11. Конструктивные решения и расчёт дощатоклееных балок. Общие сведения.
Дощатоклееные балки применяют, главным образом, в качестве основных несущих конструкций покрытия сельских, общественных и промышленных зданий, используют их также в виде прогонов, пролеты и нагрузки которых не позволяют применять прогоны цельного сечения, а также в виде главных балок перекрытий, мостов и других сооружений.
В отечественной практике строительства дощатоклееные балки находят применение в покрытиях пролетом до 18 м. За рубежом имеются примеры эффективного применения дощатоклееных балок в покрытиях пролетом до 30 м и более.
Дощатоклееные балки могут быть:
1) односкатными постоянной высоты;
Рис. 1 – Односкатная балка постоянной высоты
2) двускатными переменного сечения, причем h0 не менее 0.4h, где h0 – высота балки у опоры, h – высота в середине пролета;
Рис. 2 – Двускатная балка переменного сечения
3) ломаными, состоящими из двух прямолинейных элементов, соединенных в коньке зубчатым соединением;
Рис. 3 – Ломаная балка, состоящая из двух прямолинейных элементов
4) гнутыми;
Рис. 4 – Гнутые балки переменного и постоянного сечения
Балки склеиваются из досок толщиной не более 42 мм (для гнутоклееных – не более 33 мм). Сечения дощатоклееных балок принимают в большинстве случаев шириной не более 17 см, что позволяет изготовлять их из цельных по ширине досок. Балки большей ширины изготовляют из менее широких досок, склеенных между собой кромками с расположением стыков вразбежку, что увеличивает трудоемкость их изготовления. Формы поперечных сечений балок могут быть весьма разнообразными. Традиционными формами сечения являются прямоугольное массивное, реже двутавровое или тавровое (т.к.они не технологичны в изготовлении).
Рис. 5 – Виды сечений дощатоклееных балок
Высота балок (h) принимается в пределах h=(1/8…1/12)l.
Для обеспечения устойчивости балок из их плоскости отношение высоты балки h к ширине b не должно быть больше 6 (h/b≤6). Дощатоклееные балки с большим отношением высоты к ширине поперечного сечения подлежат проверке на общую устойчивость.
Доски располагаются по высоте сечения балок таким образом, чтобы древесина наиболее высокого качества размещалась в наиболее напряженных нижней и верхней зонах.
Рис. 6 – Расположение досок в балке
По длине доски дощатоклееных балок стыкуются на зубчатый шип. Стыки смежных слоев должны располагаться вразбежку на расстоянии не менее 30 см.
Расчет дощатоклееных балок покрытий.
В большинстве случаев расчет производят по схеме однопролетной свободно опертой балки на равномерную нагрузку q от собственной массы покрытия, балки и массы снега.
Дощатоклееные балки рассчитывают как балки цельного сечения. За основное расчетное сопротивление при изгибе принимается для сосны
1 сорта Ru=14 МПа
2 сорта Ru=13 МПа
3 сорта Ru=8.5 МПа
При расчете дощатоклееных балок выполняют следующие проверки.
1. Проверка прочности по нормальным напряжениям:
Здесь введены коэффициенты к моменту сопротивления:
mδ – коэффициент условий работы, учитывающий влияние размеров поперечного сечения на несущую способность балки, его значение приведено в СНиП II-25-80 в зависимости от высоты сечения h
h=70 см → mδ=1,
h<70 см → mδ >1,
h>70 см → mδ <1;
mф – коэффициент формы, для балок прямолинейной формы сечения mф =1, для балок двутавровых сечений mф даны в учебнике Г. Г. Карлсена в зависимости от отношения ширины стенки к ширине пояса.
Расчетное сечение, где действуют максимальные нормальные напряжения, в балках переменной высоты не совпадает, как в балках постоянной высоты, с местом действия максимального изгибающего момента, поскольку момент сопротивления сечений уменьшается у них от середины балки быстрее, чем изгибающий момент. Расстояние расчетных сечений от опор Х определяется путем отыскания максимума эпюры нормальных напряжений по длине балки.
Это сечение находится из общего выражения для нормальных напряжений
Для нахождения экстремальных точек эпюры напряжений необходимо приравнять нулю выражение, полученное после дифференцирования выражения для σu.
В двускатной балке переменного сечения при равномерно распределенной нагрузке
,
где hоп – высота опорного сечения,
h – высота сечения в середина пролета балки.
Изгибающий момент в этом случае равен
Рис. 7 – Эпюра изгибающего момента М
В гнутоклееных балках дополнительно проверяется еще и напряжения растяжения в гнутой зоне.