4.3 Деревянные конструкции зданий и сооружений

Настилы покрытий используют в качестве несущих и ограждающих элементов деревянных покрытий. Они служат основанием водо- и теплоизоляционных слоев покрытия. Конструкция настила зависит от типа кровли и теплоизоляционных свойств покрытия (рис.6). При рулонной кровле настил должен иметь сплошную ровную дощатую или фанерную поверхность. При чешуйчатой кровле в виде волнистых листов асбестоцемента, стеклопластика или черепичных плиток настил должен иметь для них отдельные опоры в виде досок или брусьев обрешетки или открытых ребер клеефанерных плит. С чешуйчатой кровлей особенно эффективно применение

д еревянных покрытий. Деревянные настилы делятся на два основных вида – дощатые и клеефанерные.

Рис.6 Дощатые покрытия

а – неутепленное под рулонную крышу; б – то же утепленное;

в – неутепленное, обрешетка под асбестоцементную кровлю; г – то же утепленное; 1 – настил; 2 – рулонная кровля; 3 – асбестоцементная кровля;

4 – утеплитель; 5 – пароизоляция.

Двойной перекрестный настил (рис. 7,а) состоит из двух слоев: нижнего – рабочего и верхнего – защитного. Рабочий настил несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Защитный настил образует необходимую сплошную поверхность, распределяет сосредоточенные нагрузки и защищает кровельный ковер от разрывов.

Рис.7 Дощато-гвоздевые щиты настилов покрытий

а – щит двойного перекрестного настила; б – щит однослойного раскосного настила; 1 – доски; 2 – гвозди; 3 – косой защитный настил; 4 – разряженный рабочий настил; 5 – раскосы; 6 – поперечный раскос.

В настоящее время широко применяют два типа плит: дощато-гвоздевые щиты, состоящие из брусчатого каркаса, обшитого досками; и клеефанерные щиты и плиты с обшивкой из водостойкой фанеры, приклеенные к деревянному каркасу (рис.8).

Рис.8 Клеефанерные ребристые плиты настилов

а – план плит;

б – сечения плит;

1,2 – продольные и поперечные дощатые ребра;

3 – вентиляционные отверстия;

4 – строительная фанера;

5 – пароизоляция;

6 – коробчатая плита с двумя обшивками;

7 – утеплитель;

8 – ребристая плита с верхней обшивкой;

9– то же, с нижней обшивкой.

Балки деревянные. Цельнодеревянные балки применяют при пролетах, не превышающих 6 м, и при относительно небольших нагрузках. Деревянные балки применяют в качестве несущих конструкций настилов покрытий, рабочих площадок платформ и в других деревянных конструкциях. Балки покрытий применяют в зданиях с шириной помещения не более 6 м. Деревянные балки покрытий работают и рассчитываются на изгиб как однопролетные балки, шарнирно опертые на опоры разной высоты. Однопролетные прогоны являются несущими конструкциями скатных покрытий. К опорам прогоны крепятся посредством бобышек - коротких отрезков толстых досок или стальных уголковых коротышек и гвоздей или винтов. Эти крепления препятствуют сползанию прогонов вниз по скату опор (рис.9).

Рис.9 Брусчатые прогоны покрытий:

а – прогоны; б – расчетные схемы; 1 – брусья; 2 –стыки; 3 – болты;

4 – основные несущие конструкции; 5 – бобышки; 6 –гвозди.

Составные балки. Из-за ограниченности сортамента древесины под заданный пролет и нагрузку в практике строительства часто нельзя применять конструкцию из цельной древесины, поэтому приходится использовать составные балки (Рис. 10).

ис.10 Составные балки

а – простая составная балка;

б – балка на пластинчатых нагелях;

в – двутавровая балка с дощатой перекрестной стенкой.

В практике строительства стали применяться и армированные балки, представляющие собой новый вид индустриальных конструкций. Армирование повышает несущую способность и снижает деформативность балок.

