ГлавнаяРегистрацияВход НЕСУЩИЕ СИСТЕМЫ
Понедельник, 25.09.2017, 07:20
Форма входа
Меню сайта

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Поиск

Календарь
«  Сентябрь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930

В память о моей маме
Нине Фёдоровне
ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ


расчет и проектирование конструкций производить на основании СНиП II-25-80 (с изм. 1988) "Деревянные конструкции"


Основные виды пиломатериалов:

   • доски - ширина сечения более двойной толщины
   • бруски - ширина сечения менее двойной толщины
   • брусья - толщина и ширина сечения более 100мм

так же имеет распространение:

   • лафет - полуовальное бревно, опиленное и оструганное с двух противоположных сторон
   • блок-хаус - вид доски с лицевой полуовальной поверхностью под оцилиндрованное бревно

кроме того в строительстве до сих пор используется оструганное и оцилиндрованное бревно

максимальная длина деревянного элемента (без стыков), как правило, не более 6,5 м


Основные нормативные документы на пиломатериалы:

    • Постановление Правительства Российской Федерации от 15 марта 2007 г. № 162 "Об утверждении перечня видов (пород) деревьев и кустарников, заготовка древесины которых не допускается"
    • Российский стандарт лесного попечительского совета (FSC)  
   • ГОСТ 8486-66 "Пиломатериалы хвойных пород"
   • ГОСТ 9685-61 "Заготовки из древесины хвойных пород"
   • ГОСТ 2695-62 "Пиломатериалы лиственных пород"
   • ГОСТ 7897-62 "Заготовки из древесины лиственных пород"

* * *

Физико-механические характеристики древесины

используется размерность кг, кгс, см, м

    1кгс=10Н
    10 кгс/см² = 1МПа


Влажность

Относительная влажность древесины - отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии, выраженное в процентах.
На практике по степени влажности различают древесину:

   • мокрую, влажность > 100%, длительное время находившуюся в воде
   • свежесрубленную, влажность = 50-100%, сохранившую влажность растущего дерева
   • воздушно-сухую, влажность = 15-20%, выдержанную на открытом воздухе;
   • комнатно-сухую, влажность= 8-12%, долгое время находившуюся в отапливаемом помещении;
   • абсолютно-сухую, влажность = 0, высушенную при температуре t=103±2°C.


Плотность 

Плотность древесины - это отношение массы древесины к ее объему.

Существует корреляция между плотностью древесины и ее прочностью, однако более плотную древесину труднее обрабатывать.

Таблица плотности основных пород древесины при 12% влажности

Порода
Плотность, кг/м.куб
Легкие породы

Бальса
150
Пихта сибирская
390
Ель
450
Ива
460
Осина
510
Сосна
520
Липа
530
Средняя плотность

Конский каштан
560
Орех грецкий
640
Береза
650
Вишня
660
Лиственница
660
Тиковое дерево
670
Бук
680
Дуб
690
Свитения (махагони)
700
Платан
700
Плотные породы

Ясень
750
Слива
800
Пекан (кария)
830
Самшит
960
Хурма эбеновая
1080


Твердость

Твердость - способность древесины сопротивляться внедрению более твердых тел. Зависит от влажности древесины.
По степени твердости все древесные породы (при 12%-ной влажности) можно разделить на три группы:

мягкие: сосна, ель, тополь, липа, осина.
твердые: лиственница, береза, бук, дуб, вяз, клен, ясень.
очень твердые: акация белая, эбен, эвкалипт, кизил, самшит.

Твердые породы более износостойки по сравнению с мягкими, но твердые породы труднее обрабатываются режущими инструментами.


