Клееные деревянные балки

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(ВлГУ)
Институт инновационных технологий
Архитектурно-строительный факультет
Кафедра Строительных конструкций
Презентация лекций
по дисциплине «Плоскостные и пространственные деревянные конструкции»
Направление подготовки
270800 (08.04.01) «Строительство»
Программа подготовки «Проектирование, реконструкция и эксплуатация энергоэффективных зданий»
Рощина Светлана Ивановна
Грибанов Алексей Сергеевич
Владимир – 2014 г.
Расчет деревянных конструкций
Деревянные конструкции рассчитываются по методу предельных состояний:
•
по потере несущей способности
•
по недопустимости деформаций
Для выполнения расчетов деревянных необходимо учитывать нормы проектирования в соответствии с СП
64.13330.2011 «Деревянные конструкции», СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».
Расчет конструкций по первой группе предельных состояний производят по расчетным нагрузкам.
Расчет конструкций по второй группе предельных состояний производят по нормативным нагрузкам.
Расчетные нагрузки получают путем умножения нормативных значений на коэффициенты надежности по
нагрузке, ответственности зданий и сооружений. А при необходимости – на коэффициент динамичности.
Таблица 1.
Расчетные сопротивления древесины сосны и ели II сорта
Основными нормируемыми характеристиками прочности
древесины являются нормативные и расчетные
сопротивления.
Расчетные сопротивления древесины сосны и ели II сорта
приведены в таблице 1.
Модуль упругости древесины принят:
•
вдоль волокон Е=10000 Мпа
•
поперек волокон Е0.90=400МПа
Модуль сдвига древесины относительно осей,
направленных вдоль и поперек волокон, G0.90=500МПа.
Расчетные сопротивления для других пород древесины
Устанавливаются путем умножения табличных величин на
переходные коэффициенты.
Виды напряженно-деформированного состояния деревянных
элементов
Центрально-растянутые элементы
Рис.1 Центральное растяжение.
а – малый образец для испытания древесины на растяжение вдоль волокон, б – диаграмма работы древесины на растяжение вдоль волокон,
в – график зависимости расчетных сопротивлений клееной древесины от угла наклона к волокнам, г – характер разрушения образца,
д – учет расстояний между ослаблениями в растянутых элементах.
Центрально-сжатые элементы
Рис.2 Центральное сжатие.
а – малый стандартный образец для испытания древесины на сжатие вдоль волокон,
б – образец после испытаний,
в – диаграмма работы древесины на сжатие вдоль волокон.
Изгибаемые элементы
Рис.3 Поперечный изгиб
а – малый стандартный образец для испытания древесины на поперечный изгиб,
б – диаграмма работы древесины на поперечный изгиб,
в – характер разрушения образца,
г – эпюры нормальных напряжений по высоте поперечного сечения изгибаемого элемента на различных стадиях нагружения.
Сжато-изгибаемые элементы
Рис.4 Сжато-изгибаемые элементы
а – схема работы элемента, б – эпюры изгибающих моментов, в – эпюры напряжений
Растянуто-изгибаемые элементы
Рис.5 Растянуто-изгибаемые элементы
а – схема работы элемента, б – эпюры изгибающих моментов, в – эпюры напряжений
Сжатие и смятие поперек волокон
Рис.6 Сжатие и смятие поперек волокон древесины:
а – малый стандартный образец для испытания древесины на сжатие и смятие поперек волокон;
б – диаграмма работы древесины на сжатие и смятие поперек волокон; в – виды сжатия и смятия древесины поперек волокон
Скалывание древесины
Рис.7 Скалывание древесины:
а – малый стандартный образец для испытания древесины на скалывание вдоль волокон;
б – диаграмма работы древесины на скалывание вдоль и поперек волокон.
Соединение элементов деревянных конструкций
Виды элементов по характеру работы
•
на смятие и скалываение;
•
изгиб;
•
выдергивание;
•
растяжение;
•
сдвиг;
•
предотвращение случайных смещений из плоскости соединяемых элементов.
Лобовые врубки
Врубка – примыкание сжатого элемента и растянутого под углом не более 45 ̊̊ , усилие от одного элемента
к другому передается непосредственно. Врубка применяется при конструировании узлов деревянных и
металлических ферм.
Рис.8 Лобовая врубка с одним зубом:
1 – опорная подушка; 2 - прибоина; 3 - подбалка; 4 - аварийный болт.