Деревянные стойки могут быть цельнодеревянными, составными, клеедеревянными и решетчатыми. Применяют в виде опор покрытий, навесов, рабочих площадок, платформ, опор линий электропередач и связи. Стойки из брусьев квадратного сечения и из круглых бревен применяют в основном в тех случаях, когда их концы закрепляются шарнирно и на них действует только сжимающие нагрузки. Составные стойки состоят из цельных брусьев или из толстых досок, соединенных по длине болтами или гвоздями. Длина составных стоек, как и цельнодеревянных, не превышает 6.4м. Клеедеревянные стойки (рис.11) являются конструкциями исключительно заводского типа. Их формы и размеры могут быть любыми и определяются только назначением, действующими нагрузками, расчетом и не зависят от ограничения сортамента досок, применяемых для их склеивания.

Рис.11 Клеедеревянные стойки: а – постоянного квадратного сечения; б – постоянного прямоугольного сечения; в – переменного прямоугольного сечения.

Деревянные фермы - это сквозные решетчатые конструкции балочного типа. Основной недостаток деревянных ферм - значительное число элементов и узлов. В практике строительства наибольшее распространение получили следующие типы ферм: с параллельными поясами (рис. 12, а); треугольные - ( рис.12, б); трапециевидные (рис. 12,в); сегментные (рис. 12, г) и т.д. Решетка ферм, как правило, треугольная. Деревянные и металлодеревянные фермы рекомендуется применять при пролетах до 24-36 м.

Рис.12 Типы деревянных ферм:

а – с параллельными поясами; б – треугольные; в – трапециевидные; г – сегментные.

Фермы из бревен и брусьев на лобовых вырубках могут иметь треугольное и пятиугольное очертания или быть с параллельным очертанием поясов. Такими фермами можно перекрывать пролеты до 18…24м. Металлодеревянные брусчатые фермы применяют при пролетах до 30 м. Нижний пояс и растянутые элементы решетки выполняются из круглой стали с металлическими узловыми соединениями. Верхний пояс и сжатые раскосы - из деревянных брусьев. Дощатые фермы с гвоздевыми накладками получили широкое распространение при пролетах до 18м (рис.13).

Рис. 13 Дощатые фермы с гвоздевыми накладками:

1 – доски;

2 – металлические пластинки.

Деревянные арки и рамы. Конструкция арок. Деревянные арки применяют в покрытиях производственных промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданиях с пролетами 12…80м. По статическим схемам деревянные арки разделяются на трехшарнирные, имеющих два опорных и один коньковый или иногда, так называемый, ключевой шарнир, и двухшарнирные, у которых только два опорных шарнира. Клеедеревянные арки (рис. 14), их формы, размеры и несущая способность могут отвечать требованиям сооружения покрытий самого различного назначения, в том числе уникальных по своим размерам и формам. Элементы арок могут иметь любую из указанных выше форм оси в покрытиях с пролетами 12…80м.

Рис. 14 Клеедеревянные арки: а – сегментные; б – треугольные;

в – стрельчатые;

г – двухшарнирные.

1 – без затяжек;

2 –с затяжками.

Конструкции деревянных рам. Рамы один из основных классов несущих деревянных конструкций. В строительстве в основном применяют однопролетные двускатные рамы при пролетах 12…24м. По статическим схемам деревянные рамы могут быть статически определимыми и однократно статически неопределимыми. Трехшарнирная рама (рис. 15, а) является статически определяемой. Преимущество этой схемы – независимость действующих в ее сечениях усилий от осадки фундаментов и относительная простота решений шарнирных опорных узлов. Двухшарнирная схема с жесткими опорными узлами (рис. 15, б) является однажды статически неопределяемой. Преимущество – отсутствие изгибающих моментов в шарнирных соединениях ригеля со стойками. Двухшарнирная схема с шарнирными опорными узлами (рис.15, в) также однажды статически неопределима. Преимущество этой рамы – отсутствие изгибающих моментов в шарнирных опорных узлах. По конструкции деревянные рамы делятся на трех- и двухшарнирные, клеедеревянные, цельнодеревянные и клеефанерные.

Рис.15 Статические схемы деревянных рам

а – трехшарнирная; б – двухшарнирная жестко опертая; в – двухшарнирная шарнирно опертая.