Теплотехнические свойства

Сосна и ель поперек волокон:
      Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии λ0=0,09 Вт/(м·°С)
      Коэффициент теплопроводности при нормальной влажности λ =0,14 Вт/(м·°С)

Сосна и ель вдоль волокон:
       Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии λ0=0,18 Вт/(м·°С)
       Коэффициент теплопроводности при нормальной влажности λ =0,29 Вт/(м·°С)

Дуб поперек волокон:
       Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии λ0=0,10 Вт/(м·°С)
       Коэффициент теплопроводности при нормальной влажности λ =0,18 Вт/(м·°С)

Дуб вдоль волокон:
       Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии λ0=0,23 Вт/(м·°С)
       Коэффициент теплопроводности
при нормальной влажности λ =0,35 Вт/(м·°С)

Удельная теплоемкость сосны, ели и дуба с0=2,30 кДж/(кг·°С)
 

Механическая прочность

Виду того, что древесина имеет анизотропную структуру, то значения механической прочности существенно зависят от вида и характера напряженного-деформированного состояния расчетного сечения.

Расчетные сопротивления сосны (кроме веймутовой), ели, европейской и японской лиственницы (1-го сорта)

Напряженное состояниеРасчетное сопротивление, кгс/см²
1. Изгиб Ru, сжатие Rc, смятие Rсм вдоль волокон:
   a) элементы прямоугольного сечения шириной до 11 см, высотой до 50 см140
   б) элементы прямоугольного сечения шириной свыше 11 до 13 см, высотой свыше 11 до 50 см150
   в) элементы прямоугольного сечения шириной свыше 13 см, высотой свыше 13 до 50 см 160
   г) элементы из круглых лесоматериалов без вырезок в расчетном сечении160
2. Растяжение Rр вдоль волокон
   a) неклееные элементы100
   б) клееные элементы120
3. Сжатие Rс90 и смятие Rcм90 поперек волокон, по всей площади18
4. Смятие поперек волокон Rcм90, местное30
5. Сдвиг (скалывание) вдоль волокон, Rск:
   a) при изгибе неклееных элементов18
   б) при изгибе клееных элементов16
   в) в лобовых врубках для максимального напряжения24
   г) местное в клеевых соединениях для максимального напряжения21
6. Сдвиг (скалывание) поперек волокон, Rск90:
   a) в соединениях неклееных элементов10
   б) в соединениях клееных элементов
7
7. Растяжение поперек волокон элементов из клееной древесины, Rр903,5

указанные в таблице значения следует умножать:
    для древесины 2-го сорта на коэффициент 0,8;
    для древесины 3-го сорта на коэффициент 0,6.

   • Для несущих конструкций использовать древесину 2-го и 3-го сорта не допускается.

Ниже даны коэффициенты пересчета расчетных сопротивлений древесины, в зависимости от вида пород древесины, влажности, условий работы конструкции и материала.

Переходные коэффициенты в зависимости  от вида породы древесины
Древесные породыКоэффициент mп
Хвойные:
     лиственница (кроме европейской и японской)1,2
     кедр сибирский0,9
     кедр Красноярского края, сосна веймутовая0,65
     пихта0,8
Твердые лиственные*:
     дуб, ясень, клен, граб1,3 (2)
     акация1,5 (2,2)
     береза, бук1,1 (1,6)
     вяз, ильм1,0 (1,6)
Мягкие лиственные:
     ольха, липа, осина, тополь0,8


* в скобках указаны значения mп для сопротивления сжатию и смятию поперк волокон, Rc90, Rсм90


Переходные коэффициенты в зависимости от температурно-влажностного режима
Условия эксплуатации конструкции
Коэффициент mв
Внутри отапливаемых помещений при температуре до 35°С, с относительной влажности до 75%
1,0
Внутри отапливаемых помещений при температуре до 35°С, с относительной влажности до 95%0,9
Внутри неотапливаемых помещений, с относительной влажности до 75%, в сухой и нормальной зоне
1,0
Внутри неотапливаемых помещений, с относительной влажности более 75% и во влажной зоне
0,9
На открытом воздухе в сухой зоне
0,9
На открытом воздухе в нормальной зоне0,85
На открытом воздухе во влажной зоне, а так же в частях здания, соприкасающихся с грунтом или находящихся в грунте
0,85
Постоянно увлажняемые и находящиеся в воде
0,75
  
   • Применение клееных конструкций при относительной влажности воздуха ниже 45% не допускается.
   • Для конструкций эксплуатируемых при установившейся температуре воздуха до +35°С значение расчетных сопротивлений умножать на mт=1; при температуре +50°С - на коэффициент
mт= 0,8. Для промежуточных значений температуры коэффициент принимать по интерполяции.
   • Для конструкций, в которых напряжения в элементах, возникающих от постоянных и временных длительных нагрузок, превышают 80% суммарного напряжения всех нагрузок значение расчетных сопротивлений умножать на коэффициент mд=0,8.

