по предельным состояниям.

Основы методики расчета деревянных конструкций

Согласно нормам (СНиП) все строительные конструкции и основания рассчитываются по предельным состояниям.

Предельное состояние – такое состояние, при котором конструкция перестает удовлетворять требованиям, предъявляемым к ней в процессе эксплуатации.

Различают 2 группы предельных состояний:

1) По несущей способности, т.е. по непригодности к эксплуатации, включает в себя: общую потерю устойчивости формы, потерю устойчивости положения, все виды разрушения (вязкое, хрупкое, усталостное).

2) По деформациям, по непригодности к нормальной эксплуатации. Состояния, вследствие которого допускается недопустимые перемещения, прогибы, осадки, углы поворота, смещения.

Предельные состояния центрально--растянутых элементов.

Центрально-растянутые стержни рассчитывают только на прочность (по Ι группе предельных состояний) по формуле:

σ = ≤R_р ∙ m_o,

где N − расчётное значение растягивающего усилия;

F_нт − площадь поперечного сечения нетто (за вычетом площадей ослаблений).

Ослабления элемента отверстиями, врубками считаются совмещёнными в одном поперечном сечении, если они расположены по длине на участке менее 200 мм;

R_р − расчётное сопротивление древесины растяжению;

m_o − коэффициент учитывает наличие ослаблений.

Предельные состояния центрально-сжатых элементов.

Центрально-сжатые стержни рассчитывают по Ι группе предельных состояний:

- короткие (отношение высоты сечения к длине элемента < 7) и длинные стержни по прочности;

- длинные стержни по устойчивости.

Расчёт по прочности:

σ = ≤R_с,

где R_с − расчётное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон.

Проверка устойчивости:

σ = ≤R_с,

где N − расчётное значение сжимающей силы;

F_расч − расчётная площадь поперечного сечения.

- коэффициент продольного изгиба – отношение критического напряжения при потере устойчивости к расчетному сопротивлению.

Предельные состояния элементов, работающих на поперечный изгиб.

Элементы работающие на поперечный изгиб рассчитывают:

1. на прочность по нормальным напряжениям
2. на прочность по касательным напряжениям
3. проверка общей устойчивости
4. проверка местной устойчивости (для клеефанерных балок двутаврового или коробчатого сечения)

Эти четыре состояния относятся к первой группе предельных состояний.

По второй группе предельных состояний в изгибаемом элементе необходимо проверить жесткость или прогиб.

Расчет на прочность по нормальным напряжениям выполняется по формуле:

,

где - расчетное значение изгибающего момента.

- момент сопротивления сечения нетто за вычетом ослаблений.

- расчетное сопротивление древесины изгибу.

Предельные состояния внецентренно-сжатых элементов.

Данные стержни рассчитываются на прочность и устойчивость.

- изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок, но определяемых по деформированной схеме стержня.

 

- складывается из основного изгибающего момента от всех действующих сил определяемого из недеформированной схемы стержня и дополнительного момента продольной силы.

,

В нормах ,

- коэффициент изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствии прогиба элемента.

,

где - проверка устойчивости центрально – сжатого стержня;

- коэффициент продольного изгиба, который определяется аналогично центрально – сжатым стержням, в зависимости от гибкости .

Деревянные конструкции, как и другие виды строительных конструкций, рассчитываются по методу предельных состояний. Предельным называется такое состояние конструкций, при котором их дальнейшая эксплуатация становится невозможной по причине: потери несущей способности (прочности, устойчивости) - первое предельное состояние; возникновения недопустимых деформаций (прогибов, перемещений) - второе предельное состояние.