Трехшарнирные клеедеревянные рамы бывают бесподкосными и могут иметь от двух до четырех подкосов (рис. 16). Гнутоклееная трехшарнирная рама (рис. 16, а) состоит из полурам Г- образной формы прямоугольного переменного по высоте сечения, изогнутых при изготовлении в зоне будущего карниза. Первое достоинство этой рамы в том, что она состоит только из двух крупных элементов – полурам, которые соединяются при сборке всего тремя узлами – двумя опорными и одним коньковым. Это сводит к минимуму время и трудоемкость сборки и установки таких рам. Второе достоинство – это переменная высота сечений – максимальная в зоне выгиба, где действуют максимальные изгибающие моменты, и минимальная в узлах, где моменты отсутствуют. Ломаноклееная рама (рис.16, б), называемая также клеедеревянной рамой с жестким стыком на зубчатых шипах, состоит из двух полурам. Каждая полурама имеет Г- образную форму с переломом оси в месте будущего карниза. Полурама состоит из двух прямых элементов – стойки и полуригеля, имеющих переменные сечения, максимальные в зоне перелома оси. Имеет существенные достоинства, она малотрудоемка при монтаже, проста в изготовлении. Эти рамы не требуют дополнительных стержней для опирания настилов в карнизных узлах. Клеедеревянная трехшарнирная четырехподкосная рама (рис.16, в) состоит из большого числа элементов и узлов, что повышает трудоемкость изготовления и сборки. Подкосы также сокращают свободное пространство помещений, поэтому применение этих рам наиболее рационально в покрытиях навесов. Двухподкосная клеедеревянная трехшарнирная рама (рис.16, г) состоит из двух стоек, двух полуригелей переменного сечения и двух подкосов постоянного сечения. К недостаткам этой рамы относится наличие значительных растягивающих усилий в карнизных узлах, для восприятия которых необходимо применять металлические крепления и винты. Изгибающие моменты в стойках и ригелях этой рамы значительно больше, чем в рамах с парными подкосами. Клеедеревянная трехшарнирная рама с опорными подкосами (рис. 16, д) состоит из двух полуригелей переменного сечения, двух подкосов и двух стоек постоянного сечения. Достоинство этой рамы те же, что и прочих подкосных рам. Недостатки – это работа стоек на растяжение и изгиб от ветровой нагрузки, что усложняет конструкцию их узловых креплений, и значительная длина сжатых подкосов, сечение которых определяется из условий предельно допускаемой гибкости. Клеедеревянная трехшарнирная рама с наружными раскосами (рис.16,е) отличается от предыдущей только наружным расположением раскосов. Наружные раскосы работают в этой раме на растяжение и могут выполняться как из клееной древесины, так и из стали, при этом они не уменьшают внутреннего пространства помещений.

Рис.16 Клеедеревянные трехшарнирные рамы: а – гнутоклееная; б – ломаноклееная; в– четырехподкосная; г –двухподкосная; д– с внутренними опорными подкосами; е – с наружными опорными подкосами.

Двухшарнирные клеедеревянные рамы (рис. 17) состоят из трех конструктивных элементов – двух вертикальных стоек и горизонтального ригеля. Двухшарнирная клеедеревянная рама с жесткими опорными узлами (рис. 17, а и б) может иметь две клеедеревянные стойки постоянного, переменного или ступенчатого сечения. Основным недостатком этой рамы – относительно большая сложность жестких опорных узлов стоек, чем шарнирных. Такая рама может иметь также комбинированную конструкцию. Двухшарнирная клеедеревянная рама с шарнирными опорными узлами (рис. 17, в) может иметь две стойки постоянного или переменного клеедеревянного сечения наименьшей высоты в опорных узлах, где нет изгибающих моментов. Ригели этой рамы крепятся к стойкам на разных высотах, образуя жесткое рамное соединение.

Рис. 17 Двухшарнирные клеедеревянные рамы: а – с жесткими опорами и аркой; б – с жесткими опорами и фермой; в – с шарнирными опорами и клеедеревянной балкой.

Трехшарнирная дощато-гвоздевая рама состоит из дощато-гвоздевых двутавровых стоек и полуригелей переменной высоты, в настоящее время не используются. Расчет рам производится на различные сочетания нагрузок от собственного веса, ветровой, снеговой нагрузки и т.д. Раму рассчитывают как трехшарнирную конструкцию. В результате расчета получают значения изгибающих моментов, поперечной и продольной сил.