Переходные коэффициенты для расчета конструкций на кратковременные воздействия

Нагрузка
Коэффициент mn
1. Ветровая, монтажная, кроме указанной в п.3.
1,2
2. Сейсмическая
1,4
3. Для опор воздушных линий электропередачи: гололедная, монтажная, ветровая при гололеде, от тяжения проводов при температуре ниже среднегодовой.
1,45
при обрыве проводов и тросов
1,9

Переходные коэффициенты для клееных элементов высотой более 50см при сопротивлении изгибу и сжатию вдоль волокон
Высота сечения, см
< 50
60
70
80
100
> 120
Коэффициент mб
1
0,96
0,93
0,90
0,85
0,8

Переходные коэффициенты для клееных элементов в зависимости для толщины слоев при сопротивлении изгибу, скалыванию и сжатию вдоль волокон
Толщина слоя, мм
< 19
26
33
42
Коэффициент mсл
1,1
1,05
1
0,95

Переходные коэффициенты для гнутых элементов в зависимости от относительного радиуса кривизны
 (радиус кривизны/высота сечения)

Напряженное состояние
150
200
250
> 500
Сжатие и изгиб, Rc,Rи
0,8
0,9
1
1
Растяжение, Rр
0,6
0,7
0,8
1
   
    • Для растянутых элементов с ослаблением в расчетном сечении и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении используется переходной коэффициент m0=0,8
   • для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением используется переходной коэффициент ma=0,9


Характеристики упругости

для нормальных условий температуры и влажности

• Модуль упругости древесины вдоль волокон Е=100 000 кгс/см²
• Модуль упругости древесины поперек волокон Е90=4 000 кгс/см²
• Модуль сдвига G=5 000 кгс/см²
• Коэффициент Пуассона поперек волокон при напряжениях направленных вдоль волокон µ90;0=0,5
• Коэффициент Пуассона вдоль волокон при напряжениях направленных поперек волокон µ0;90=0,02

* * *

Расчет конструкций

Центральное растяжение

N/Fнт < m0·Rр

• Коэффициент m0=0,8 учитывает концентрацию напряжений, которая возникает в местах ослаблений
• При определении Fнт ослабления, расположенные на участке длиной до 200 мм, следует принимать совмещенными в одном сечении

Центральное сжатие

а) на прочность

N/Fнт < Rс

б) на устойчивость

N/(φ·Fрас) < Rс

• Fрас - расчетная площадь поперечного сечения, принимается равной:

     случай 1) если ослабления не выходят на кромки и не превышают 25% Fбр, то Fрас = Fбр
     случай 2) если ослабления не выходят на кромки, но превышают 25% Fбр, то Fрас = 3/4 Fбр
     случай 3) при симметричных ослаблениях выходящих на кромки Fрас=Fнт

при несимметричных ослаблениях выходящих на кромки (кромку) сечение рассчитываться как сжато-изогнутое (см. ниже)

• φ для древесины:
     при гибкости λ < 70   φ=1-0,8 · ( λ / 100)²
     при гибкости λ > 70   φ=3000 / λ²

• φ
для фанеры:
      при гибкости λ < 70   φ=1-( λ / 100)²
      при гибкости λ > 70   φ=2500 / λ²

гибкость элементов цельного сечения определяется по формуле

λ=μ0·l/r

μ0 - коэффициент перехода от свободной длины элемента к расчетной (ввиду пластических свойств древесины принимается отличным от значений принятых в классической строительной механике, см. табл)

расчетный случай
μ
загружение продольными силами по концам стержня

   а) при обоих шарнирно-закрепленных концах
1
   б) при одном шарнирно-закрепленном и другом защемленном конце
0,8
   в) при обоих защемленных концах
0,65
   г) при одном защемленном и другом свободно-нагруженном конце
2,2
загружение равномерно-распределенной по длине элемента нагрузке

д) при обоих шарнирно-закрепленных концах
0,73
е) при одном защемленном и другом свободном конце
1,2


l - свободная (конструктивная) длина элемента

r - радиус инерции сечения элемента брутто относительно соответствующих расчетному случаю осей

Гибкость элемента не должна превышать значений указанных в табл.