Основное положение расчёта строительных конструкций по методу предельных состояний можно сформулировать так: внутренние напряжения, а также деформации и перемещения от учитываемых нагрузок и воздействий не должны превышать предельных значений прочностных показателей строительных материалов, устанавливаемых нормами проектирования. Для деревянных конструкций это СНиП Н-25-80 «Деревянные конструкции. Нормы проектирования» [2]. В данной работе все обозначения в формулах и ссылки на таблицы даны по СНиП [2], поскольку новая редакция этого документа СНиП 2.08.03-90 до настоящего времени не утверждена.

Расчёт конструкций по первому предельному состоянию производится на расчётные нагрузки, а расчет по второму предельному состоянию - на нормативные нагрузки. Нормативные значения нагрузок приводятся в СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» [1]. Расчетные значения нагрузок получаются путём умножения нормативных нагрузок на коэффициенты надёжности по нагрузке, коэффициенты надежности по ответственности зданий и сооружений, а также, в необходимых случаях, - на коэффициенты динамичности.

 

 

НАРАЩИВАНИЕ

Торцевые соединения

Есть еще одно определение такого соединения – наращивание. Оно характеризуется тем, что все детали скрепляют между собой в торцевой части, при этом увеличивается длина целой детали. В зависимости от типа крепления такие торцевые соединения выдерживают большие нагрузки при сжатии, растяжении и изгибе. Обычная целая доска во многом уступает доске, полученной при наращивании.

Торцевое соединение деталей, сопротивляющееся сжатию, может иметь различную конструкцию. Основная особенность этого соединения состоит в том, что каждый брусок обладает и накладкой, и пазом, которые чаще всего делают равными и по толщине, и по длине.

Можно сделать наращивание с прямой накладкой (рис. 48, а, б), а можно сделать торцевое соединение с косой накладкой (рис. 48, в).

Рис. 48. Торцевые соединения, сопротивляющиеся сжатию: а – с прямой накладкой вполдерева; б – с прямой накладкой со стыком в тупой угол; в – с косой накладкой со стыком в шип.

Торцевое соединение деталей, сопротивляющееся растяжению, в основе своей конструкции содержит накладку в замок. Сначала чертят накладку, затем на одной детали делают паз, а на другой – выступ. Именно этот замок и позволяет обеим половинам не разъединяться. Так же как и соединение, сопротивляющееся сжатию, этот тип соединения может иметь прямую накладку (рис. 49 а, в) и косую накладку (рис. 49, б).

 

 

Рис. 49. Торцевые соединения, сопротивляющиеся растяжению: а – в прямой накладной замок; б – в косой накладной замок; в – с прямой накладкой со стыком в шип («ласточкин хвост»).

В качестве дополнительного крепления здесь можно использовать клей, гвозди или шурупы.

Торцевое соединение, сопротивляющиеся изгибу, в своей основе использует накладку либо с косым стыком (рис. 50, а), либо накладку со ступенчатым стыком (рис. 50, б).

Рис. 50. Торцевые соединения, сопротивляющееся изгибу: а – с прямой накладкой вполдерева с косым стыком; б – с прямой накладкой вполдерева со ступенчатым стыком; в – в косой накладной замок с клиньями и со стыком в шип.

Особенностью первого типа соединения, где используют косой стык, является то, что торцевые стороны обеих деталей срезают под острым углом. При выпиливании торцов необходимо с точностью до нанометра соблюдать угол среза (рис. 50 а, в).

Второй тип соединения характеризуется тем, что на торцевых сторонах деталей есть небольшие пазы и шипы (рис. 50 б, в).

Перечисленные типы соединений обязательно должны иметь прямую поверхность накладок. Накладки с косой поверхностью используют достаточно редко, хотя они не уступают по прочности прямым. Для дополнительного крепления здесь в одинаковой степени можно использовать клей, шурупы или гвозди.

Дополнительное крепление больших брусьев, использующихся при строительстве домов, может быть металлическим или деревянным. В качестве деревянных креплений используют шипы как выдолбленные, так и вставные.

Металлические крепления могут быть в виде хомутов или обмотки толстой проволокой. Нередко встречается крепление болтами.