в большинстве случаев по схеме однопролетной свободно опертой балки на равномерную нагрузку q от собственной массы покрытия, балки и массы снега. Расчетное сечение, где действуют максимальные нормальные напряжения, в балках переменной высоты трапециевидной и ломаной формы не совпадает, как в балках постоянной высоты, с местом действия максимального изгибающего момента, поскольку момент сопротивления сечений уменьшается у них от середины балки быстрее, чем изгибающий момент. Расстояние расчетных сечений от опор x определяется путем отыскания минимума эпюры нормальных напряжений по длине балки. В балке с высотой в середине длины h и на опорах ho расстояние расчетных сечений от опор определяют из выраженная х = lho/2h. Изгибающий момент в этом сечении равен M = qx(l — x)/2. Сечения дощатоклееных балок в результате жесткости клеевых соединений считаются монолитными, и их геометрические характеристики определяются как для цельных сечений. Несущая способность балок повышается с увеличением их высоты в меньшей степени, чем момент сопротивления, так как при этом возрастает высота зон максимальных нормальных напряжений. Это учитывается снижением момента сопротивления сечений коэффициентом условий работы mб при высоте более 70 см и увеличением при высоте менее 70 см. Этот коэффициент принимает следующие значения (но при ширине сечения менее 14 см он не должен быть более 1): Проверку прочности дощатоклееных балок по нормальным напряжениям производят по формуле
(11.1) Прочность клеевых соединений на скалывание от действия максимальных поперечных сил на опорах рассчитывается по формуле (6.9). Сечения дощатоклееных балок большой относительной высоты и переменного сечения на опорах часто определяют расчетом клеевых швов на скалывание. Требуемую высоту сечения балок на опорах hтр определяют по формуле для прямоугольного сечения:
где bр = 0,6 b; уменьшение ширины сечения учитывает возможность непроклея в клеевом шве. В гнутых дощатоклееных балках при радиусе кривизны r возникают растягивающие напряжения поперек волокон, которые должны быть проверены по формуле Расчет дощатоклееных балок по прогибам от нормативной нагрузки производят по общей формуле (5.7), когда их относительная высота не превышает 1/20 пролета. При большей относительной высоте, характерной для балок покрытий, необходимо учитывать дополнительный прогиб от действия касательных напряжений. Этот прогиб зависит от коэффициента μ=1,2, пролета l, модуля сдвига G, площади сечения F и определяется выражением fτ = μ(qнl2)/(8GF).
Учитывая, что отношение модуля сдвига G к модулю упругости Ε принимается равным 20, полный относительный прогиб дощатоклееной балки пролетом l прямоугольного сечения может быть определен по формуле Расчет по прогибам балок переменного сечения производят по этой же формуле с учетом увеличения прогиба в результате уменьшения высоты балок к опорам. Это учитывается путем определения прогиба балки постоянной приведенной высоты hпр, которую находят в зависимости от наибольшей высоты h и коэффициента жесткости k из выражения hпр=h kж. Коэффициенты балки с высотой на опорах h0 равны: k = 0,15 + 0,85 (h0/h), c=15 + 4 h0/h. Mo-мент инерции приведенного сечения равен Jпр = kJh. Для обеспечения поперечной устойчивости клееных балок отношение высоты их сечений к ширине должно быть h/b<6. Если точки закрепления верхней сжатой зоны балок в покрытии находятся на незначительном расстоянии lр друг от друга, определяемом в зависимости от высоты h и ширины b сечения из выражения lР<70(b2/h), поперечная устойчивость балок обеспечена. Если lρ>70(b2/h), балки могут выйти из вертикальной плоскости и должны быть рассчитаны на устойчивость плоской формы изгиба по формуле
(11.4) где коэффициент устойчивости φб однопролетных свободно опертых балок при равномерной нагрузке равен При φб>2 проверка устойчивости не требуется. Дощатоклееным балкам, как правило, в процессе изготовления придается строительный подъем, выгиб в сторону, противоположную действию нагрузки, равный 1/200 пролета. Дощатоклееные балки двутаврового и рельсовидного сечения. Двутавровые дощатоклееные балки из досок плашмя состоят из стенки шириной не менее 80 мм и двух полок шириной не более двойной ширины стенки. Их применяют при тех же пролетах, что и балки прямоугольного сечения. По условиям технологии изготовления они имеют постоянное по длине сечение. Применение дощатоклееных балок двутаврового сечения ограничивается тем, что технология их изготовления существенно сложнее, чем балок прямоугольного сечения, что экономически не оправдывается получаемой некоторой экономией материалов. Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок, дощатых полок и ребер, склепных между собой. Они имеют ту же область применения, что и дощатоклееные балки, но отличаются от них существенно меньшей массой и меньшим расходом древесины, требуемым при их изготовлении, благодаря тому что древесина сконцентрирована в зонах действия максимальных нормальных напряжений при изгибе. Фанерные стенки этих балок работают на срез надежнее, чем древесина на скалывание. Однако применение этих балок сдерживается временной дефицитностью строительной фанеры, большей трудоемкостью их изготовления и меньшим пределом огнестойкости тонких фанерных стенок. По типу конструкции клеефанерные балки разделяют на ребристые и с волнистыми стенками. Клеефанерные ребристые балки (рис. 11.4) по форме сечений бывают коробчатыми и двутавровыми. Коробчатые балκи отличаются от двутавровых повышенной жесткостью из плоскости изгиба и гладкими боковыми поверхностями. Двутавровые балки имеют обычно одинарные фанерные стенки и не обладают преимуществами коробчатых, но требуют вдвое меньшего расхода фанеры. По длине клеефанерные балки могут иметь постоянное и переменное сечение. Основным типом таких балок являются трапециевидные двускатные. Их высоту в середине пролета определяют расчетом на изгиб, и она получается близкой к 1/10 - 1/12 пролета. Высоту сечения на опорах определяют расчетом стенок на срез и устойчивость, и она должна быть не меньше 0,4 пролета.
Клеефанерные балки с волнистой стенкой (рис. 11.5) относятся к классу малогабаритных балок. Они имеют двутавровое сечение, постоянное по длине. Пояса их состоят из одиночных досок II категории качества. Дощатоклееные армированные балки (рис. 11.6) представляют собой деревянные клееные балки, в крайние, наиболее напряженные, зоны которых вклеиваются стержни стальной арматуры. Такие балки имеют существенно большую несущую способность и жесткость, чем неармированные такого же сечения, и их целесообразно применять в тех покрытиях, где требуются балки минимальной строительной высоты или с целью экономии досок I категории качества. Однако эти балки более трудоемки б изготовлении, чем неар-мированные, и требуют расхода стали. Армированные балки имеют прямоугольное сечение шириной, необходимой для размещения не менее двух арматурных стержней, и склеиваются из досок II категории качества плашмя. Арматуру для нормирования балок применяют двойную классов Α-III и A-IV с расчетными сопротивлениями 34 и 51 МПа. Процент армирования находится в пределах 2 - 4. Арматуру в большинстве случаев применяют без предварительного напряжения, однако возможно и применение предварительно напряженной арматуры. Клей для вклеивания арматуры применяют эпоксидно-цементный, обеспечивающий надежное соединение металла с древесиной. Расчет армированных балок на изгиб производят с учетом совместной работы клееной древесины и стальной арматуры методом приведенных сечений, учитывающим модули упругости древесины и стали. Дощато-гвоздевые балки с перекрестной стенкой могут иметь пролеты до 12 м и высоту в середине не менее 1/7 пролета и на опорах - не менее 0,4 высоты в середине. Они имеют двутавровое сечение, постоянное по длине в односкатных и переменное в двускатных балках. Пояса этих балок состоят из толстых двойных досок на ребро, соединенных по длине болтовыми стыками. Балки на дубовых пластинках (балки Деревягина) могут иметь пролет до 6 м. Они состоят из двух или трех цельных брусьев, по высоте соединенных рядами дубовых пластинок, вставленных в гнезда. В процессе изготовления этим балкам придается строительный подъем, благодаря которому обеспечивается плотное защемление пластинок в гнездах. Согласно действующим строительным нормам и пра-вилам конструкции из дерева и пластмасс должны рассчитываться по методу предельных состояний, Предельное состояние - это такое состояние, при достижении которого конструкция перестает удовлетворять заданным требованиям, предъявляемым к ней в эксплуатационных условиях или при возведении. Внешней причиной, могущей привести конструкцию к предель-ному состоянию, являются силовые воздействия (внешние нагруз-ки, реактивные силы). Первая группа предельных состояний характеризуется потерей несущей способности и полной непригодностью к дальнейшей эксплуатации и является наиболее ответственной. В конструкциях из дерева и пластмасс могут возникнуть следующие предельные состояния первой группы: разрушение, потеря устойчивости опрокидывание, недопустимая ползучесть.