Элементы конструкций
Предельная гибкость λ
Сжатые пояса, опорные раскосы и опорные стойки ферм, колонны
120
Прочие сжатые элементы ферм и других сквозных конструкций
150
Сжатые элементы связей
200
Растянутые пояса ферм в вертикальной плоскости
150
Прочие растянутые элементы ферм и других сквозных конструкций
200
Для опор воздушных линий электропередачи

Основные элементы (стойки, приставки, опорные раскосы)
150
Прочие элементы
175
Связи
250


Изгибаемые элементы


М/Wнт < Rи

• При определении Wнт ослабления, расположенные на участке длиной до 200 мм, следует принимать совмещенными в одном сечении
• При расчете бревен следует учитывать "сбег" бревна: 0,8 см на 1 м длины


     Ввиду того, что прочность древесины на скалывания значительно меньше прочности древесины на изгиб, сечения со значительными поперечными силами следует проверять по формуле Д.И. Журавского (1821-1891):

Q·Sбр/(Iбр·bрас) < Rск

где
   Sбр - статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;
   Iбр - момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;
   bрас - расчетная ширина сечения элемента.

В большинстве случаев, проверку прочности элемента на скалывание следует производить при высоте сечения менее 1/8 длины элемента.

     Высоту сечения элемента следует назначать не более 4-кратной ширины сечения (b). В противном случае сжатую кромку элемента следует раскреплять связями от выхода из плоскости деформирования. Шаг связей принимать не реже 10 b.

     При проектировании деревянных балок составного сечения продольные элементы балок соединять между собой связями. О расчете связей сдвига см. статью на сайте http://pgs.ag/publ/raschet_svjazej_sdviga_sostavnykh_sterzhnej_derevjannykh_konstrukcij/1-1-0-10.


Растянуто-изгибаемые (внецентренно-растянутые) элементы

N/Fрас + M·Rр/(Wрас·Rи) < Rр

Fрас - площадь расчетного сечения нетто
• При определении Wрас ослабления, расположенные на участке длиной до 200 мм, следует принимать совмещенными в одном сечении


Сжато-изгибаемые (внецентренно-сжатые) элементы

 N/Fрас + M/(Wрас·ξ) < Rс

где

    ξ - коэффициент (менее 1), учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба (выгиба) элемента

    ξ=1-N/(φ·Rc·Fбр)

   φ - коэффициент продольного изгиба определяемый по формулам для центрально-сжатых элементов

• разумеется, должно выполнятся неравенство N < φ·Rc·Fбр, в противном случае необходимо увеличивать размеры сечения
• кроме того, сжато-изгибаемые стержни необходимо проверять на центральное сжатие "из плоскости" деформирования с умножением расчетного сопротивления древесины сжатию вдоль волокон Rс на понижающий коэффициент 0,8



* * *

Соединение деревянных элементов

Минимальные расстояния между осями цилиндрических нагелей




Схема работы соединения на цилиндрических нагелях




Таблица несущей способности стальных нагелей, гвоздей и дубовых нагелей, кгс




Коэффициент Kα в зависимости от силы смятия нагеля к направлению волокон древесины




* * *

Практические формулы подсчета строительных материалов 

Ориентировочный расход бревна диаметром 200-280 мм для строительства дома [куб.м]:

   • одноэтажные деревянные дома и бани V=0,8...0,9 х Общая площадь дома [м.кв]

   • деревянные дома с мансардой  V=0,6...0,7 х Общая площадь дома [м.кв]



  Сутягин А.Е. © 2017
Создать бесплатный сайт с uCoz