Клеевые соединения

Клеевые, соединения являются наиболее прогрессивными видами соединений элементов деревянных конструкций заводского изготовления. Их основой являются конструкционные синтетические клеи. Склеивание дает возможность из досок ограниченных сечений и длин изготовлять клееные элементы несущих конструкций любых размеров и форм.

Клеевые соединения являются прочными, монолитными и имеют такую малую податливость, что ее можно не учитывать при расчетах и считать клееные элементы как цельные. Клеевые соединения являются водостойкими, стойкими против загнивания и воздействия ряда химически агрессивных сред, что обеспечивает долговечность клееных элементов. Однако склеивание допускается только в специально оборудованных отапливаемых цехах с приточно-вытяжной вентиляцией для удаления вредностей и под строгим лабораторным контролем. При склеивании имеется возможность использовать древесину маломерную и пониженного качества путем удаления значительных пороков с последующим стыкованием. Доски до склеивания должны быть остроганы по плоскостям склеивания, на толщину до 3 мм для обеспечения их плотного контакта и получения прочного клеевого шва минимальной толщины с наименьшими не проклейками.

Рисунок 9 - Клеевые стыки: а — поперечные; б — продольные; в — фанеры; г — под углом; 1 — по пластям:, 2 — по коомкам; 3 — по пластн и кромке; 4 и 5 — зубчатый с выходом зубь­ев на кромки и пласти; 6 — усовое соединение фанеры; 7 — клееный элемент

Рис. 10. Соединения с вклеенными стержнями: а I— продольное; б — под углом; / — соединяемые эле­менты; 2 — стержни из стальной арматуры^ S — от­верстия; 4 — пазы; 5 — рейка; 6 — клей

Клеевые стыки по их расположению и особенностям работы могут быть разделены на поперечные, продольные и угловые (рис. 9).

Поперечные стыки досок служат для создания клееных элементов с поперечными сечениями требуемых размеров и форм и придания им изогнутой формы по длине. В их число входят стык по пластям, стык по кромкам и стык по пласти и кромке.

Стык по пластям представляет собой клеевое соединение досок пластями. Этот стык применяется для создания клееных, элементов требуемой высоты сечения и для обеспечения их изогнутой формы по длине, поскольку он препятствует распрямлению, изогнутых досок в клееном элементе. В изгибаемых и сжато-изгибаемых элементах стыки по пластям работают и рассчитываются на скалывание при изгибе по формуле

Стык по кромкам представляет собой клеевое соединение досок кромками. Его применяют для создания клееных элементов с шириной сечения, большей ширины отдельных досок. По высоте сечения эти стыки в соседних досках располагаются вразбежку в плоскости изгиба. В этих стыках обычно не возникают скалывающие напряжения, и они не требуют расчетных проверок.

Стык по пласти и кромке представляет собой клеевое соединение пласти одной доски с кромкой другой. Его применяют для создания клееных элементов тавровой, двутавровой и рельсовидной формы со стенками из досок на ребро. Работает и рассчитывается стык на скалывание при изгибе.

Продольные стыки служат для создания клееных элементов требуемой длины. В число продольных стыков входят зубчатое и усовое соединения.

Зубчатое соединение применяют для стыкования досок концами по длине вдоль волокон, оно является основным видом продольного стыка и представляет собой соединение концов досок клеевыми швами по зубчатой поверхности ряда острых клиньев, которые могут выходить на пласти или на кромки досок. Такая форма придается концам досок механически специальной зубчатой фрезой на станке. От действия продольных усилий в клеевых швах зубчатого соединения возникают основные скалывающие и незначительные растягивающие напряжения. Зубчатое соединение считается равнопрочным с цельной древесиной и расчета не требует.

Усовое соединениепредставляет собой клеевое соединение концов досок по поверхности, образованной их срезкой с уклоном к поверхности 1:10, и применяют его для продольного стыкования досок. Клеевой шов работает здесь аналогично швам зубчатого соединения, и усовое соединение считается тоже равнопрочным с древесиной элементов независимо от их категории качества. Он менее технологичен, чем зубчатый, так как имеет тенденцию к сдвигам по клеевому раствору при склеивании, и допускается только при отсутствии оборудования для зубчатого стыкования.

