Раздел 4. Деревянные конструкции

4.1 Виды и свойства древесины

Деревянные строительные конструкции, надежные, легкие и долговечные. Строительные конструкции изготовляют обычно из хвойных пород древесины – сосны, ели, лиственницы, пихты, кедра. Эти породы характеризуются прямолинейностью, лучшими, чем у лиственных пород, механическими свойствами и большой стойкостью против гниения, благодаря смолистости. К основным недостаткам можно отнести низкую огнестойкость, способность к загниванию и поражению древоточцами (низкую биостойкость), сильную зависимость физико–механических свойств от температурно-влажностных условий эксплуатации и длительности действия нагрузок, значительной неоднородности. Лесоматериалы, получаемые строительством, делятся на круглые и пиленые (рис.1).

Рис. 1 Лесоматериалы:

1-бревно; 2-пластина; 3-сбег (уменьшение диаметра) бревна; 4-лежень; 5-полуобрезной брус; 6-обрезной брус; 7-брусок; 8-тонкая доска; 9-толстая доска.

Защита древесины от гниения, повреждения насекомыми, возгорания, химической агрессии. Гниение – это разрушение древесины в результате жизнедеятельности грибов, разрушающих целлюлозу. Для защиты древесины от гниения применяют меры конструктивного характера и химическую защиту – антисептирование. Конструктивная защита включает: использование для конструкций только сухой древесины, стерилизацию древесины в процессе сушки прогревом ее при температуре выше 80°С, предохранение древесины конструкции от непосредственного увлажнения атмосферными осадками, устройствами наружного водоотвода в деревянных покрытиях, обеспечение достаточной тепло - и пароизоляции, расположение несущих деревянных конструкций целиком в отапливаемом помещении или вне его. К химической защите древесины прибегают в тех случаях, когда конструктивными мерами нельзя устранить ее увлажнение во время эксплуатации. Химическая защита состоит в пропитке или покрытии элементов конструкций антисептиками – веществами, ядовитыми для грибов. Защита от древесных вредителей осуществляется пропиткой маслеными антисептиками. Применяют также окуривание конструкций ядовитыми газами и впрыскиванием входы, проделанные насекомыми, растворов ядовитых веществ.

Преимущества и недостатки деревянных конструкций. К достоинствам деревянных конструкций относятся: высокая удельная прочность, химическая стойкость, долговечность (больше, чем у металла и железобетона), малая теплопроводность, большая сырьевая база и простота обработки, а также отсутствие ограничений при сезонных работах. Недостатки древесины: гигроскопичность и вследствие – усушка, разбухание, растрескивание и коробление; неоднородность строения (анизотропия); большое количество естественных пороков (косослой, сучки и др.), что существенно снижает прочность; возможность гниения; малая огнестойкость.

4.2Конструирование соединений элементов деревянных конструкций

Соединения на врубках. Врубками называют соединения, в которых усилия от одного элемента передаются другому по площадке смятия и скалывания, без специальных промежуточных рабочих связей. Чаще всего лобовые врубки применяются в узлах бревенчатых и брусчатых ферм. Наибольшее распространение получили лобовые упоры и лобовые врубки с одним зубом, лобовые врубки с подушкой применяют реже (рис. 2).

Рис.2 Лобовые упоры и лобовые врубки:

а, б, в – лобовые упоры; 1 – штырь; 3 – плотная приторцовка; 2 – скоба; 4 – стяжные болты;

г, е – лобовые врубки; д – распределение усилий в опорном узле;

5 – опорная подушка;

6 - подбалка;

7 – аварийный болт;

8 – тяж.

Нагельные соединения. Нагелями называются стержни или пластинки, препятствующие взаимному сдвигу соединяемых элементов. Используют стальные и деревянные нагели. Нагельные соединения бывают односрезными и двухсрезными (Рис.3, б, в), а также симметричными и несимметричными.

Рис.3 Нагельные соединения

а – схемы расстановки; 1 – прямая расстановка; 2 - шахматная; 3 – при стальных накладках; 4 – в соединениях под углом;

б – расчетные схемы; 5 – симметричное двухсрезное; 6 – несимметричное односрезное;

в – схема работы; 5 – симметричное двухсрезное; 7 – эпюра напряжений смятия древесины.

Рис.4 Схемы соединений и расстановки нагелей и гвоздей.

а – продольное соединение;

б – угловое соединение;

в – рядовая расстановка ригелей: то же шахматная;

г – то же, косыми рядами;

д, е – рядовая расстановка гвоздей.

Клеевые соединения. Склеивание древесины – наиболее прогрессивный способ соединения деревянных элементов. Клеевые швы относятся к неподатливым и обеспечивают монолитность конструкций.

Рис.5 Клеевые соединения

а – поперечные стыки; б – продольные стыки; 1 – стыки по пластям; 2 – по кромкам; 3 – по пласти и кромке; в – угловой стык; 6 – угловой зубчатый шип.

Металлические крепления. В деревянных конструкциях применяют две группы металлических креплений: 1)растянутые связи – гвозди и винты (шурупы и глухари), работающие на выдергивание; болты и тяжи, работающие на растяжение; 2) вспомогательные металлические крепления – стяжные болты, хомуты, штыри, скобы и т.д., которые устанавливают конструктивно для восприятия усилий, возникающих при перевозке и монтаже. Все виды связей должны воспринимать расчетные усилия и быть защищены от коррозии. Металлические связи на растяжения рассчитывают в соответствии с требованиями норм проектирования и расчета металлических конструкций. Наиболее широко металлические связи используют при возведении построечных конструкций и в меньшей степени – в заводских условиях. Гвозди, сопротивляющиеся выдергиванию, разрешается использовать только во второстепенных элементах настилов, подшивках потолков и т.д. Запрещается применять гвозди, забитые в торец или заранее просверленные отверстия, а также в случае динамических воздействий на конструкцию. Длина защемленной части гвоздя должна быть не менее 10d или двух толщин пробиваемого элемента. В свою очередь, толщина прибиваемой доски должна быть не менее 4d. Расстановка гвоздей аналогична ранее изложенной. Шурупы и глухари удерживаются в древесине не только силами трения, но и упором винтовой нарезки в прорезаемые древесине винтовые желобки. При работе на выдергивание шурупы расставляют так, чтобы расстояние между винтами в продольном направлении составляла S1 =10d, в поперечном - S 2 = S3 = 5d. Болты и тяжи – растянутые металлические элементы применяются в качестве анкеров, подвесок, растянутых элементов металлодеревянных конструкций, а также затяжек арочных и сводчатых конструкций. Диаметр тяжей и болтов должен быть не менее 12мм. При необходимости создания предварительного натяжения используют натяжные муфты с разносторонней резьбой. Стяжные болты имеют преимущественно монтажное значение и применяются для плотного стягивания соприкасающихся элементов. Скобы из круглой или квадратной стали толщиной 10…18мм применяют как вспомогательные фиксирующие связи в сооружениях из брусьев или круглого леса в мостовых опорах, лесах, бревенчатых фермах и т.д. Хомуты отличаются от скоб тем, что полностью охватывают конструкцию, они могут быть П – образными и кольцевыми. Хомуты применяют для изготовления построечных конструкций на строительной площадке из бревен или брусьев (обычно при сопряжении стоек с насадками). Штыри представляют с собой стержни из арматурной стали диаметром 16… 30мм, которые вставляют в заранее просверленные отверстия меньшего диаметра. Их применяют при стыках стоек или свай в торец, а также в узлах сопряжения стоек с насадками и некоторых других случаях.