Рис.9 Опорный узел треугольной деревянной фермы, выполненный
лобовой врубкой с двумя зубьями
Нагельные соединения
Нагель – длинный гибкий стержень, который соединяя элементы деревянных конструкций между собой,
препятствует их взаимному сдвигу. Основные виды нагельных соединений представлены на рис.
Рис.10 Основные виды нагельных соединений:
а – симметричное двухсрезное; б – несимметричное односрезное, б – несимметричное двухсрезное; г - узловые соединения
Деревянные балки
Деревянные балки применяются в качестве прогонов,
наслонных стропил, балок чердачного и
междуэтажного перекрытия и покрытия зданий. Пролеты
деревянных балок составляют 3…54м.
Расчет балок производят по известным формулам на
прочность и жесткость.
Рис.11 Деревянные балки цельного сечения
По типу поперечного сечения выделяют:
•
балки цельного сечения (рис. 11);
•
составные балки на податливых связях;
•
клееные деревянные балки (рис.12);
•
клеефанерные балки;
•
армированные деревянные балки.
Рис.12 Клееные деревянные балки
Составные балки Деревягина
Рис.13 Балки Деревягина:
а – расчетная схема; эпюра сдвигающих усилий τ (AA`O – по
треугольнику при абсолютно жестких связях; AEO – по косинусоиде
при податливых связях);
в – конструктивные особенности
Рис.14 Балка Деревягина:
а – общий вид балки, б – разрез балки, в – порядок установки нагелей, г- нагель, д- приспособление
для сборки балки на пластинчатых нагелях. 1- втулка, 2- вал, 3 – электродолбежник, 4 – распоркаи, 5
– пластинчатый нагель, 6 – тяж, 7 – скоба, 8- стойка, 9 – козелки, 10 – швеллер, 11 – брус балки, 12 –
отметка центрирования.
Двутавровая балка с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях
Рис.15 двутавровая балка с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях:
а – схема работы, б - основные типы балок, в – поперечное сечение балки с дощатыми поясами,
г – поперечное сечение балки с поясами из бруса
Клееные деревянные балки
Рис.16 Клееные деревянные балки:
а – схема приложения нагрузки, б - основные типы балок, в – типы поперечных сечений
( 1 – сплошное, 2- спаренное, 3 – тавровое, 4 – двутавровое, 5 – коробчатое), фото - Торговый центр «Бугры» в Санкт-Петербурге, балки длиной 50 м
Клееные деревянные балки
Рис.17 Клееные деревянные балки школы в Северном
Бутово, Москва. Фасад. 1999 г.
Рис.19 Аквапарк в доме отдыха "Абзаково" (южный Урал).
Радиусы в плане 38 м и 12 м. 2002 г. Большой зал, вид на
центральную стойку.
Рис.18 Атриум Московского международного университета
Рис.20 Аквапарк в Перово, Москва, 2011
Обеспечение пространственной устойчивости зданий и
сооружений с применением деревянных коснтрукций
В зданиях и сооружениях плоскостные несущие конструкции при помощи связей в продольном
направлении объединяются в общею систему. Эта система обеспечивает пространственную
неизменяемость, устойчивость, прочность, жесткость конструкций от воздействие внешних сил при
расчетном сочетании нагрузок.
Связи различают по конструктивным особенностям:
•
Горизонтальные – с раскосной или крестовой решеткой;
•
Вертикальные – в виде связевых ферм или распорок
Правила расстановки связей
Блоки связей (поперечных и вертикальные) располагаются в торцевых секциях, при пролетах 18 м
рекомендуется делать спаренные блоки в двух секциях подряд, по длине здания через 21-30м.
В зданиях с торцевыми стенами из кирпича и железобетона блоки связей устраивают во второй от торца
секции.
Продольные вертикальные или наклонные связи распорки устраиваются:
•
В арочных, рамных конструкциях;
•
В системах шпренгельного типа, а также фермах, имеющих пониженное по отношению к линиям
опор очертания нижнего пояса
Связи в складах с применением стрельчатых арок
Рис.21 Связи в складах с применением стрельчатых и параболических арок:
а – схема расположения связей, б – разрез 1-1, фото – каркас из параболических арок в собранном
виде склада противогололедных реагентов в Москве на ул. Суздальской.
Связи в складах с применением треугольных арок
Рис.22 Связи в складах с применением распорных конструкций треугольного очертания (А-образные арки):
а – схема расположения связей, б – разрез 1-1
Связи по покрытию в зданиях с гнутоклееными рамами
Рис.23 Схема расположения связей по покрытию в зданиях с гнутоклееными рамами, фото Монтаж каркаса главного манежа кооно-спортивного комплекса в Красногорском р-не
Московской обл.