Угловые стыки представляют собой клеевые соединения досок и клееных элементов, расположенных друг к другу под углом.

Зубчатое соединение под углом применяют главным образом для соединения концов клееных элементов рам в жестких узлах, расположенных под углами более 120°. Это соединение работает на усилия сжатия с изгибом и рассчитывается как цельное наклонное сечение.

Соединение досок по пластям под углом представляет собой клеевое соединение досок пластями по площади их пересечения. От продольных усилий в клеевом шве возникают здесь скалывающие и дополнительно поперечные растягивающие напряжения ввиду эксцентричного действия усилий. Они рассчитываются на скалывание под углом к волокнам, а растягивающие усилия рекомендуется воспринимать болтами или шурупами.

Стыки фанеры и фанерыс древесиной. Усовое соединение фанеры имеет ту же конструкцию и уклон склеиваемых кромок 1:12, и применяют его для соединения фанерных листов кромками по длине и по ширине. Оно имеет пониженную прочность ввиду неполного совпадения соответствующих слоев листов фанеры при склеивании и, рассчитывается на растяжение по площади сечения, уменьшенной коэффициентом условий работы m=0,6.

Стык фанеры с досками по пласти и кромкам применяют в клеефанерных конструкциях. При расположении волокон досок под углом 90° к наружным волокнам фанеры ширина досок должна быть не более 100 мм. При большей ширине досок возникает опасность перенапряжения клеевых швов в результате коробления древесины. Этот стык работает на скалывание при изгибе и рассчитывается по прочности ближайших к стыку клеевых швов между наружным и соседним слоями фанеры.

Клееметаллические соединения представляют собой соединения деревянных клееных элементов при помощи вклеенных или наклеенных стальных деталей (рис. 10).

Соединения на вклеенных стержнях состоят из коротких стержней из арматуры классов А-II или А-III диаметром 12—32 мм, вклеенных в прямоугольные пазы или круглые отверстия клеем, обеспечивающим надежное соединение древесины с металлом, например эпоксидно-цементным. Вклеенные стержни применяют для продольного и углового соединения клееных элементов, работающих на продольные силы или изгибающие моменты. Они воспринимают продольные силы N при растяжении (выдергивание) или сжатии (вдавливание). Скрытые в толще древесины стержни защищены от химически агрессивной среды и быстрого нагрева при пожаре, что повышает стойкость против коррозии и огнестойкость конструкции.

Соединения с клеестальными шайбами применяют для соединения стержней сборно-разборных ферм в узлах. Они состоят из стальных пластинок — стальных накладок, болтов, а также шайб, приклеенных к пластям элементов феноло-формальдегидным по слою БФ или эпоксидным клеем. Болты пропускаются при сборке соединения через отверстия соответствующего диаметра в накладках и шайбах и через отверстие большего диаметра в древесине элементов. Соединение воспринимает растягивающие и сжимающие усилия. Клеевые швы шайб работают и рассчитываются на скалывание. Болты рассчитываются на смятие и срез между шайбами и накладками, как в стальных соединениях, без учета древесины и имеют повышенную несущую способность. Стальные накладки рассчитываются на растяжение или сжатие.

Клеевые соединения арматуры клееных армированных балок с древесиной выполняются путем вклеивания ее в пазы в крайних зонах сечений эпоксидно-цементным клеем. Они работают на скалывание с избыточными запасами прочности.

Соединения с пластмассовыми связями имеют значительные перспективы применения в деревянных конструкциях, особенно предназначенных для эксплуатации в средах, химически агрессивных по отношению к металлу. В настоящее время проводятся экспериментальные и теоретические исследования соединений в деревянных элементах с цилиндрическими нагелями из высокопрочного стеклопластика.

