Проектирование и испытание деревянных конструкций: Учебное пособие. Единое окно доступа к образовательным ресурсам Главная Каталог Библиотека Форум Новости Глоссарий Порталы О проекте Проектирование и испытание деревянных конструкций: Учебное пособие Текстовая версия документа PDF (размер: 1130.2 КБ) Качество преобразования для различных документов может сильно различаться. Изображения (картинки, формулы, графики) в документе игнорируются. Защищённый документ не может быть преобразован. Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Следующая В.П. ЯРЦЕВ, О.А. КИСЕЛЕВА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ Учебное издание ЯРЦЕВ Виктор Петрович КИСЕЛЕВА Олеся Анатольевна ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Учебное пособие Редактор Е.С. М о р д а с о в а Компьютерное макетирование М.А. Ф и л а т о в о й Подписано в печать 20.12.05 Формат 60 × 84 / 16. Бумага офсетная. Печать офсетная Гарнитура Тimes New Roman. Объем: 7,44 усл. печ. л.; 7,58 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. С. 893 Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета, 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14 Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" В.П. ЯРЦЕВ, О.А. КИСЕЛЕВА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области строительства в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 635500 «Строительство» Тамбов ♦ Издательство ТГТУ ♦ 2005 ББК Н55-07я73 УДК 624.011.1 (075) Я79 Рецензенты: Заслуженный деятель науки РФ, член-корресподент РААСН, доктор технических наук, профессор Т.И. Баранова Кандидат технических наук, доцент И.И. Ушаков Ярцев В.П., Киселева О.А. Я79 Проектирование и испытание деревянных конструкций: Учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. 128 с. Изложены методы расчета и испытаний несущих конструкций на основе древесины: балок, двух- и трехшарнирных рам, клеедеревянных арок. Пособие предназначено студентам специальностей 635500, 270102 всех форм обучения при курсовом и дипломном проектировании и магистрантам направления 270100 «Строительство». ISBN 5-8265-0446-3 © В.П. Ярцев, О.А. Киселева, 2005 © Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ), 2005 ВВЕДЕНИЕ Долговечность деревянных конструкций зависит от надежности проектирования, учета внешних воздействий и правильной защиты от них, постоянного наблюдения и периодичности механических ис- пытаний в процессе изготовления и эксплуатации. Испытания проводят на специальном оборудовании по методикам, близким к реальным усло- виям эксплуатации деревянных конструкций. Литературы по данному вопросу практически нет, по- этому авторами предпринята попытка обобщения и систематизации испытаний цельных деревян- ных, составных и клееных несущих конструкций балочного и распорного типа. Учебное пособие построено по принципу лабораторного практикума. Для каждой изученной конструкции вначале выполняется расчет, затем проводятся испытания при разных сочетаниях нагрузок и полученные экспериментальные результаты сравниваются с теоретическими. Такой подход позволит практиче- ски познакомиться с основными видами деревянных конструкций, понять принципы их работы, изучить методики расчета и испытаний. 1 ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ В ПРОМЫШЛЕННОМ И ГРАЖДАНСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ Наша страна располагает огромными лесными ресурсами, значительная часть которых использует- ся в строительстве. Растут масштабы производства строительных конструкций и элементов из дерева, расширяется сфера их применения. В настоящее время создана отечественная индустрия «древострое- ния». Из древесины изготовляют разнообразные клееные деревянные конструкции, жилые дома, мо- бильные (инвентарные) здания, паркетные доски и щитовой паркет, столярные изделия и погонажные детали, встроенную мебель, древесно-стружечные, древесноволокнистые, цементно-стружечные и гип- состружечные плиты, гипсокартонные листы, арболит и другую продукцию. В последнее десятилетие значительно увеличивается выпуск деревянных домов заводского изго- товления с новыми архитектурно-планировочными и конструктивными решениями и мобильных (ин- вентарных) зданий. Для более широкого использования деревянных конструкций и элементов намечено внедрение прогрессивных экономичных технологических линий и оборудования для производства де- ревянных панельных домов, деревянных клееных конструкций, цементно-стружечных плит и конструк- ций с их применением, древесно-стружечных и древесноволокнистых плит, автоматизированных ком- плексов по выпуску гипсокартонных листов, щитовой опалубки для монолитного домостроения. Широ- кие перспективы применения деревянных конструкций и изделий открываются в связи с созданием эф- фективных синтетических клеев, способов обработки древесины по влаго-, био- и огнезащите. Одним из эффективных направлений в индустриализации строительства является применение дере- вянных клееных конструкций, позволяющих существенно увеличить долговечность сооружений (осо- бенно эксплуатируемых в агрессивных средах), сократить массу зданий и обеспечить большую эконо- мию металла. Производство таких конструкций в нашей стране значительно возрастает. В настоящее время разработана широкая номенклатура клееных конструкций. В их числе: арочные большепролетные (до 45 м) конструкции, гнутоклееные рамы (рис. 1.1), балки и стрельчатые арки про- летом до 24 м, трехшарнирные арки пролетом до 18 м (рис. 1.2), панели стен и плиты покрытий проле- тами 3 и 6 м и др. Создан обширный набор различных конструктивных элементов из дерева, предназна- ченных для сооружения жилых, общественных и промышленных объектов [1]. Эти конструкции и эле- менты эффективны при строительстве зданий химической промышленности, производственных и вспо- могательных сельскохозяйственных зданий, спортивных и зрелищных сооружений, крытых рынков, пролетных строе- а) б) в) г) д) е) Рис. 1.1 Схемы клееных рам: а, б – с горизонтальными ригелями; в – рамы с двускатным ригелем; г – гнутоклееные рамы; д – с двухконсольным ригелем и V-образной опорой; е – консольные Г-образные рамы а) б) в) г) д) е) Рис. 1.2 Схемы арок: а, б – кружальные; в, г – треугольные; д – стрельчатые; е – килевидные ний автодорожных мостов и других объектов [2]. В ряде случаев такие конструкции не уступают по долговечности железобетонным, кирпичным и металлическим. Эффективная конструкция покрытия: деревянные двутавровые балки с фанерной стенкой, которые, взаимно перекрещиваясь, образуют части-секции сетчатого свода. По краям секций расположены рас- пределительные балки. Металл здесь используют лишь для устройства затяжки, которая воспринимает распор, создаваемый сводом. Эта конструкция – наглядный пример использования так называемой «со- ставной» древесины вместо «целой» – бревен, брусьев. Сетчатый свод (одна секция) при собственной массе вместе с кровлей 1,7 т при расходе древесины 0,05 м3 в расчете на 1 м2 покрытия – способен пере- крыть пролет в 12 м. Отечественными специалистами разработано здание комплектной поставки из клееных деревянных конструкций для холодного склада хранения сена, грубых кормов, сельхозтехники. Каркас здания со- стоит из железобетонных колонн, на которые установлены треугольные металлодеревянные фермы. По фермам с шагом 1,5 м установлены клееные деревянные прогоны, к которым крепятся кровля и стены из асбестоцементных волнистых листов унифицированного профиля. Создана конструкция складского помещения с высотой до верха конька 13,2 м и пролетом 18 м. Ос- новной несущий элемент каркаса – арка (ее шаг 4,5 м) состоит из двух клееных деревянных прямолиней- ных элементов. На отметке 1,8 м арки опираются на сборные железобетонные фундаменты. Две полуарки в зоне конькового узла связаны металлической затяжной, к которой крепится монорельс. К рельсу подве- шивается грейферный кран. Кровля здания – асбестоцементные листы унифицированного профиля. Их укладывают по деревянным прогонам, применяя шаг в 1,5 м. Проект теплицы площадью 1 га из клееных деревянных конструкций пролетом 9 м обеспечивает по сравнению с теплицами, имеющими каркас из металла, экономический эффект в 30 млн. р. и снижение расхода металла 52 т в расчете на 1 га теплиц [3]. Важное место в решении проблемы обеспечения населения страны благоустроенным жильем отво- дится малоэтажному деревянному домостроению. На ряде предприятий