Связи по покрытию в зданиях с металлодеревянными фермами
Рис.24 Схема расположения связей по покрытию в зданиях с металлодеревянными фермами,
фото -крытый конькобежный центр в Крылатском, монтаж покрытия
Клееные деревянные арки
Клееные деревнные арки применяются при строительстве
большепролетных гражданских зданий, производственных зданий
и складов.
Основные геометрические схемы приведены на рис 21.
Арки классифицируют:
•
По конструктивной схеме: трехшарнирные и двухшарнирные
•
По очертанию оси: арки кругового, стрельчатого,
параболического, ломаного, треугольного очертаний
•
По типу поперечного сечения: сплошные, спаренные,
армированные и т.д.
•
По способу восприятия распора: непосредственно
фундаментами, нусущими конструкциями каркаса здания,
затяжкой.
Рис.25 Основные геометрические схемы арок:
а – стрельчатые, б – круговые, в распорная система
треугольного очертания( А-образные), г – треугольные,
д- ломаные, е- параболические, ж – арки с затяжкой
Клееные деревянные арки
Рис.26 Спортивно-развлекательный
комплекс в нефтеюганске. Каркас бассейнов.
2011 г.
Рис.28 Монтаж каркаса теннисных кортов
пролетом 36 м в Альметьевске
Рис.27 Пансионат "Буран" в Сергиево-Посадском районе
Московской обл. Спортзалы, бассейн, тренажерные залы.
Пролеты 24; 29; 34 м. Фасад. 2002 г.
Рис.29 Склад калийных солей СанктПетербургского морского порта. Пролет 63
м, высота 45 м, длина 300 м, 2001-2002 г.г.
Деревянные рамы
Такие конструкции применяют при строительстве гражданских,
производственных, складских зданий.
Классификация рам:
•
По конструктивной схеме: трехшарнирные и двухшарнирные
•
По материалу: клееные, деревянные, клеефанерные, брусчатые,
дощатые
Рис.30 Склад калийных солей СанктПетербургского морского порта. Пролет 63
м, высота 45 м, длина 300 м, 2001-2002 г.г.
Рис.31 Основные схемы деревянных рам:
а- гнутоклееная рама типа ДРГ; б – клееная рама типа РДП;
в-е – сборно-разборные рамы; ж- дощатая рама; з –
двухшарнирная рама.
Рис.33 Строительство коровника на 400 голов в
Новосибирской обл.
Рис.32 Оригинальные рамные и другие системы в
зарубежном строительстве
Рис.34 Грибоводная ферма в д. Долгое-Ледово,
Подмосковье. Пролеты 6+20+8+20+16 м. 2000
Деревянные фермы
Фермы – стержневые система, остающаяся геометрически
неизменяемой после условной замены ее жестких узлов шарнирами.
Фермы применяются в покрытиях гражданских и производственных
зданий.
Классификация ферм:
•
По конструктивной схеме: балочные, распорные
•
По очертанию верхнего пояса: треугольные, с параллельными
поясами, трапециевидные, многоугольные, сегментные
•
По материалу: из цельной древесины, клееной древесины,
металлодеревянные, из фанерных труб
•
По типу узловых соединений: на лобовых врубках, на стальных
цилиндрических нагелях, на клеестальных шайбах, на зубчатых
шипах, на клею, на современных видах соединений типа «Грейм»
и т.д.
Рис.35 Деревянные фермы:
а- брусчатая на лобовых врубках, б – дощатая на МЗП типа
«Гэнг-Нэйл»; в- металлодеревянная типа МДФ, гбезраскосная (металлодеревянная арка типа АМД), дбрусчатая с верхним поясом из балок Деревягина, етрапециевидная брусчатая, ж- сегментная металлодеревянная с
клееным верхним поясом, з – сегментная дощатая
Рис.36 Монтаж ферм пролетом 44 м аквапарка Ква-Ква в
Мытищах, Московская обл.
Рис.38 Крытый конькобежный центр в Крылатском,
интерер
Рис.37 Центр фигурного катания. Спотрзал и бассейны,
фермы пролетом 30-36 м
Рис.39 Восстановление ЦВЗ «Манеж»
Пространственные деревянные конструкции
Совокупность конструкицй покрытия любого здания или сооружения
представляет собой пространственную систему.
К пространственным деревянным конструкциям относятся также
системы, которые обеспечивают совместную работу большинства
элементов покрытия, включая ограждающие конструкции, в двух или
более плоскостях на воздействие расчетных нагрузок.
