ЛЕКЦІЯ з дисципліни Конструкції з дерева та пластмас План лекції 3

Львівський національний аграрний університет

Факультет будівництва та архітектури

Кафедра будівельних конструкцій

 

ЛЕКЦІЯ

з дисципліни «Конструкції з дерева та пластмас»

 

 

Тема №2 «Тришарові конструкції»

 

План лекції

1. Конструювання тришарових плит покриттів та панелей стін

2. Світлопроникні захисні конструкції

3. Глухі тришарові плити

4. Кріплення плит та панелей

5. Розрахунок тришарових плит

 

Рекомендована література

1. В.З. Клименко. Конструкції з дерева та пластмас.: Навчальний посібник.- К.: ІЗМН, 1998.- 432 с.

2. Г.Н.Зубарев Конструкции из дерева и пластмасс. – М.Высш.школа, 1990.-287с.

3. Гринь И.М. идр. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проэктирование и расчет.: Учебное пособие.-К.: Вища школа, 1990.-221с

4. ДБН В.2.6-161:2010 Дерев’яні конструкції. Основні положення. 2011рік.

5. Т.Б.Боднарчук. Дерев’яні конструкції. – Навчальний посібник.-Львів:2010.-166с.

 

 

1.Конструювання тришарових плит покриттів та панелей стін

Плити покриттів і панелі стін заводського виготовлення призначаються як захисні конструкції в опалюваних будівлях з відносносною вологістю повітря до 75%, тобто з режимах експлуатації за групами АІ та А2, і в неопалюваних - за групами БІ та Б2. Ці тришарові захисні конструкції постачаються на будівельний майданчик разом з іншими несучими конструкціями заводського виготовлення. Плити покриття використовують у будівлях без ліхтарів із зовнішнім відведенням води з даху, як правило, під м’яку покрівлю. Один з трьох шарів руберойду наклеюють на заводі для захисту плит від зволоження під час транспортування. У тришарових конструкціях має бути забезпечена вентиляція внутрішнього простору, для чого в їх торцях передбачаються продухи.

Плити та панелі складаються з несучого каркасу, зовнішньої та внутрішньої обшивок, утеплювача і пароізоляції. При прольотах до 6 м каркас може бути з дошок на ребро, при прольотах до 4,5 м - з -фанерннх профілів. За більших прольотів і значних навантажень ребра каркасу виконують клеєдощатими, армованими. гнутоклеєними, що дозволяє отримати елементи для покриття циліндричної форми.

Тришарові панелі - це конструкції з тонкими зовнішніми обшивками з міцного матеріалу і середнім шаром у вигляді суцільного легкого заповнювача або ребристого каркаса. Їх конструюють із різнорідних матеріалів. Вони сприймають зовнішнє навантаження і захищають приміщення від кліматичних впливів.

Основні матеріали, що застосовуються в панелях: для обшивок­склопластики, водостійка фанера, азбестоцемент, алюмінієві сплави; для середнього шару - деревина, різні стільникопласти, пінопласти; з'єднання здійснюються на клею або механічними способами.

 

 

Рис.1. Плити з фанерними обшивками

а, б, в – ребристі панелі; г – стінова ребриста панель; д – плита покриття з підкріпляючими ребрами; е – просторові циліндричні панелі; 1-обшивка; 2-каркас; 3-утеплювач; 4-притискаючі рамки; 5-вентиляційні продухи; 6-трьохшаровий елемент; 7-поздовжні несучі ребра; 8-пінополістерол у вигляді блоків; 9-дощатоклеєні ребра.

Обшивки тришарових панелей сприймають нормальні зусилля у своїй площині і виконують роль гідро- та пароізоляції. Зовнішня обшивка має бути атмосферостійка, а внутрішня має задовольняти вимоги вогне- та агресивностійкості. Середній шар забезпечує спільну роботу обшивок, сприймає зсувні зусилля і є тепло- та звукоізоляцією. Крім того, середній шар гарантує стійкість стиснутих обшивок і сприймає місцеві навантаження. Обрамлення панелей сприймає зсувні зусилля, виконує захисні функції під час транспортування і монтажу і використовується для кріплення панелей до несучого каркаса споруди.