отрасли производятся комплек- ты деталей для зданий со стенами из местных строительных материалов. Из них можно монтировать панельные, брусчатые, каркасные, щитовые и арболитовые дома. Разнообразна номенклатура малоэтажных жилых домов для поселкового строительства. В их числе одноэтажный одноквартирный трехкомнатный дом деревянно-панельной конструкции для районов с рас- четной температурой наружного воздуха до –40 °С. Конструктивно здание состоит из вертикальных не- сущих панелей стен и располагаемых по ним с шагом 1,2 м ферм перекрытий. Такое перекрытие позволя- ет варьировать планировку квартиры. Общая площадь такого дома около 63,5 м2, жилая – почти 39 м2. Конструктивное разнообразие домов такого типа в сочетании с полным инженерным обеспечением созда- ет высокий уровень комфорта [3]. Для первопроходцев, осваивающих отдаленные районы, разработан жилой дом полной заводской готовности из двух деревянных объемных блоков (контейнеров) для районов с расчетной температурой наружного воздуха до –50 °С. Габарит блока – 6×3×2,8 м, общая площадь дома – 27,67 м2, жилая – 15,84 м2. Особенность конструкций – многократная оборачиваемость блоков. Удачно сочетаются деревянные и металлические элементы каркасов стен и панелей перекрытия, образующие жесткую систему, надеж- ную при транспортировке и монтаже. Здесь использованы современные плитные материалы и утепли- тели. Блоки поставляются на стройплощадку с доборными элементами крыльца, быстро и удобно мон- тируются. В настоящее время разработаны эффективные конструкции стеновых панелей с использованием ас- бестоцементных листов, цементно-стружечных плит, водостойкой фанеры и др. Эти технические реше- ния позволяют довести расход древесины в заготовках до 0,3 м3 на 1 м2 приведенной площади. Технологический процесс изготовления элементов и изделий для строительства таких домов осу- ществляется на полуавтоматических линиях по раскрою пиломатериалов, склеиванию их по длине и се- чению, изготовлению комбинированных балок и деревянных ферм с использованием металлических зубчатых пластин; производству заготовок и сборке панелей на конвейерных линиях с автоматическим креплением обшивок гвоздями и скобами, заполнением панелей заливочными пенопластами, заводской отделкой панелей атмосферостойкими окрасочными составами, упаковкой элементов домов и их ком- плектацией. В ЦНИИЭП им. Б.С. Мезенцева разработан оригинальный проект здания культурно-спортивного комплекса, которое быстро и легко сооружается, относительно дешево и обладает высокими эксплуата- ционными качествами. Для несущего каркаса применили «клюшки» – деревянные гнутоклееные полу- рамы пролетом 18 м и шагом 3 м. Это резко сокращает сроки и трудоемкость строительства. В основу объемно-планировочного решения здания положено 2-этажное строение, в котором запроектировано два спортивных зала: основной – универсального назначения размером 30×18 м и малый – 9×12 м. В техническую документацию культурно-спортивного комплекса заложены простые конструктив- ные решения, доступные материалы и изделия. Так, наружные стены можно возводить из кирпича, ар- болитовых блоков, других местных материалов на столбчатых или ленточных монолитных фундамен- тах. Кровля состоит из асбестоцементных волнистых листов. Инженерное обеспечение предусмотрено в двух вариантах – централизованное и автономное. Архитектурного разнообразия таких комплексов можно достичь, введя в качестве конструктивных элементов клееные балки, металлодеревянные фермы и др. [1]. Применение деревянных большепролетных конструкций – перспективное направление для произ- водственного, гражданского и сельского строительства (рис. 1.1, 1.2) потому, что объекты из них можно строить быстро и со значительно меньшими затратами. Экономичных конструкций с использованием дерева немало (рис. 1.3). К сожалению, масштабы внедрения их явно недостаточны [4]. Магистральным направлением роста эффективности деревянных конструкций и изделий являются технологическая специализация производства, бережное и экономичное использование лесоматериалов. Необходимо шире использовать комбинированные балки взамен пиломатериалов крупных сечений, де- ревянные фермы с металлическими