67. Что такое предел огнестойкости конструкций и как его повысить.

Огнестойкость – способность конструкций сохранять несущие и (или) ограждающие функции в условиях пожара. Предел огнестойкости – это показатель огнестойкости конструкций, определяемый временем (ч, мин) от начала огневого воздействия до потери нагруженного элемента несущей способности. Деревянные элементы крупных сечений имеют более высокие пределы огнестойкости, чем остальные. Например, балка сечением 17х17см, нагруженная до напряжения 10МПа, имеет предел огнестойкости 40мин, в течение которых могут быть приняты меры для тушения пожара.

Предел огнестойкости у монолитных элементов выше, чем у элементов конструкций, состоящих из досок с зазорами между ними, имеющих большие поверхности соприкосновения с воздухом.

Целью повышения предела огнестойкости является повышение сопротивления огнестойкости конструкций возгоранию и в процессе горения не создавали и не распространяли открытого пламени.

Виды защиты от возгорания:

1. Конструктивная защита. Ликвидация условий, благоприятных для возгораний. В конструкциях производственных зданий с горючими процессами применение древесины недопустимо. Деревянные конструкции д.б. отделены от печей и нагревательных приборов достаточными расстояниями или огнестойкими материалами. Для предотвращения распространения огня деревянные строения должны быть разделены на части противопожарными преградами и зонами из огнестойких конструкций. Деревянные конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространиться пламя, не доступное для тушения. Элементы деревянных конструкций д.б. массивными клееными или брусчатыми без острых выступающих частей, щелей, трещин. Такие элементы имеют больше предел огнестойкости, чем дощатые. Обыкновенная штукатурка значительно повышает сопротивление деревянных стен и потолков возгоранию. Строящие здания должны иметь гладкие стены и потолок без выступающих внутрь помещения деревянных частей, иметь беспустотные ограждающие с применением в них несгораемых или трудносгораемых утеплителей.

Деревянные конструкции должны эксплуатироваться при температуре, не превышающей 50^оС.

2. Химическая (противопожарная пропитка или окраска). Производится в случаях, когда от ограждающей конструкции требуется повышенная степень огнестойкости, например, в помещениях, где находится легковоспламеняющиеся материалы. Конструкции пропитывают веществами, которые называются антипиренами (например, аммонийная соль, фосфорная и серная кислота). Пропитку выполняют в автоклавах одновременно с антисептированием. Однако такая обработка снижает прочность древесины на 10-20%, а при обработке клееных элементов может наступить полная потеря прочности клеевого шва через 1-2 года. При нагреве антипирены расплавляются, образуя огнезащитную пленку, препятствующую доступу кислорода к древесине, которая при этом может только медленно разлагаться и тлеть, не создавая открытого пламени и не распространяя огня. Пропитка древесины производится с одновременной пропиткой антисептиками. Защитная окраска выполняется составами на основе жидкого стекла, суперфосфата и т.д. Нанесение покрытий необходимо производить в два или более слоев. Каждый последующий слой наносится после высыхания предыдущего слоя. При нагревании во время пожара пленки их вздуваются от выделяемых газов и создают воздушную прослойку, временно препятствующую возгоранию.

 

 

 

68. До какой величины и почему ограничена максимальная влажность древесины.

Влажностью называется отношение массы влаги, содержащейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины. Влажность (%) древесины W определяется с помощью электровлагомера (действие которого основано на изменении электропроводности древесины в зависимости от ее влажности) или весовым способом по формуле

,

где m_1, m₂ - вес образца до высушивания и после высушивания до постоянного веса.

Влажность древесины может быть трех видов: свободная (капиллярная) -заполняющая полости клеток и межклеточное пространство; связанная (гигроскопическая) - находящаяся в клеточных оболочках; химическая -входящая в состав веществ, образующих древесину. Удаление свободной влаги (заполняющей внутренние пустоты) изменяет плотность древесины, удаление связанной влаги (пропитывающей оболочку клеток) влечет за собой изменение плотности и прочности, размеров и формы, а удаление химической влаги, входящей в состав древесины, ведет к изменению вещества.