Від температурно-вологісних впливів у матеріалах конструктивних шарів і в з'єднаннях виникають внутрішні напруження. Іх треба враховувати і додавати до напружень від розрахункових навантажень. Надійність панелей багато в чому визначається надійністю з'єднаннь. Якщо збігаються коефіцієнти лінійного розширення матеріалів обшивок і середнього шару або для середнього шару застосовується податливий матеріал, у з'єднанні не розвиватимуться значні зсувні зусилля, і тому тут успішно можна застосову­вати клейове з'єднання. В інших випадках для надійності слід віддавати перевагу клеємеханічним або механічним з'єднанням.

Геометричні параметри поперечного перерізу тришарових панелей встановлюють, виходячи з розрахунку на міцність та жорсткість і за теплотехнічними властивостями.

Тришарові панелі можна поділити на види залежно від їхніх властивостей: світлопропускної здатності - світлопроникні та глухі; конструкції - із суцільним або ребристим середнім шаром; теплотехнічних характеристик - холодні, напівтеплі, теплі; форми поверхні - плоскі, криволінійні, просторові.

За призначенням тришарові конструкції поділяють на плити покриттів та панелі стін.

 

 

2.Світлопроникні захисні конструкції із застосуванням пластмас

Світлопроникні склопластики у вигляді плоских та хвилястих листів, тришарових напівтеплих плит та панелей досить широко застосовують у будівництві. Найефективнішим виявився склопластик .на основі поліефірних смол. Його переваги: поєднання високого коефіцієнта світлопропуску (до 85 %) з досить добрими механічними властивостями; здатність пропускати світло не спрямовано, а дифузно; здатність забарвлюватись у будь-який колір; можливість надавати виробу будь-якої форми; висока ударна міцність і поверхнева твердість.

Рулонний плоский та хвилястий склопластик досить ефективний для огородження теплиць. Хвилясті листи; використовують у будіввництві навісів, павільйонів. Тришарові конструкції застосовують для влаштування легких, швидко і просто монтованих захисних конструкцій у промислових і громадських будівлях.

Хвилясті листи. Хвилясті листи завтовшки 1,5 - 2,5 мм кріплять до прогонів болтами, гвинтами або шурупами. Крок між кріпильними елементами для листів з великими хвилями (115/28 і вище) беруть кратним двом крокам хвилі; для дрібнохвилястих листів кріплення ставлять на кожній третій хвилі. Крім того, закріплююють крайні хвилі кожного листа. Діаметр болтів - 6 мм. Напуск листів що стикуються - для ухилів 10 - 25 % не менш як 200 мм, для ухилів понад 25 % - 150 мм, а для вертикальних конструкцій - 100 мм.

 

Рис.2. Прозорі пластмасові настили:а-хвилясті листи; б-плоска плита

 

 

Рис.2. Кріплення та стикування хвилястих листів

а-типи кріплень хвилястих листів; б-стик поперек ухилу; в-схема розміщення деталей кріплення по ширині листів

 

Одношарові плити. Хвилі обшивки можуть розташовуватись як уздовж плити, так і впоперек неї. У разі розташування вздовж плити обшивка сприймає зовнішні навантаження спільно з ребрами, і в розрахунку знаходять зведені геометричні характеристики поперечного перерізу плити. При поперечних хвилях ребра обрамлення виконують роль прогонів, а сама обшивка сприймає місцеве навантаження.

 

Плоскі тришарові плити. Ці плити складаються із зовнішніх обшивок з плоских листів завтовшки 1,5….2.5 мм, приклеєних до каркасу. Каркас виконують з дощок на ребро, плоских чи хвилястих листів із склопластику, поставлених на ребро так, що утворюються грати (рис. 4), з хвилястих листів склопластику в один або два шари, укладених плазом, тощо. Обрамлення плит роблять з дерев'яних антисептованих брусків, профільного алюмінію, склопластику або жорсткого пінопласту.