зубчатыми пластинами, унифицированные профили деревянных конструкций. Цементно-стружечные плиты станут основой создания облегченных, долговечных ограждающих конструкций полной заводской готовности для полносборных зданий. На сегодня сфера их применения обширна: в стеновых панелях, цокольных и чердачных плитах, пе- а) б) Рис. 1.3: рекрытиях, в элементах подвесных потолков, вентиляционных коробах, сантехкабинах, при устройстве полов, а также в качестве подоконных досок, обшивок, облицовочных деталей и других изделий. Сырь- ем для производства этого материала служат тонкомерная древесина хвойных пород 1–3 сорта, цемент М 500 и недефицитные химические добавки. Создан базовый комплект отечественного оборудования для производства ЦСП, используя который можно выпускать за год 25 тыс. м3 плит. Ведутся работы по повышению экономичности этой продукции. В ее аспекте – вовлечение в производство в качестве сы- рья низкосортного леса, отходов деревообработки и технологической щепы, разработка эффективных методов отделки ЦСП лакокрасочными материалами и синтетическими пленками. В нашей стране разработаны эффективные виды изделий из цементно-стружечных плит. В их числе – каркасная перегородка, наружная стеновая панель. Такие перегородка и панели могут успешно ис- пользоваться на объектах промышленного назначения. Соединительными средствами в перегородке служат минеральный клей и самонарезающие винты, у панели – клей. Образуемые из ЦСП обшивка па- нели и бруски ее каркаса предварительно окрашиваются водостойкими красками. Полость панели за- полняют твердой минераловатной плитой [5]. Весьма эффективна конструкция жилого дома из двух блок-контейнеров системы «Пионер». Ос- новной элемент системы – блок-контейнер – представляет собой каркас, обшитый цементно- стружечными плитами. Из блок-контейнеров системы «Пионер» можно быстро собрать крупные жилые поселки с административно-бытовыми комплексами. Бригада из 5 человек может смонтировать поселок на 1 тыс. человек за год. Экономичные дома из цементно-стружечных плит выпускают на Бокинском комбинате полносборного домостроения в Тамбовской обл. Здесь изготовляют комплекты добротных, полностью отвечающих санитарным и медико-гигиеническим требованиям, изделий. Прочность плит достаточно высока, и в то же время их можно пилить и сверлить. В качестве утеплителя между плитами закладывают слой шлаковаты в полиэтиленовой оболочке. Жесткость конструкции обеспечивает дере- вянный каркас. Дома – одноэтажные с мансардой и верандой, с центральным или автономным отопле- нием. Весь процесс создания дома полностью механизирован и автоматизирован. Собирается дом из крупных блоков на заранее подготовленном фундаменте. На это уходит 12 ч и трое суток – на отделоч- ные работы. В различных климатических зонах успешно зарекомендовал себя арболит. Заметно увеличивается число предприятий, выпускающих строительную продукцию из арболита. На этих предприятиях при- меняются отечественные технологии силового вибропроката и вибропрессования. Созданы возможно- сти начать выпуск широкой номенклатуры арболитовых изделий и конструкций различной конфигура- ции с более высокой заводской готовностью, в том числе крупноформатных стеновых панелей и плит перекрытий комплектной поставки. На заводе в подмосковном Домодедово при производстве арболита в качестве заполнителя успешно используют щепу (можно и древесную кору). Смешивают цемент, дробленые древесные отходы и до- бавки для образования пор. Такой арболит почти вдвое легче керамзитобетона. Он отличается низкой теплопроводностью, легок, хорошо распиливается, соединяется скобами и гвоздями. Технология изго- товления арболитовых стеновых блоков весьма проста. Снаружи блоки покрывают кремнийорганиче- скими красками, изнутри оклеивают обоями [5]. Эффективна стеновая панель НТ 44.28.30-9 размером «на комнату» с окном, предназначенная для строительства жилых сельских домов в обычных геологических условиях, с расчетной температурой наружного воздуха –40 °С. Трудоемкость монтажа таких конструкций в 4 раза ниже по сравнению с кирпичной кладкой, на 30 % меньше масса зданий. Рост монолитного строительства повышает спрос на дерево для опалубок. И тут важно организо- вать эффективную обработку древесного материала. Высокий экономический эффект, в частности, сулит способ пропитки досок, используемых для опалубки при сооружении ленточных фундаментов, предложенный специалистами Новосибирского инженерно-строительного университета им. В.