Эти предельные состояния не наступают при условиях т. е. когда нормальные напряжения σ или скалывающие напряжения τ не превышают некоторой предельной величины R, называемой расчетным сопротивлением. Вторая группа предельных состояний характеризуется такими признаками, при которых эксплуатация конструкции или сооружения хотя и затруднена, но полностью не исключается, т. е. конструкция становится непригодной лишь к нормальной эксплуатации. Для деревянных конструкций и конструкций с применением пластмасс пригодность к нормальной эксплуатации обычно определяется по прогибам: f/l<[f/l]пред. (4.3) Формула (4.3) означает, что изгибаемые (или сжато-изгибаемые) элементы или конструкции пригодны к нормальной эксплуатации, когда наибольшая величина отношения перемещения (т. е. прогиба) к пролету f/l меньше некоторой предельной величины [f/l]пред.: Цель производимого расчета конструкций - не допустить наступления ни одного из возможных предельных состояний как при эксплуатации конструкций в течение срока службы, так и при транспортировании, монтаже конструкции и возведении здания (сооружения). Для оценки характеристик материалов, величин нагрузок и реальных условий эксплуатации метод расчета по предельным состояниям вводит понятия: нормативные ,и расчетные сопротивления, нормативные и расчетные нагрузки, коэффициенты условия работы и другие параметры, применяемые при расчете различных конструкций. § 4.2. Нормативные и расчетные нагрузки Исходными величинами и основными характеристиками нагрузок являются нормативные нагрузки, обозначаемые обычно индексом «н» (например, gн, рн, Рн и т. п.). Отклонения учитываются коэффициентами перегрузки п, значение которого в большинстве случаев больше единицы (1,1 - 1,6). Коэффициент перегрузки устанавливается с учетом изменчивости самой нагрузки и в зависимости от группы и вида предельного состояния, от назначения здания (сооружения), от условий его эксплуатации. Путем умножения нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки получают величину, называемую расчетной нагрузкой, которая и принимается в расчетах конструкций. Таким образом, g=gнn; р = рнп; Р=Рнп. (4.4) Проверку конструкций по второй группе предельных состояний производят на действие постоянных и временных нормативных нагрузок. Различают нагрузки постоянные и временные, а среди временных выделяют длительные, кратковременные и особые. К постоянным нагрузкам относят массу ограждающих и несущих конструкций зданий и сооружений, и т. п. К временным длительным нагрузкам относят массу технологического оборудования и сопутствующих технологическому процессу материалов, давление газов, жидкостей и т. п. К кратковременным нагрузкам относят нагрузки от подвижного транспорта (кранов, тельферов), от людей, снеговые и ветровые нагрузки, температурные климатические воздействия и т. д. К особым нагрузкам относят сейсмические воздействия. Вероятность того, что все кратковременные и особые нагрузки не могут одновременно достигнуть своей максимальной величины, учитывается коэффициентом сочетания пс, который меньше единицы. § 4.3. Нормативные и расчетные характеристики материалов Основной характеристикой материалов, по которой оценивается их способность сопротивляться силовым воздействиям, является нормативное сопротивление Rн. Назначению нормативного сопротивления должно предшествовать установление характера и параметров кривой распределения
прочности (рис. 4.1), которую строят по результатам испытаний большого числа (нескольких тысяч) образцов материала. Статистическая обработка результатов таких испытаний позволяет построить достаточно достоверную кривую распределения, которая будет показывать, какова вероятность или частота (в процентах от общего числа испытанных образцов) появления образца той пли иной прочности. Установлено, что из 100% испытанных образцов не менее 95% должны иметь прочность, большую нормативного сопротивления или равную ему (рис. 4.1). При соблюдении этого условия говорят, что нормативное сопротивление имеет обеспеченность не менее 0,95. Нормативное сопротивление является основным мерилом при оценке качества конструктивных материалов при проверочных испытаниях прочность материалов должна быть не меньше нормативного сопротивления. Коэффициент безопасности по материалу k, который больше единицы, учитывает вероятность проявления