 

 

Рис.3. Одношарові світлопроникні плити:

а-з поперечним розташуванням хвиль; б-з поздовжнім розташуванням хвиль; в-вузол з¢єднання двох плит; 1-обшивка; 2-обрамлення; 3-прогін; 4-прокладка; 5-поперечне ребро; 6-нащільник; 7-заповнення стика

 

 

Рис.4. Конструкції світлопроникних панелей з плоскими обшивками

а-з середнім шаром із дошок та листів склопластика на ребро; б-із середнім шаром із хвилястих листів; 1-зовнішні обшивки; 2-ребристий каркас; 3-обрамлення контуру; 4-жорсткий пінопласт; 5-склейка

 

Прямолінійні або криволінійні склопластикові плити кріплять по контуру на опорну раму з антисептованих дерев'яних брусків і розміщують або в одному рівні з глухими ділянками покриття, або вище від них (рис5).

 

Рис.5. Приклади опирання плит покриття:

1-прогон покриття; 2-склопластикова плита; 3-обрамлення; 4-опорна рама із антисептичних брусків; 5-прокладки із морозостійкої резини; 6-гвинти, шурупи

 

Описані тришарові конструкції застосовують в реальних проектах. На рис. 6 показано вирішення склепінчастого покриття басейну з розмірами в плані 38,5х14,9 м. Світлопроникні гнуті панелі укладають по верхньому поясу алюмінієвих арок і кріплять до них стальними оцинкованими гвинтами.

 

Рис.6. Конструкція світлопроникного покриття:

а-розріз покриття; б-середня панель покриття; в-конструкція обрамлення; г-стик поперек ухилу; д-стик вздовж ухилу; е-вузол приєднання пенелі до плоскої покрівлі

Просторові склопластикові панелі мають ряд переваг: краще працюють на дію статичного навантаження, самоочищаються під час дощу та снігу, рівномірніше розсіюють світло. Вони можуть бути одношаровими та трьохшаровими з внутрішніми ребрами (рис.7.). Розміри таких панелей можуть перекривати значні прольоти. Кріпляться вини на дерев¢яну раму оброблену антисептиком.

 

Рис.7. Просторові склопластикові панелі:

а-одношарові двоякої кривизни; б-трьохшарові

 

 

3.Глухі тришарові плити

 

Плити із склопластиковими обшивками. За способом виготоввлення такі плити можуть бути клеєні і суцільноформовані. В клееєних плитах (рис. 8, а) обшивки виготовляють з листового склопластику обмежених розмірів (1,2х1,5м), які стикують по доввжині за допомогою одно- або двосторонніх накладок. Середній шар - ребристий каркас. Ширина плит відповідає розмірам листів (1,2 або 1,5 м), довжина їх до 6 м. Обшивки приклеюють до каркасу і для надійності ставлять шурупи.

 

Рис.8. Глухі панелі із склопластиковими обшивками:

а-клеєна панель; б-суцільнопресована панель; 1-ребра каркасу; 2-обшивка; 3-середній шар.

 

Суцільноформовані плити (рис.8, б) виробляють на спеціальній установці, в яку надходять три листи склополотна, просочені фенолформальдегідною смолою, які ще остаточно не затверділи. Середній лист формують і надають трапецоїдного перерізу, а потім у процесі пресування формують обшивки і приклеюють до середнього шару. В процесі виготовлення пустоти плити заповнюють спінюючими пінопластами. З установки готова плита виходить у вигляді безперервної стрічки, з якої нарізають плити потрібних розмірів.

 

Плити з фанерними обшивками. Ці плити призначені для влаштування суміщених покриттів утеплених виробничих будівель з рулонною покрівлею. Їхні розміри 3х1,5 та 6х1,5 м. Плити з фанерними обшивками належать до горючих конструкцій і застосовуються в будівлях, призначених для категорій виробництв В, Г та Д.