В. Куйбышева. Они рекомендуют вместо силиконовых, желатиновых и петролатумных составов приме- нять серные ванны, используя для этого отходы производства. Технология пропитки несложна. Дре- весина обрабатывается в ванной с расплавом (при 145 °С) за 1 ч. Древесина становится вдвое тяже- лее, резко повышаются ее механическая прочность и влагостойкость, а сцепление с бетоном делается минимальным. Вовлекаются при этом в производство и малопрочные лиственные породы дерева. Пропитанные серой деревянные стойки и брусья надежно защищаются от влаги, плесени, жучков- древоточцев [5]. 2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК 2.1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕЛЬНОДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК Цельнодеревянные балки представляют собой отдельные брусья или толстые доски, устанавли- ваемые на кромки и окантованные бревна, имеющие необходимые сечения и длины. Ввиду ограни- ченности сечений и длин лесоматериалов балки применяются при пролетах, не превышающих 6 м. Они ставятся наклонно вдоль скатов кровли с шагом не более 3 м и опираются на стены и стро- пильные конструкции покрытий. Цельнодеревянные балки работают на поперечный изгиб от равномерно распределенной на- грузки, которая включает в себя постоянную нагрузку от собственного веса всех элементов покры- тия и снеговую нагрузку. Расчетная схема такой конструкции представляет собой однопролетную шарнирно опертую балку [3, 5, 6, 7]. Проектирование балки осуществляется в следующей последовательности [3, 6]. 1 По несущей способности при поперечном изгибе (2.1) подбирается сечение балки Wтр. 2 Осуществляется проверка несущей способности балок по нормальным напряжениям при изгибе (проверка прочности) M σ= ≤ Rи , (2.1) W где М – изгибающий момент, W – момент сопротивления, Rи – расчетное сопротивление древесины изгибу. 3 Выполняется проверка прогиба балки (проверка жесткости) f 5 qн l 3  f  = l 384 EI ≤ , (2.2) l  где f – прогиб; qн – нормативная нагрузка; l – пролет балки; Е – модуль упругости; I – момент инерции, [ f l ] – допустимые значения прогиба. Цельнодеревянные балки не требуют проверки скалывающих напряжений ввиду их малой величи- ны. Пример 2.1 Рассмотрим расчет цельнодеревянной балки с размерами поперечного сечения 130×200 мм (рис. 2.1) и пролетом 2,8 м, на которую через силовой пол (п. 2.5) передается нагрузка в 200 кг (на одну винтовую пару). Расстояние между опорами равно 2,6 м. а) 130 200 L = 2600 б) 2600 эпюра Рис. 2.1 Цельнодеревянная балка: а – балка; б – расчетная схема. M = ql2/8 1 Определим нагрузку, действующую на балку. Для этого рассчитаем собственный вес балки: Pб = hblρ = 0,13 ⋅ 0,2 ⋅ 2,8 ⋅ 500 = 36,4 кг, тогда равномерно распределенная нагрузка, действующая на балку, будет равна 3 ⋅ 200 + 36,4 qн = = 244,7 кг/м (2,45 кН/м); 2,6 qр = qн γ = 244,7 ⋅ 1,2 = 294 кг/м (2,94 кН/м), где γ – коэффициент надежности по нагрузке [8]. 2 Определим максимальный изгибающий момент, действующий в балке ql 2 2,94 ⋅ 2,6 2 M = = = 2,48 кН⋅м. 8 8 3 Определим геометрические характеристики балки: bh 2 0,13 ⋅ 0,2 2 3 – момент сопротивления W = = = 0,00087 м ; 6 6 bh3 0,13 ⋅ 0,23 – момент инерции I = = = 8,67 ×10 − 5 м4. 12 12 Выполним проверку цельнодеревянной балки по прочности и жесткости. 1 Проверка прочности осуществляется по формуле (2.1). Для древесины 2-го сорта Rи = 14 МПа [9, табл. 3]. 2,48 ⋅10−3 σ= = 2,85 МПа < 14 МПа 0,00087 2 Проверка жесткости производится по формуле (2.2). Модуль упругости древесины равен 104 МПа. f 5 2,45 ⋅10 −3 ⋅ 2,63 f 1 = = 0,00065 <   = = 0,004 . l 384 10 4 ⋅ 8,67 ⋅10 − 5  l  250 Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Следующая Поставщики ресурсов Авторам Контакты Обратная связь Вопросы и ответы raymond weil ipsec thuraya - i`m o.k./ xxx neff kyiv apartaments service nokia 9300i man asus p505 de luxe 5040.11 spartherm kyiv apartaments service datamax 754 ariston