материалом прочности меньшей, чем нормативное сопротивление, т. е. отклонение прочности в неблагоприятную для конструкции сторону. Нормы устанавливают, что значение коэффициента безопасности по материалу должно быть не меньше 1,1. Расчетное сопротивление материала получают путем деления нормативного сопротивления на коэффициент безопасности по материалу: R = Rн /k (4.5) Расчетное сопротивление - это прочностная характеристика, принимаемая при расчетах конструкций. Коэффициенты условий работы m учитывают такие факторы, как температура и влажность среды, продолжительность воздействий, а также приближенность расчетных схем, возможность перераспределения усилий и т. д. При учете неблагоприятных условий m<1, а при учете условий, благоприятно влияющих на работу конструкции, m>1. Нормативные и расчетные сопротивления характеризуют одно из основных свойств материала - его прочность. Наряду с величинами сопротивлений при расчетах необходимо иметь значения других характеристик материалов: плотности, модуля упругости, коэффициента Пуассона и др. Нормативные значения этих характеристик принимаются по их среднестатистическим величинам. § 4.4. Нормативные и расчетные характеристики древесины и фанеры Нормативное сопротивление древесины вычисляется по результатам многочисленных испытаний малых образцов чистой (без включения пороков) древесины одной породы влажностью 12%. Для оценки прочности при различных видах деформирования (растяжение, сжатие, изгиб, скалывание) используют образцы, установленные ГОСТом. Принятое в СНиП II-В.4 - 71 значение нормативного сопротивления древесины определено как Rн = Rврср(1 - 2,25сv),(4.6) где Rврср - среднее значение предела прочности; сv - коэффициент
изменчивости. Коэффициент безопасности по материалу k назначают с учетом факторов, влияющих на прочность конструкционных элементов, выполненных из древесины, К числу этих факторов относятся: снижение прочности и увеличение деформаций при длительном действии нагрузок; снижение прочности за счет естественных пороков древесины (сучки, косослой и т. п.); снижение прочности за счет масштабного фактора. Предел длительного сопротивления (т. е. прочность, соответствующая продолжительно действующей нагрузке) выявляется экспериментально. В ходе длительных испытаний отмечается еще и нарастание деформаций в образцах (рис. 4.2, б). Такое явление называется ползучестью. Ползучесть древесины должна быть учтена при назначении расчетных характеристик, в особенности модуля упругости Ε и модуля сдвига G. На практике в элементах конструкций неизбежно присутствуют пороки древесины, оказывающие весьма ощутимое влияние на прочность элементов. Сучки влияют на снижение прочности элементов за счет уменьшения эффективной площади поперечного сечения элементов, за счет концентрации напряжений в местах образующегося отверстия, или выкружки, а также за счет образующегося вблизи сучка косослоя. Наклон волокон опасен тем, что при непараллельности волокон древесины действующему усилию в элементе развиваются напряжения, направленные поперек волокон, а в этом направлении прочность древесины, например, при растяжении в 20 - 25 раз меньше, чем вдоль волокон. Трещины опасны при работе древесины на скалывание, которое может быть вызвано действием поперечных сил, а при наличии наклона волокон - и действием нормальных сил. Учет пороков показывает, что их влияние снижает прочность элементов по сравнению с чистой древесиной при растяжении примерно в 2,8 раза, при сжатии - в 1,5 раза. Влияние масштабного фактора выражается в том, что прочность древесины в элементах крупных размеров меньше, чем вобразцах, принятых при определении нормативного сопротивления. Учет влияния всех перечисленных факторов - длительного действия нагрузки, пороков и масштабного фактора - позволяет получить значение коэффициента безопасности по материалу k, а затем и величину расчетного сопротивления древесины при различных видах напряженного состояния. Модуль упругости древесины вдоль волокна независимо от породы принимается равным Е=10 000 МПа. Это значение установлено путем снижения в 1,5 раза модуля упругости (15 000 МПа), полученного из кратковременных испытаний образцов древесины. 