По степени влажности древесина может быть абсолютно сухой (влажность - 0 %), комнатно-сухой (6...12 %), воздушно-сухой (15...20 %), полусухой (21...23 %), сырой (23...39 %), свежесрубленной (40...75 %) и мокрой (более 75 %). Влажность сплавной древесины может достигать 200 %.

Максимальное количество связанной влаги для всех пород примерно одинаково и составляет 30 %, при температуре 20 °С. Такая влажность называется пределом гигроскопичности, или точкой насыщения клеточных оболочек. Это состояние древесины, при котором свободной влаги нет, а в клеточных оболочках содержится максимальное количество связанной влаги.

В свежесрубленной древесине, при высыхании в атмосферных условиях, сначала происходит быстрое удаление с поверхности свободной влаги, а затем и части связанной с одновременным перемещением ее из внутренних слоев к наружным. Такой процесс приводит к равномерному распределению влаги, соответствующему температуре и влажности окружающего воздуха. Каждому сочетанию температуры и относительной влажности воздуха соответствует определенная установившаяся влажность древесины, которая называется равновесной (устойчивой) влажностью. При применении в строительстве древесины с влажностью выше равновесной необходимо учитывать значительную разность усушки древесины вдоль и поперек волокон и придавать элементам припуск на усушку.

Строительные нормы ограничивают влажность древесины как материала до 25 %, а в клееных конструкциях - до 12 %.

Влияние влажности. Изменение влажности в пределах от 0% до 30% приводит к снижению прочности древесины на 30% от максимальной. Дальнейшее изменение влажности не приводит к снижению прочности древесины.

Анизотропия свойств древесины в поперечном и тангенциальном направлении к волокнам приводит к короблению древесины при изменении влажности (усушка и разбухание). Наибольшая усушка происходит поперек волокон, перпендикулярно годичным слоям. Деформации усушки развиваются неравномерно от поверхности к центру. При усушке появляется не только коробление, но и усушечные трещины.

Для сравнивания показателей прочности и жесткости древесины установлено значение стандартной влажности 12%

В₁₂=В_W[1+α(W-12)],

где α – поправочный коэффициент, при сжатии и изгибе α = 0,04.

 

 

 

69. Виды деревянных ферм

Сквозными несущими деревянными конструкциями называются такие, в которых пояса соединены друг с другом не сплошной стенкой из досок или фанеры (как в плоских сплошных конструкциях), а решеткой, состоящей из отдельных стержней – раскосов и стоек.

Применение решетки вместо сплошной стенки уменьшает расход материала на конструкцию, особенно при больших пролетах. В то же время сквозные конструкции имеют большое количество узлов в местах соединения решетки с поясами, что значительно усложняет изготовление таких конструкций. Поэтому выбор типа конструкций - сплошной или сквозной производится на основе технико-экономических данных с учетом назначения помещения.

 

Сквозные конструкции бывают:

1) балочные ( фермы);

2) распорные (арки и рамы);

3) решетчатые стойки.

 

ферма

сквозная арка

 

рама с подкосами

решетчатая стойка

О сквозных распорных конструкциях и о решетчатых стойках говорилось в предыдущих лекциях .Сегодня мы займемся изучением основного вида сквозных конструкций - ферм. Фермы применяют, как правило, в статически определимых схемах в отношении как опорных закреплений, так и решения решетки.

В зависимости от конструктивных особенностей, связанных с методом изготовления, фермы подразделяют на фермы заводского (из клееных элементов) и построечного изготовления (из цельных элементов)

Наибольшее распространение в строительстве получили фермы заводского изготовления. К ним относятся металлодеревянные фермы, верхний пояс и сжатые стержни решетки которых выполнены из клееной древесины, а нижний пояс и растянутые стержни решетки - из стали.

Преимущества клееной древесины позволяют применять в случае необходимости, например, в условиях агрессивных сред, не только стальной, но и деревянный нижний пояс.