Обшивки плит роблять з водостійкої фанери марки ФСФ сорту ВВ завтовшки не менш як 6 мм; напрямок волокон зовнішніх шпонів має бути вздовж панелі. Клеєфанерними панелями перекривають прольоти 3-6 м, а при клеєних ребрах - більше 6 м. Ширину панелі роблять рівною ширині фанерного листа з урахуванням обрізки крайок для їхнього вирівнювання. Висота панелі звичайно складає 1/30÷1/40 прольоту.

Фанерні листи стикують «на вус»; довжина стику має становити не менш як 10 товщин листа. Під час виготовлення плит обшивку з боку приміщення фарбують два рази, а зовнішню обшивку обклеюють шаром рубероїду.

Ребристі плити. Каркас таких плит може бути з дерев'яних ребер або з фанерних швелерів (рис. 1). Обшивки кріплять до каркаса на клею КЕ-3, запресовуючи за допомогою преса; при дерев'яному каркасі можливе цвяхове запресування. Дерев'яний каркас роблять з антисептованої деревини хвойних порід з вологістю не більш як 12 %. Для гарантування довговічності плит в них передбачають вентильовані повітряні прошарки. Утеплювач фіксують притискними гратами. Маса плит завдовжки 3 м становить 220 кг, а завдовжки 6 м - 370 кг.

 

Плити з середнім шаром з пінопласту. Ці плити можуть бути плоскі і криволінійні (циліндричні). Плоскі плити (рис.1) являють собою тришаровий елемент з поздовжніми несучими ребрами. У тришаровому елементі середній шар - з полістирольного або фенольного пінопласту (завтовшки 50 - 150 мм залежно від району будівництва), а обшивки - з фанери завтовшки 4 - 6 мм, які склеєні клеєм. Поздовжні несучі ребра залежно від навантаження мають розміри (60хІ00) - (100х180) мм. Кріплять їх до тришарового елемента цвяхами або шурупами. Маса плит завдовжки 3 м - 100 кг, а завдовжки 6 м - 180 кг.

Криволінійні (циліндричні) панелі (рис.1,е) призначені для влаштування склепінних покриттів будівель. Середній шар роблять з блочного пінополістиролу ПСБ-С, який вигинають під час виготовлення тришарового елемента. Поздовжні криволінійні ребра виконують у вигляді клеєного пакета з тонких дошок. З панелей трапецоїдного контуру можна складати купольне покриття.

Стінові панелі та плити підвісної стелі мають аналогічні конструктивні вирішення. Конструкція плит покриттів і панелей стін має бути однаковою, відміна між ними може бути у розмірах елементів, оскільки плити покриття сприймають навантаження від снігу, а панелі стіни - вітрове. Висоту ребер каркаса стінових панелей найчастіше визначає необхідна товщина утеплювача. Несучих ребер конструктивних розмірів достатньо для того, щоб чинити опір вітровому тиску. Для обшивок у панелях стін використовується фанера марки ФСФ /п’ятишарова/, марки ФСФ сортів ВС, В/ВВ або плоскі азбоцементні листи завтовшки 6 мм.

 

Плити з алюмінієвими обшивками. Для обшивок тришарових плит звичайно застосовують листи з алюмінієвих сплавів АМг або АМц завтовшки 0,8 - 1,5 мм. Середній шар роблять з пінопластів, що виготовляються методом формування або спінювання в порожнині плити. Обрамлення має виготовлятися із неметалевих матеріалів, щоб не утворювався «місток холоду» (рис.9). Обшивки з середнім шаром з'єднують на клею, а з обрамленням – завальцьовуванням та на заклепках або гвинтах (можуть застосовуватись клеєзаклепкові, клеєзваррні та клеєгвинтові з¢єднання). На рис.10 дано конструктивні рішеня тришарових алюмінієвих плит. Плити можуть бути плоскі й криволінійні. Приклад склепінчастого покриття з алюмінієвих плит показано на рис.10.

