9.1.1. Схема расчета дощатоклееных балок

1. По принятой схеме определяют высоту балки в середине пролета. Для двускатных балок высота на опоре:

(9.1)

2. Наименьшую ширину балки прямоугольного поперечного сечения (рис. 9.1, а) или толщину стенки балки двутаврового сечения (рис. 9.1, б) вычисляют по формуле

или (9.2)

и округляют до ближайшей ширины досок по сортаменту (с учетом острожки).

3. Проверяют прочность принятого поперечного сечения по нормаль-ным напряжениям: при расстоянии между закрепленными точками связей ℓ_о≤70 в²/h_пр— по формуле (24) [11] , а при ℓ₀>70 в²/h_пр с учетом устойчивости плоской формы изгиба —по формуле (58) [11].

Для балок переменного по длине сечения h_пр- высота принятого поперечного сечения , где k_ж—коэффициент, зависящий от формы и загружения балки [11] );

Рис. 9.1. Сечения клееных балок:

а-прямоугольное; б-двутавровое

4. В гнутоклееных балках постоянного сечения проверяют радиальные

растягивающие напряжения в криволинейном участке балки по клеевому шву:

(9.3)

где R₀ — радиус кривизны гнутой части; R_р90— расчетное сопротивление древесины растяжению поперек волокон.

Балки гнутоклееные передают на опоры распор, который следует учитывать при расчете колонн или стен.

5. Прочность поперечного сечения балки по касательным напряжениям

проверяют по формуле (3.32).

6. Прогиб балк

(9.4)

(9.5)

λ=0 для балок прямоугольного сечения; λ=38 для балок двутаврового сечения при в_ст/в_n=1/2.

9.1.2. Армированные дощатоклееные балки

Эти балки изготовляют пролетом до 24 м прямоугольного сечения (см. табл. 9.1, п. 7). Армируют растянутую и сжатую зоны горячекатаными стержнями периодического профиля из стали класса А300, А400, А500. Арматуру укладывают в пазы, заливают эпоксидным клеем с наполнителем и запрессовывают дощатоклееный пакет (рис. 9.2). При коэффициенте армирования 1–3% прочность и жесткость балок увеличивается в 1,5–3 раз.

Рис. 9.2. Сечение армированной балки:

1 –доски; 2– арматура (2d=16 мм); 3 – эпоксидный клей

Расчет производят на прочность по нормальным и касательным напряжениям по приведенным геометрическим характеристикам:

(9.6) (9.7)

где коэффициент армирования сечения.

Прогиб балок производят с учетом I_пр.

9.2. Клеефанерные балки

Балки с плоской стенкой (см. табл. 9.1, пп. 4, 5), k_с.в=3–4, изготавливают пролетом до 18 м таврового или коробчатого сечения из водостойкой фанеры с дощатыми поясами. Такие балки могут быть двух- и односкатными. Верхний пояс может быть криволинейного очертания. Высоту балки в середине пролета назначают h_ср=(1/8–1/12)ℓ, толщину фанерной стенки принимают не менее 8 мм и не менее 1/130 высоты стенки. Фанеру устанавливают волокнами рубашек вдоль оси балки, либо перпендикулярно к поясам.

При перпендикулярном расположении волокон фанеры к поясам фанерная стенка эффективно работает на скалывание между шпонами и на срез. В этом случае вертикальные стыки можно делать только с помощью фанерных накладок (рис. 9.3). При направлении волокон фанеры вдоль оси балки стенка лучше работает на сжатие и растяжение при изгибе балки. Стыки здесь легко выполнить путем склеивания листов «на ус».

По длине балки ребра допускается располагать с разными промежутками. Ближе к опоре их ставят чаще и не более чем на расстоянии, равном высоте стенки. Ребра должны совпадать со стыками фанерной стенки, а при наличии прогонов в покрытии –размещаться под ними.

Опорные ребра, воспринимающие опорную реакцию, выполняют обычно вдвое шире, чем промежуточные. В двутавровых балках для обеспечения их устойчивости опорные ребра снаружи укрепляют с двух сторон дощатыми накладками, прикрепленными болтами. Ребра приторцовывают к поясам балки и приклеивают. В опорных участках одностенчатых балок с плоской стенкой последняя при необходимости может укрепляться путем наклейки на нее дополнительных листов фанеры или диагональных дощатых раскосов.

Рис. 9.3. Фанерная балка с плоской стенкой:

а – общий вид коробчатой балки; б – сечения коробчатой балки; в– сечение двутавровой балки; г – стык стенки с накладками; д –стык стенки на ус; е–усиление стенки подкосом (двутавровая балка); 1 – фанерная стенка; 2–пояса; 3– клееные ребра жесткости; 4 – фанерная накладка на клею; 5 –опорные накладки; 6 – стыковые накладки; 7 – стяжные болты; 8 – подкос из доски; 9 – зазоры между досками; 10 – дощатые ребра жесткости; 11 –опорная подушка; 12 –анкерные болты

Ребра располагают на расстоянии а=(1/8–1/10)ℓ для обеспечения устойчивости стенки из плоскости. В этих же местах устраивают стыки листов фанеры «на ус», при большой толщине – зубчатым шипом или впритык с накладками. Для увеличения устойчивости крайние панели усиливают двумя дополнительными листами фанеры или наклонными ребрами жесткости.

Пояса конструируют из досок. Для уменьшения внутренних напряжений от усушечных деформаций слои досок, прилегающие к фанере, делаются составными шириной не более 100 мм.

В балках коробчатого сечения полки допускается выполнять из досок плашмя, и верхний пояс тогда может быть криволинейным. При толщине полки более 100 мм в ней устраивают пропилы со стороны стенок на 30–50 мм; k_см=3,0–3,5.

При расчете балок проверяют нормальные напряжения в поясах и стенке в расчетном сечении на расстоянии х с учетом приведенного момента сопротивления:

(9.8)

(9.9)

где m_ф– коэффициент, учитывающий снижение сопротивления фанеры растяжению в стыке;

(9.10)

(i–уклон верхнего пояса);

(9.11)

Касательные напряжения в швах между поясами и стенкой проверяют по формуле

(9.12)

где S_g –статический момент пояса относительно нейтральной оси; n–число швов, связывающих их стенку с поясами; h_n –высота пояса за вычетом зазора.

Практически проверяется на скалывание шов между крайними шпонами, так как он имеет прочность 0,6 МПа, а клеевой шов фанеры с деревом –2,1 МПа.

Опорное, наиболее опасное сечение стенки проверяют на срез, главные растягивающие напряжения и местную устойчивость.

Прогиб клеефанерных балок определяют с учетом приведенной жесткости, Ж=[E_gI_g+E_фI_ф]k_жk_n. Коэффициент k_τ определяют, как для дощатоклееных балок:

(9.13)

h¹_ср– высота сечения между осями пояса по середине пролета.