 

По очертанию фермы подразделяются на:

1. Треугольные;

2. Трапециевидные;

3. Многоугольные (чаще пятиугольные);

4. Сегментные.

 

С целью уменьшения величины изгибающего момента передача сжимающего усилия в узлах верхнего пояса из прямолинейных элементов осуществляется с эксцентриситетом, как в арках. Первую панель нижнего пояса, в котором отсутствуют усилия, может быть деревянной, а опорный нисходящий раскос, воспринимающий большое растягивающее усилие - стальным, как и среднюю панель нижнего пояса. Трапециевидная односкатная ферма имеет аналогичное конструктивное решение.

Могут применяться так же фермы с параллельными поясами.

Треугольные клееные фермы могут иметь верхний пояс из двух клееных панелей разной длины, более длинной и мощной является первая от опоры панель. Из клееной древесины выполняются также два раскоса. Нижний пояс и растянутый тяж принимаются стальными. Панели верхнего пояса в узлах стыкуют с эксцентриситетом.

Сегментные клееные фермы компонуются с таким расчетом, чтобы дуга верхнего пояса была из криволинейных элементов одинаковой длинны. Все узлы, включая узлы верхнего пояса, центрируют по осям элементов. Верхний пояс такой фермы может быть разрезным или неразрезным. Благодаря криволинейному очертанию верхнего пояса создается обратный выгиб по отношению к оси изгиба пояса под действием внешней нагрузки, поэтому эта ферма имеет мало нагруженную решетку, что упрощает конструкцию ее элементов и узлов.

К фермам построечного изготовления относятся фермы, элементы которых выполнены из цельных не клееных бревен, брусьев или досок с узловыми соединениями на нагелях (болтах, гвоздях) или на лобовых врубках. Растянутые элементы решетки и нижний пояс фермы часто делается стальными.

По очертанию фермы построечного изготовления могут быть треугольными и многоугольными.

Фермы из центральных элементов со стальным нижним поясом при треугольном очертании позволяет просто организовывать плоскую скатную кровлю. В этих фермах верхний пояс и раскосы делают из брусьев, а центральную растянутую стойку - из круглой стали.

При многоугольном очертании, приближающемся к очертанию эпюры моментов в простой балке, усилия в панелях верхнего пояса мало меняются от эпюры к середине пролета и в элементах решетки возникают небольшие усилия. Это дает возможность создавать как верхний пояс, так и элементы решетки из древесины и только нижний растянутый пояс делается из профильной стали.

Недостатком такой фермы является небольшое число узлов.

Фермы на лобовых врубках имеют треугольное или пятиугольное очертание.

Схема решетки в этих фермах такова, что деревянные раскосы оказываются сжатыми, а металлические стойки - растянутыми. Это позволяет крепить сжатые раскосы к поясам с помощью лобовых врубок, воспринимающих только сжимающие усилия а растянутые стоики (тяжи) делать из круглой стали. Тяжи на одном конце снабжены резьбой и гайкой, что обеспечивает возможность уплотнения узлов при сборке.

В пятиугольных фермах вблизи середины пролета при односторонней снеговой нагрузке раскосы могут получать растягивающие усилия и выключаться из работы.

Для сохранения геометрической неизменяемости решетку фермы снабжают дополнительными компенсирующими нисходящими раскосами.

Рисунок 4 – Пятиугольная ферма из брусьев или бревен на лобовых врубках.

70. Типы рам каркаса сооружений из древесины

Рамные конструкции являются одним из наиболее распространенных типов несущих конструкции. Они хорошо вписываются в поперечное сечение большинства производственных и общественных зданий.

Рамные конструкции относятся к классу распорных.

Деревянные рамы обычно применяют однопролетными при пролетах
12…30 м.

В мировой практике строительства встречаются рамы пролетом до 60 м.

Рамы классифицируются по нескольким признакам

- По статической схеме рамы могут быть

1) трехшарнирными (статически определимыми)