Совместная работа элементов покрытия обеспечивается мерами –
устройством надежных связей элементов между собой.
Достоинства пространственных конструкций:
•
Меньший расход материалов за счет включения в работу
вспомогательных элементов;
•
Более надежная работа – выход из строя отдельных элементов не
приводит к аварии всего сооружения за счет включения в работу
смежных элементов;
•
Более эффективное использование внутреннего пространства
помещения;
•
Архитектурная выразительность
Рис.40 Ребристый купол
а – схема приложения нагрузок, б – конструктивное решение,
1- верхнее кружальное кольцо, 2 – клееные деревянные ребра,
3 – связи, 4 – опорное кольцо
Недостатки пространственных деревянных конструкций:
•
Сложность и трудоемкость монтажа;
•
Необходимость устройства лесов;
•
Менее надежная работа при воздействии односторонних нагрузок.
Область применения:
Общественные и производственные здания, вспомогательные здания.
Классификация пространственных конструкций:
•
По геометрической форме поверхности: цилиндрические,
сферические складчатые, параболические и т.д.
•
По форме в плане: квадратные, круглые, прямоугольные,
многоугольные и т.д.
•
По конструктивным особенностям: купола, цилиндрические
своды-оболочки, кружально – сетчатые своды и купола,
структурные системы
Рис.41 Ребристо-кольцевой купол:
1 – кружальное кольцо, 2- клееные деревянные ребра, 3промежуточные кольца, 4 – опорное кольцо, 5 – связи.
Рис.42 Востановление после пожара купола Троицкого
собора в Санкт-Петербурге
Рис.44 Каркас склада противогололедных реагентов в
Москве на Ленинградском ш.
Рис.43 Павильон N 5 ботанического сада МГУ, Москва, Грохольский пер.
Размеры 10х10 м в плане 2001 г.
Рис.45 Купол диаметром 36 м склада противогололедных
реагентов в Санкт-Петербурге
Плиты
Плиты покрытия применяются для отапливаемых и неотапливаемых зданий пролетом 12-24м, шириной
1,5 и 3м.
Проектная нагрузка может достигать 2,4кПа (240 кг/м2).
Типы плит:
• с фанерными обшивками;
• с дощатыми обшивками;
• с асбестоцементными
обшивками;
• обшивками из металлических
профилированных листов.
1. Плиты покрытия с фанерными
обшивками имеют размеры 1.5х12м,
1.5х18м, 3х18м, 3х24м. (рис. 1)
Состоят из двускатных клеедощатых ребер,
которые совместно с фанерной обшивкой
образуют Побразное поперечное сечение .
Особенностью плит пролетом 18, 24м
является наличие диафрагмы
жесткости предусмотренной по концам и в
середине пролета.
Рис.46 Плита покрытия с клеедощатыми ребрами и фанерной обшивкой.
Рис.47 Двускатная плита с фанерной обшивкой, приклеенной на части длины каркаса
2. Плиты покрытия с дощатыми обшивками
имеют пролет 12м, ширину 3м и выполняются с
карнизными свесами длиной по 0,5м. (рис.2 )
Поперечное сечение имеет вид «2Т». Для
устойчивости основных ребер между ними
предусмотрены дощатые поперечные диафрагмы
на опорах и в середине пролета.
Рис.48 Плита покрытия продольно ориентированной дощатой обшивкой
3. Плиты покрытия с асбестоцементными
обшивками имеют пролет 12м, ширину 1,5 и 3м.
(рис.3) Применение асбестоцемента приводит к
перерасходу древесины на основные ребра,
однако при этом достигается сокращение сроков
монтажа, упрощение конструктивной схемы
здания, обеспечивается получение конструкций с
максимальной степенью заводской готовности
Рис.49 Плита покрытия с асбестоцементными обшивками.
Рис.50 Конструктивная схема плиты марки ПФР 91,5АIV, с фанерной обшивкой, приклеенной на части
длины основных ребер
Рис.51 Натурный образец клеефанерной плиты
пролетом 9 м
4. Плиты покрытия с обшивками из металлических профилированных листов имеют пролет 6м и ширину 1,5 и 3м.
(рис. 4) Данное решение представляет собой комбинированную конструкцию, состоящую из основных продольных
ребер из бруса, соединенных с обшивкой из профилированных стальных листов на самонарезающих винтах.
Попречные ребра предусмотрены в опорных частях плиты и в сардине пролета.
Рис.4 Плита покрытия 6х3м с продольными ребрами из бруса и обшивкой из стального профилированного листа.