 

 

Рис.9. Конструкції панелей з алюмінієвими обшивками

а-типи панелей; б-конструкції обрамлення; 1-тонкі алюмінієві обшивки; 2-обрамлення із неметалевого матеріалу; 3-обрамлення із алюмінієвого профілю; 4-кутники кріплення; 5-заклепки; 6-болти

 

 

 

Рис.10. Конструкція склепінчатого покриття із алюмінієвих панелей

а-покриття по несучих стінах або колонах; б-криволінійна панель; в-покриття оперте на фундамент; д-шарнірний стик панелей купола (гребінь); г-опорний вузол; е-жорсткий стик панелей склепіння; 1-листовий шарнір; 2-самонарізний гвинт; 3-пінопласт; 4-стяжний болт; 5-бакелізована фанера

 

 

4.Кріплення плит та панелей

Кріплення плит покриття до несучих конструкцій виконують дві різні функції: 1) забезпечують тільки протидію підйомній силі вітру у разі настилу легких плит і зсуву їх по схилу даху; 2) розкріплюють стиснуту грань верхнього поясу ферми, балки чи рами, зменшуючи тим самим вільну довжину елементів.

Стінові панелі можуть бути самонесучими, коли навантаження .від них передається через антисептовану балку на фундаменти, чи навісними, коли навантаження від кожної панелі передається на колони у місцях їх кріплення.

Стики плит та панелей повинні мати потрібні технологічні пароізоляційні властивості. Вони мають бути зручними для монтажу, огляду і ремонту.

Плити та панелі кріплять до несучого каркасу гвинтами, шурупами, цвяхами із застосуванням кріпильних деталей у вигляді дерев'яних бобишок, листових накладок, металевих хомутів, штирів, кутиків тощо. Кріплення має забезпечувати свободу температуррно-вологісних деформацій плит та панелей і переміщень від навантажень, а також компенсувати неточності їхнього виготовленння. Кріплення і стики плит та панелей бувають дуже різноманітні. Деякі варіанти кріплення плит покриття до несучого елемента поодано на рис. 11, а стінових панелей - на рис. 12. Кріплення плит покриття має бути достатньо жорстким для створення суцільного розкріплення верхнього пояса кроквяних ферм або для забезпеченння стійкості стиснутої грані балок покриття з площини згину. Це підвищує стійкість елементів, які працюють на .стиск і згин, і дає можливість виконувати розрахунок їх без врахування стійкості плоскої форми деформування.

 

 

Рис.11. Вузли кріплення плит покриття

а-світлопроникних; б-склопластикових; в-клеєфанерних; г-азбестоцементних; д-з алюмінієвими обшивками; 1-прогін; 2-панель; 3-шурупи (болти ); 4-цвяхи; 5-листова накладка; 6 деталі кріплень; 7-деревяні бобишки; штирі для кріплення двох панелей; 9-утеплювач або ущільнювач; 10-компенсатор; 11-дошка просочена антисептиком

 

 

Рис.12. Вузли кріплення стінових панелей:

а-панелі з фанерними обшивками; б-панелі з азбестоцементними обшивками; в-панелі з алюмінієвими обшивками; 1-панель; 2-закладна деталь; 3-ущільнювач; 4-шащільник; 5-деталі кріплень; дошка просочена антисептиком

 

5.Розрахунок тришарових плит

 

Вступ.Розрахунок тришарових плит виконують за несучою здатністю (за міцністю обшивок, середнього шару, обрамлення, клейових швів і за стійкістю обшивок), а також за жорсткістю.

Рекомендується така послідовність розрахунку плит:

· для "теплих" плит за теплотехнічним розрахунком призначають товщину утеплювача разом з повітряним прошарком (не менше 5 см) та встановлюють попередню висоту ребер каркаса;

· вибирають матеріали для обшивок плити;

· встановлюють розрахункові геометричні характеристики зведеного поперечного перерізу плити;

· перевіряють на міцність каркас плити;

· перевіряють нижню обшивку на міцність, а верхню стиснуту обшивку на стійкість і дію місцевого навантаження;

· розраховують на сколювання з’єднання обшивок з каркасом; перевіряють жорсткість плити.