22 Клеефанерные настилы покрытий собираются из крупных клее-фанерных плит или панелей заводского изготовления и отвечают условиям сборного строительства. Они имеют длину 3 - 6 м, ширину 1 - 1,5 м, соответствующую размерам фанерных листов, и укладываются непосредственно на основные несущие конструкции покрытий. Панели состоят из дощатого каркаса и фанерных обшивок, соединенных клеем (рис. 9.6). Клеефанерные панели выполняют функции настила, прогонов, водо- и пароизоляции. Они характеризуются малой массой при значительной несущей способности благодаря расположению основных несущих элементов - обшивок - в зонах действия максимальных нормальных напряжений при изгибе. В своей плоскости они имеют большую жесткость. Поверхности панелей, обращенные внутрь помещений, покрывают огнезащитными составами для повышения их степени огнестойкости. Каркас панелей состоит из продольных и поперечных досок - ребер, которые могут быть также клееными толщиной не менее 32 мм. Продольные, рабочие, сплошные по длине ребра ставятся на расстоянии не более 50 см друг от друга из условий работы обшивок на изгиб от сосредоточенных грузов. Поперечные ребра жесткости ставятся на расстоянии не более 1,5 м, как правило в местах расположения стыков фанеры, и прерываются в местах пересечений с продольными ребрами. Обшивка панелей состоит из листов фанеры повышенной водостойкости, толщиной не менее 8 мм, состыкованных по длине усовыми соединениями. Обшивки склеиваются с каркасом в таком положении, при котором направления наружных волокон фанеры и древесины продольных ребер совпадают для того, чтобы фанера работала в направлении своей большей прочности и жесткости. Клеефанерные панели опираются на основные несущие конструкции при ширине опорных площадок не менее 5 см. Их прикрепляют к опорам и соединяют кромками между собой шурупами или гвоздями для обеспечения их совместных прогибов при нагружении. Панели подразделяют на коробчатые, ребристые обшивкой вверх и ребристые обшивкой вниз. Коробчатую клеефанерную панель применяют в утепленных покрытиях с рулонной кровлей и гладким потолком. Она имеет двусторонние обшивки, образующие вместе с ребрами ряд полостей, в которые по слою пароизоляции укладывают утеплитель. Полости всех панелей настила соединяются отверстиями в единую вентилируемую прослойку, сообщающуюся с наружным воздухом в карнизах и коньке покрытия, которая обеспечивает осушающий режим работы настила. Первый нижний слой рулонного ковра наклеивают на верхнюю обшивку при изготовлении для предохранения панели от увлажнения при транспортировании и монтаже, а верхние слои - после сборки покрытия. Ребристую клеефанерную панель обшивкой вверх применяют в холодных и утепленных покрытиях с рулонной кровлей без гладкого потолка. Она имеет только одну верхнюю обшивку, поверх которой укладывают утеплитель и рулонный ковер. Ребристую клеефанерную панель обшивкой вниз применяют в утепленных и холодных покрытиях с кровлей из волнистых асбестоцементных листов. Она имеет только одну нижнюю обшивку. Листы кровли укладывают по продольным ребрам, а утеплитель размещают по обшивке между ребрами. Расчет клеефанерных плит или панелей производят по прочности и прогибам при изгибе по схеме однопролетной свободно опертой балки на нормальные составляющие нагрузок от собственной массы gх и снега рх, отнесенные к их полной ширине. От суммы этих двух нагрузок определяют изгибающие моменты, поперечные силы и максимальные прогибы. На местный изгиб между продольными ребрами обшивку рассчитывают на нормальную составляющую сосредоточенного груза от массы человека Рх, условно распределенную на ширине 1 м, по схеме балки пролетом а, жестко заделанной на опорах, где фанера приклеена к ребрам. Максимальный изгибающий момент при этом равен Мф = Рха/8. Фанерные обшивки и продольные ребра каркаса работают на изгиб совместно благодаря жесткости клеевых соединений. Сечение коробчатой панели считается условно двутавровым, а ребристых - тавровым полкой вверх или вниз. При этом ширина стенки равна сумме ширин ребер, а расчетная ширина обшивок b принимается равной 0.9 ширины панели, учитывая концентрацию напряжений в них в зоне соединений с ребрами. Геометрические характеристики сечений панели определяют с учетом различных величин модулей упругости древесины Eд и фанеры Eф вдоль волокон. Коэффициенты приведения сечения к фанере и древесине при этом равны: nф = Eд/Eф = 10 000/8500 = 1,18; nд = Eф/Eд = 8500/10 000 = 0,85. Расс