ДЕРЕВЯННЫЕ БАЛКИ

Общие сведения

Деревянные балки применяются в качестве прогонов кровли, наслонных стропил, балок чердачных и междуэтажных перекрытий, в покрытиях и перекрытиях:

а) малоэтажных жилых домов;

б) промышленных зданий с химически агрессивной средой;

в) сельских производственных зданий и других объектов.

Рекомендуемые пролеты балок 3... 18 м, шаг балок от 1 до 6 м. В евро­пейских странах имеются примеры применения клееных деревянных ба­лок пролетами до 54 м.

Балки, как и другие изгибаемые элементы, рассчитываются на проч­ность и жесткость по известным формулам (см. подразд. 3.5).

Балки деревянных междуэтажных перекрытий, кроме обычного расче­та на прочность и жесткость, дополнительно проверяются на зыбкость расчетом на прогиб от сосредоточенной силы 1,0 кН, прогиб балки при этом не должен превышать 0,7 мм. Предельные прогибы балок перекры­тий, исходя из физиологических требований, определяются также по фор­муле (26) раздела 10.10 СНиП 2.01.07-85* [1].

По типу поперечного сечения различают: балки цельного сечения, со­ставные балки на податливых связях, клееные деревянные, клеефанерные и армированные клееные деревянные балки.

Рассмотрим особенности конструирования и расчета основных типов балок.

Балки цельного сечения

Балки цельного сечения изготавливаются из досок, брусьев или круг­лых лесоматериалов. Пролеты балок из-за ограниченного сортамента ле­соматериалов не превышают 6,5 м. Такие балки широко применялись в се­редине XX века в чердачных и междуэтажных перекрытиях жилых домов (рис. 6.1,6.2).

При применении деревянных балок в покрытиях для уменьшения рас­четных усилий в балках используются следующие способы:

1. Разрезные балки усиливаются подбалками (рис. 6.3).

Подбалки, уменьшающие расчетные пролеты балок, подкладываются под стыки балок и скрепляются с ними болтами. Длина консоли подбалки назначается исходя из условия, что общая касательная к упругим линиям балки и подбалки должна проходить в сечении у конца консоли. При оди­наковых жесткостях балки и подбалки длина консоли а₂ = 0,17/ + 10 (см). Теоретическую длину консоли подбалки увеличивают на 10 см для обес­печения достаточной площади смятия.

Расчетные изгибающие моменты определяются по формулам:

а) в балках максимальный изгибающий момент возникает при отсутст­вии временной нагрузки в соседних пролетах (при этом уменьшает­ся расчетная длина консоли подбалки и, соответственно, увеличива­ется пролет балки):

M_б = (q + p) (l – 2a₁ )² / 8 (6.1)

где q— постоянная нагрузка;

p— временная нагрузка;

l — пролет балки;

a₁— длина консоли, уменьшенная за счет несимметричного поворота подбалки при отсутствии временной нагрузки в соседних проле­тах: а₁ = qa₂ /( q + p); a ₂ — максимальный вылет консоли;

б) в подбалке максимальный момент возникает при загружении посто­янной и временной нагрузкой по всем пролетам:

M_пб = [(q + p) l / 2] a (6.2)

где a— теоретический вылет консоли, a = 0,17 l.

По найденным изгибающим моментам подбираются сечения балок и подбалок. Жесткости балок и подбалок рекомендуется принимать одинаковыми.

Подбалки применяются в конструкциях простейших мостов, в пере­крытиях залов ожидания старых железнодорожных вокзалов и других объектах.

2. Балки проектируются в виде многопролетных статически опреде­лимых шарнирно-стержневых систем (рис. 6.4).

Такие системы применяются в тех случаях, когда временная нагрузка постоянна и равномерно распределена по всем пролетам. Так работают продольные балки подвесных потолков, прогоны кровли.

Рекомендуется схема со встречным расположением шарниров: по два шарнира в пролете через пролет, исключая крайние пролеты.

Различают две схемы:

а) равномоментную — х = 0,15/;

б) равнопрогибную — х = 0,21/.

Основные параметры этих двух схем даны в табл. 6.1.

Таблица 6.1 Основные параметры многопролетных шарнирных систем

Примечания: а) если длины крайних пролетов равны остальным, то изгибающий момент на первой промежуточной опоре М_{оп1 =}- q_р l²/10, а на всех последующих М опi = — q_р l² /12;

б) прогиб в крайних пролетах (для равнопрогибной схемы) определяется по формуле f = 2,5q_н l⁴/384EJ

По конструктивным соображениям предпочтительнее равнопрогибное решение. По такой схеме выполняются консольно-балочные прогоны (рис. 6.4, б). Стыки прогонов по длине осуществляются в местах располо­жения шарниров косым прирубом. Боковое смещение шарнира предот­вращается установкой вертикального болта. Недостаток консольно-балочных прогонов — перекрываемый пролет не превышает 4,5 м.

По такой же схеме (равнопрогибной) решаются и спаренные неразрез­ные прогоны (рис. 6.4, в). Они состоят из двух или более рядов досок, по­ставленных на ребро и соединенных между собой гвоздями. Шаг расста­новки гвоздей по длине прогонов назначается конструктивно 500 мм. Первый ряд досок не имеет стыка в первом пролете, а второй ряд досок — в последнем. Концы досок одного ряда прибиваются гвоздями к доскам другого ряда, не имеющим в данном месте стыка. Стыки досок устраива­ются в точках, где изгибающий момент в неразрезных балках меняет знак, т. е. на расстояниях от опор, равных 0,21l

Поперечная сила, приходящаяся на один ряд досок, Q = М_оп /2х_гв. В то же время поперечную силу можно определить по формуле Q = n_гв [T_гв], от­сюда, количество гвоздей, которые ставятся с каждой стороны стыка, оп­ределяется по формуле:

 

n_гв = М_оп /2х_гв[T_гв](6.3)

где х_гв — расстояние от опоры до центра гвоздевого забоя (см. рис. 6.4);

[Тгв] — расчетная несущая способность одного односрезного гвоздя.

 

 

Наслонные стропила

Балки цельного сечения также широко применяются в качестве наслонных стропил в покрытиях зданий различного назначения (рис. 6.5). Наслонные стропила (стропильные ноги) просты в изготовлении, надеж­ны и долговечны, так как работают в условиях хорошо проветриваемых чердачных помещений. При наличии несгораемого чердачного перекры­тия наслонные стропила допускается применять в зданиях любой степени огнестойкости. Наслонные стропила при правильном их конструировании и устройстве — безраспорные конструкции. Для предотвращения появле­ния распора необходимо плоскости стропильных ног в местах опирания на мауэрлат делать горизонтальными, а появление случайного распора по­гашать ригелем из парных схваток.

В наслонных стропилах от вертикальной нагрузки помимо изгибающих моментов появляется продольное усилие, которое в зависимости от опорных закреплений может растягивать или сжимать стропильную ногу. Расчет на­слонных стропил при угле наклона покрытия менее 45° можно вести по фор­мулам для балок цельного сечения без учета продольной силы. В современ­ном строительстве стропильные системы применяются при возведении ман­сардных этажей жилых и административных зданий.

 

Балки Деревягина

Балки Деревягина относятся к составным балкам на податливых связях. Балки разработаны инженером В. С. Деревягиным в 1932 году. Они образу­ются соединением по высоте двух или трех брусьев с помощью деревянных пластинчатых нагелей (рис. 6.6).

 

В этих балках соединение брусьев по длине невозможно, поэтому про­лет таких балок не превышает 6,5 м. Для уменьшения опасности появле­ния при усушке нежелательных горизонтальных трещин в брусьях делают вертикальные пропилы глубиной 1/6 высоты бруса. Балки изготавливают­ся на специальном стенде. Гнезда для пластинок выбираются электроцепнодолбежником в предварительно выгнутых на величину строительного подъема брусьях.

Строительный подъем определяется по формуле

f_стр = 0,1 l /h₁ (6.4)

.

где h₁ — высота одного бруса.

Пластинчатые нагели изготавливаются из сухой (влажностью не более 10 %) древесины дуба или антисептированной березы. Направление воло­кон древесины пластинчатых нагелей должно быть перпендикулярно плоскости сплачивания.

Размеры пластинок определяются параметрами электроцепнодолбежника. В настоящее время используется один типоразмер: длина пластинок l_пл = 58 мм; толщина пластинок b_пл=12 мм. При ширине брусьев до 150 мм нагели ставятся на всю ширину и называются сквозными; при ши­рине брусьев более 150 мм ставятся глухие пластинки. Ослабление сече­ния балки гнездами для нагелей в расчетах не учитывается.

Балки рассчитываются как составные с учетом податливости связей. В балках Деревягина такими податливыми связями являются пластинчатые нагели. Податливостью называется способность связей при деформации кон­струкций давать возможность соединяемым элементам сдвинуться относи­тельно друг друга. Связи в швах составного элемента при поперечном изгибе обычно расставляются равномерно по длине балки, что часто не соответству­ет действительной эпюре сдвигающих усилий (см. рис. 6.6, б).

При равномерно распределенной нагрузке по пролету балки теорети­ческой эпюрой сдвигающих усилий является треугольник АА'О (при аб­солютно жестких связях). Действительная эпюра сдвигающих усилий с учетом податливости связей представлена в виде косинусоиды АЕО, по площади равной треугольнику АА'О.

Чтобы избежать перегрузки крайних связей, необходимое количество пластинчатых нагелей надо определять из площади объемлющего косину­соиду прямоугольника АЕДО, которая в к/2 раза (1,57 раза) больше пло­щади косинусоиды АЕО.

Интегрируя известную формулу Журавского для определения расчетной сдвигающей силы, получим формулу для определения требуемого количест­ва нагелей (связей) в каждом шве балки на длине от опоры до места макси­мального изгибающего момента (при равномерно распределенной нагрузке):

n_пл = 1.5 M_max S_бр /J_бр T_пл (6.5)

где M_max — максимальный (расчетный) изгибающий момент в балке;

S_бр — статический момент брутто сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси;

J_бр — момент инерции брутто всего сечения;

T_пл — расчетная несущая способность одного пластинчатого нагеля. Расчетная несущая способность одного пластинчатого нагеля при су­ществующих параметрах пластинок T_пл = 0,75b_пл (кН).

Порядок расчета балок Деревягина:

1 . Определяется требуемый момент сопротивления балки:

W_тр = M_max / R_и k_w

n_{пл =} 1.8 M_max / h T_пл (6.6)

Если полученное количество пластинчатых нагелей не размещается по длине балки, то необходимо увеличить размеры балки либо изменить кон­струкцию балки.

Двутавровые балки с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях

Двутавровые балки с двойной перекрестной дощатой стенкой на гвоз­дях относятся к конструкциям построечного изготовления. Они состоят из дощатых или брусчатых поясов, стенки из двух слоев досок и ребер жест­кости. Основные типы таких балок показаны на рис. 6.7. Благодаря про­стоте изготовления и надежности в работе, такие конструкции широко применялись в строительстве в 30-х годах XX века, в годы Великой Отече­ственной войны — при восстановлении мостов, в послевоенный период — в покрытиях производственных зданий и во многих случаях успешно экс­плуатируются до настоящего времени.

По очертанию верхнего пояса балки подразделяются на балки с парал­лельными поясами, односкатные и двускатные.

Основные правила конструирования балок:

- рекомендуемые пролеты балок 9... 15 м;

- полная высота балок с параллельными поясами, односкатных в середине пролета и двускатных в четвертях пролета h₁должна прини­маться не менее 1/9 l;

- высота односкатных и двускатных балок на опоре должна быть не менее 0,4 h₁

l — расчетный пролет балки;

h_оп— высота балки на опоре с меньшей высотой;

h_ср — высота балок в середине пролета;

б) для балок двутаврового сечения

x_м = ( √γ (1 + γ) – γ) (6.8)

где γ = h_{оп /}ltgα,

h_оп – высота на опоре между осями поясов в двутавровых балках;

α – угол наклона верхнего пояса балки к горизонту.

В тех случаях, когда по конструктивным соображениям необходимо уст­раивать подрезки у опор изгибаемых элементов (например, при опирании вспомогательных балок на главные, раскреплении прогонами верхних поя­сов ферм и т. д.), надо соблюдать следующее условие (см. рис. 6.2, в):

A / bh ≤ 0,4 MПа(6.9)

где A— опорная реакция балки от расчетной нагрузки;

bи h— ширина и полная высота сечения балки без подрезки.

При этом глубина врезки не должна превышать 0,25 высоты сечения, длина опорной площадки — не более высоты сечения, длина скошенной части — более двух величин глубины врезки: а < 0,25h, с < h, с₁ > 2а.Если среднее скалывающее напряжение получается более 0,4 МПа, подрезки на опоре балок не допускаются.

В двутавровых и тавровых балках в случаях, когда нагрузка приложена к нижнему поясу балок, делается проверка на отрыв нижней полки по эм­пирической формуле (см. рис. 6.2, г)

N ≤ 0,04b₁ c (6.10)

где N— суммарная расчетная двусторонняя нагрузка на полку от опорных

планок, кН;

b₁— ширина стенки балки или ее половина при односторонней нагрузке, см;

с — ширина опорной планки, см.

Дата добавления: 2014-08-09; просмотров: 1584; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!