У плитах з азбоцементними обшивками спільна робота обшивок з каркасом не враховується, оскільки з’єднання на шурупах (гвинтах, цвяхах) відрізняється великою податливістю. Повздовжні ребра каркасу розглядаються як однопрольотні балки при дії відповідного зусилля з вантажної площі. Верхню обшивку розраховують як багатопрольотну плиту (розрахункова ділянка шириною 100 см) на дію навантаження, що скалдається з власної ваги обшивки та снігу (перша комбінація) або власної ваги та зосередженої сили Р=1,2 кН, прикладеної посередині розрахункової ділянки тільки в одному місці (друга комбінація).

Розрахунок клеєфанерної панелі покриття.Несучі ребра каркасу розташовують вздовж прольоту плити та встановлюють між ними розпірки для забезпечення їх стійкості. Крок розпірок приймають приблизно 1,5 відстані між ребрами.

Найчастіше товщину ребер приймають з дошок товщиною 33 або 43 мм (після стругання), а фанерні обшивки товщиною не менше 8 мм. Ребра з обшивкою склеюють.

 

Рис.13.Клеєфанерна панель

 

Кількість поздовжніх ребер панелі визначають за розрахунком на вигин поперек волокон зовнішніх шпонів верхніх фанерних обшивок при дії зосередженого навантаження Р = 1 кН із коефіцієнтом безпеки за навантаженням γ_f = 1,2. При цьому вважається, що дія зосередженого навантаження розподіляється на ширину 100 см. За розрахункову схему для цього розрахунку приймають балку з обома затиснутими кінцями (рис. 14).

 

Рис. 14. Розрахункова схема верхньої обшивки клеєфанерної панелі – а та епюра згинальних моментів - б

 

Тоді максимальний згинальний момент буде

 

де с – відстань в осях між ребрами (рис 14)

Напруження згину у верхній обшивці поперек волокон зовнішніх шпонів фанери:

 

Отже мінімальна відстань між ребрами

де - коефіцієнт умов роботи, що враховує короткочасність дії тимчасового навантаження; - розрахунковий опір фанери вигину поперек волокон; - товщина фанери.

Клеєфанерні конструкції розраховують з урахуванням різних модулів пружності деревини і фанери за приведеними геометричними характеристиками, причому приведення виконують до того матеріалу елемента конструкції, для якого визначають напруження. Приведення виконується, наприклад, так:

· момент інерції, приведений до фанери

 

· момент опору

 

де у – відстань від центру ваги перерізу до найбільш віддалених волокон (для симетричного перерізу у=h/2); – момент інерції і модуль пружності матеріалу елемента, до якого виконують приведення; - те ж для матеріалу елементів, що приводяться.

Нерівномірність розподілу нормальних напружень в обшивках у ребристих клеєфанерних конструкціях враховують введенням у геометричні характеристики приведеної ширини b_пр :

b_пр=0,9 b₀

де b₀ – відстань у світлі між крайніми поздовжніми ребрами

Нормальні напруження в обшивках панелі визначають за такими формулами:

1) для верхньої стиснутої обшивки з урахуванням її стійкості

 

де - коефіцієнт поздовжнього вигину фанери:

при

 

при

 

- максимальний згинальний момент, визначається, як для балки; q – інтенсивність рівномірно-розподіленого навантаження, кН/м.

2) для нижньої розтягнутої обшивки з урахуванням її ослаблення стиком «на вус»

 

де К_ф=0,6 – коефіцієнт, що враховує ослаблення перерізу стиком на вус; при відсутності стику К_ф=1.

Дотичні напруження в пенелі перевіряють:

1) за сколюванням між шпонами фанери в місцях приклеювання до ребер

 

де - статичний момент обшивки щодо осі панелі; – сумарна ширина всіх поздовжніх ребер; - розрахунковий опір сколюванню клейових швів між шпонами фанери.

2) за сколюванням поздовжніх ребер

 

де - приведений до деревини статичний момент половини перерізу панелі щодо нейтральної осі; - приведений до деревини момент інерції поперечного перерізу панелі.

Прийнятий переріз панелі перевіряють також на жорсткість за формулою: