2.2. Кружально-сітчаті склепіння.

Загальні відомості. Кружально-сітчасте склепіння (рис.4, 5) це просторова конструкція, яка складається з одинарних, поставлених на ребро стандартних елементів-косяків, що йдуть по двох перехресних напрямках і утворюють ламані гвинтовій лінії.

Рис. ІХ.4. Кругло-сітчасте склепіння з вузлами на болтах, покриття над спортивним залом в м.Барвих (Московська область)

Міцність і надійність склепіння визначають середньою міцністю багатьох елементів, та впливу якості деревини окремих елементів має менше значення, ніж у площинних конструкціях.

Побудовані дерев’яні кружально-сітчасті склепіння і куполи довели свою надійність і довговічність тривалою експлуатацією і знаходить широке застосування, а їх прольоти стають все більшими та більшими.

Кружально-сітчасті склепіння в поперечному перерізі мають зовні круговий або правильне багатокутній вигляд. У першому випадку верхня межа косяків має близьке до кругового еліптичного виду, а в другому - ламане. Розпір покриттів сприймається або металевими затяжками, або безпосереднім опиранням на опори.

Характерними особливостями всіх кружально-сітчастих покриттів є:

1) уніфікація форми і розмірів косяків, що дає можливість заготовляти їх заводським способом, що повністю відповідає сучасним вимогам індустріалізації і стандартизації будівництва;

2) транспортна стабільність елементів при їх перевезеннях;

3) простота і швидкість збірки конструкції;

4) можливість і необхідність влаштування покрівельного настилу безпосередньо по несучої конструкції (без прогонів і кроквяних ніг).

У залежності від способу вузлового кріплення косяки розрізняють два конструктивних варіанта кругло-сітчастих склепінь: 1) з вузлами на шипах; 2) з металевих в’язей у вузлах. Обидва варіанти можна зробити з косяків цілого перетину, який обмежено розмірами сортаменту пиломатеріалів, дозволяють застосовувати склепіння з прольотом не більше 20 м, або з клеєфанерних косяків, які дають можливість перекривати значно більші прольоти (до 100 м).

У конструкції покриттів всіх систем (див. рис. IX.5) розрізняють три типи вузлів: основні (середні); опорні, в яких косяки з'єднуються з пастельними брусами, і торцеві , в яких косяки з'єднуються з торцевою аркою. Основні вузли сітки утворюються з трьох косяків, один з яких є просторовий і проходить через вузол, не перериваючись, а два інших косяка з’єднаються до наскрізного косяка.

Конструкція кругло-сітчастих склепінь (системи С. І. Песильника) з вузлами на шипах. Склепіння з цієї системи виготовляють з косяків цілого перерізу, які мають на кінцях шипи , а посередині наскрізне гніздо. У кожному вузлі сітки сполучаються три косяка, з яких два які накладаються один на одного косяка входять з обох сторін своїми шипами в гніздо наскрізного косяка. У кругло-сітчастому склепінні з вузлами на шипах застосовують сітку як прямокутну , так і косокутну з кутом φ= 45 °.

Верхня кромка косяка може бути криволінійного (еліптична або наближається до кругового) описана з двома або з одним переломом за описаного або вписаного в коло правильного багатокутника (див. рис. ІХ.10). Косяк з двома переломами має більшу твердість, меншу довжину прорізу і дає менше відходів при виготовленні, ніж косяк з одним переломом.

Осі наскрізного гнізда для шипів розташовуються відповідально посередині довжини і висоти косяка. Форма гнізда прямокутна. Висоту гнізда, а отже, і шипа як зазвичай приймають 1/4 висоті косяка (h_к). Для зручності монтаж склепіння, який ведуть від опор до палей,рекомендується розраховувати вузол так (див. рис. ІХ.5), щоб шип вище лежачого накладався в гніздо над шипом

нижнього косяка. Таке рішення потребує також необхідністю забезпечити в гнізді взаємний упор накладаючи косяків для відновлення та прийняття однієї з діючих у вузлі сил, спрямованої нормально до їх осі (рис. ІХ.6).

Косяки в зведенні крім поздовжньої сили стиснення і згинального моменту сприймають поперечні сили (див. рис. ІХ.21), які передаються таким чином, що викликають небезпека розколювання косяків. Чим більше довжина косяка, тим менше поперечна сила, яка викликає небезпеку. Рекомендується приймати l_k/h_k≥13. Товщина косяка b повинна бути не менше 2,5 см, а h_k/b_k <4,5.

Кінці косяків прямокутного склепіння мають більш просту форму, а тому простіші у виготовленні. Однак при однаковому кроці с з косяки в прямокутній сітці виходять меншою довжиною, ніж у косокутної, що в багатьох випадках не дозволяє забезпечити рекомендоване відношення l_k/h_k≥13; тим самим утворюється небезпека руйнування косяків від коливання. Тому склепіння з прямокутною сіткою застосовують для прогонів не більше 12 м, а при великих прольотах слід використовувати косокутну сітку.

Рис. ІХ.5. Безметалеве кругло-сітчасте склепіння, системи Песильника з косокутної сітки.

Вузлове з'єднання може бути вирішено подвійно - з ексцентриситетом (рис. IX.6, а) і без нього (рис. ІХ.6, б). У вузла з ексцентриситетом шипи в гнізді розташовані так, що вони взаємно впираються лише своїми нижніми ребрами, які мають сприйняти таким чином одну зі складових сил, врівноважити вузол (див. рис. ІХ.20). Це можливо тільки тоді, коли ребра сильно зімнуться і утворюється майданчик зминання, достатнього для сприйняття чинного зусилля, що збільшую деформацію склепіння.

У вузлі без ексцентриситету площа для взаємного опору шипів у гнізді забезпечена. Осі накладаючи косяків майже збігаються. Додаткові деформації у вузлах відсутні. У центрованому вузлі не виникає додаткового згинального моменту в напрямків найменшого моменту інерції косяка від повздовжніх зусиль у накладаючи косяках. Незважаючи на те, що в не центрованому вузлі форма шипів дещо простіша, і їх легше виготовити, ніж в центрованої, належне слід віддати останньому.

Від значення кроку сітки c у здовж твірної склепіння і кроку Δ_s вздовж дуги його поперечного перерізу залежить вся геометрія скрипіння. У косокутної сітці, де кут між косяками може бути узятий у відповідних межах (35-50 °), слід приймати c і Δ_s таким чином, щоб довжина твірної склепіння В (у чистоті) була кратною кроку с, а довжина дуги Δ_д поперечного перерізу склепіння була кратна кроку Δ_s. Це забезпечує стандартність опорних вузлів з однієї й іншої сторони склепіння, а також стандартність торцових вузлів. У прямокутній сітці ці умови виконати повністю неможливо і приходиться обмежуватися виборам тільки одного параметра Δ_s або c , так як вони зв’язані між собою стабільним (прямим) кутом при задані значеннях прольоту (l) і стріли (f) склепіння.

Від величини кроку с також залежить значення зусиль, які сприймають косяки. За інших рівних умовах чим більше с, тим значно більший згинальний момент і нормальна сила, яка сприймається косяками, і тим більше згинальний момент у елемента покрівлі, для яких с є розрахунковим значенням прольоту. Виходячи з цих міркувань для склепінь з прольотами до 20 м рекомендується призначати с= 0,8 ... 1,5 м.

При стандартному рішенні опорних вузлів два косяка своїми кінцями входять в спеціальне гніздо, вирізане в опорному брусі, і прикріпляється до нього цвяхами. Скошені торці косяків передають на основу гнізда максимальну нормальну силу, що виникає в опорних перетинах склепіння, що вимагає особливої ​​перевірки гнізда опорного бруса на зминання поперек волокон (рис. IX.7). У торцях склепіння з’єднання двох або трьох шарової круглої арки.

Загальна кількість косяків різних типів, включаючи по контуру склепіння , при їх стандартному з’єднані до торців в косокутної сітці рівно - семи, а в прямокутній сітці - шести.

Рис. IX.7.Прилягання косяків до торцевої арки. План-розгордка.

Кругло-сітчасті склепіння з вузлів на болтах. У склепінні цієї системи косяки в основних (середніх) вузлах з’єднаються між собою болтами, що працюють на розтяг (рис. ІХ.8 і ІХ.9). При цьому накладені косяки з’єднуються до наскрізного одвірка поблизу середини його довжини з деяким зміщенням s. Зсув повий бути мінімальним і вибирають його так, щоб отвори для болтів на кінцях косяків перебували не скошеноі торцевої поверхності останніх.

У звичайних конструкціях , де кут α між косяками і утвореного склепіння не менше 67 °, мінімальний зміщення s = 2b+30 мм, де b - товщина косяка. Вісь болта проходить через центр вузла, що співпадає з серединою наскрізного косяка.

Косяки мають на кінцях круглі отвори, розмір яких дорівнює діаметру болтів плюс 4 мм, а посередині довгастий отвір такої ж ширини. Довжину l₁ отвора вибирають так, щоб болт міг вільно пройти через нього потрібним кутом (рис. IX. 10). При висоті h_к косяка більше 22 см. і при висоті h₁ торця косяка більше 18 см рекомендується ставити два вузлові болта замість одного. В цьому випадку осі болтів ділять висоту торця косяка h₁ на три приблизно рівних частини.

Рис. IX.8 Кругло-сітчасте склепіння прольотом 14,7м. з вузлами на болтах

Опорний вузол утворюється з основного середнього вузла розрізом останнього по осі О-О (відображення половини основного вузла показана на рис. IX.7 пунктиром). Косяки в опорних вузлах врубують в настінні бруси. Глибина врізання зазвичай буває не менше 10 см. Опорні косяки з'єднують з настільними брусами цвяхами і прижимними клиноподібними брусками, склопластиковими болтами або глухарями діаметром 12-16 мм (див. рис. 1Х.8).

Рис. IX. 10. Типи косяків суцільного перерізу

Рис. ІХ.9. Косяки склепіння з вузлами на болтах (див. рис. IX.8)

Торцевий вузол (див. рис. ІХ.8) утворюється також з основного середнього вузла розрізом останнього по осі А-А (відкинута половина основного вузла показана на рис. ІХ.8 пунктиром). Торцеві косяки з'єднують з фронтоном арки болтами.З чотирьох вузлів покриття (рис. IX. 11) два вузли, розташованих по одній діагоналі прямокутного плана покриття з кінцями косяків, зміщених всередину від осьової фронтоном лінії А-А (рис. IX. 11, а), конструюють з вставкою клину, аналогічно нормальному опорному вузлу. Два інших кутових вузла, розташований з іншого діагоналі плану покрита (рис. IX. 11, б) і зміщених назовні від осьової фронтоном лінії А-А, являють собою проміжну конструкцію між опорними і торцевим вузлами і утворюються косяками № 5.

При проектуванні сітки склепіння для прольотів до 20 м рекомендується призначати постійний крок косяків с (див. мал. ІХ.8) розміром 0,8-1,5 м. Кут φ (див. рис. IX.8) між косяками беруть З0- 50 °, а кут а між нижніми ребрами косяків і утворює склепіння - 75-65 °.

Сітка кругло-сітчастого склепіння з вузловими з’єднаними на болтах складається з косяків шести різних типів (див. рис. ІХ.9). З них два косяка № 1 правий і лівий є основними, а решта - похідними від даних косяків. На відміну від кругло-сітчастого склепіння з вузловим з'єднаннями на шипах у зведенні з вузловими з’єднаннями на болтах косяки є простіші в виготовленні, і при складанні вони не вимагають закручування.

Склепіння з поданих клеєфанерних косяків¹. Застосування клеєфанерних косяків з вузлами на шипах (рис. ІХ.12) дозволяє перекривати кругло-сітчастим склепіннями великі прольоти при порівняно невеликій власній вазі конструкцій.

Наявність фанерної стінки у косяків усуває опасність їх разрива поперек волокон, а складна форма шипа спрощується виготовленням клеєфанерних косяків криво подібних (гвинтоподібних) форм (рис. IX.12, а), що виключає необхідність закручування косяка при складанні склепінні. Кут повороту ϴ торцевих перетинів по відношенню до перерізу в середині довжини косяка визначають за формулою:

tg α=cosαtgΔβ,

де Δβ- центральний кут стягуючої дуги, рівний Δ_s/2.

Косяки мають коробчастий перетин і складаються з поясів зроблених з дощок товщиною 33 мм і ребер жорсткості, що служать для додання фанерним стінкам достатньої стійкості. На кінцях і посередині косяки мають суцільний переріз. Стики листів фанери перекривають накладками на клею. Рішення основного вузла склепіння з клеєфанерних косяків і розкладання повздовжніх сил у вузлі показань на рис. IX. 12. Конструкцій і розрахунок складених косяків аналогічний є складеним балкам з фанерною стінкою.

Клеєфанерні косяки варіанту зі сталевих деталей в кругло-сітчастому склепінні з безшарнірними вузлами² виготовляються прямолінійно криволінійної форми (рис. IX. 13) з таким розрахунком, щоб кінці накладаючи косяків розташовувалися трох вище наскрізного косяка (рис. IX. 14) і працювали не тільки на стиск, але і на розтяг від згину.

Різниця у висоті розташування осей косяків у вузлі рівна величині стрілки f₀ (рис. IX. 15) дуги поперечного перерізу склепіння , відповідної відстані між двома суміжними вузлами сітки уздовж напрямного склепіння і стягуючого центрального кута, який рівний 2Δβ . Зручніше приймати висоту поясів коробчастого косяка рівну f₀ (рис. ІХ.15). При такому рішенні накладаючи косяки у вузлах перетину один одним нормального зусилля стиску безпосередньо упором торець в торець, а не в бічну грань наскрізного косяка поперек волокон, як у звичайних кругло-сітчастих конструкціях. Для пропуску торців нижнього пояса накладаючи косяків у наскрізних косяках посередині їх довжини у фанерних стінах над нижнім поясом вирізають відповідних розмірів і форми отвори (див. рис. ІХ.14).

в спеціально вирізаних в торцях косяків. При такому вирішені вузлового з'єднання косякам створюється можливість повноцінного сприйняття у вузлах накладаючи косяками згинальних моментів нарівні з наскрізними косяками. Крім того, натяжним болтовим елементом зварної деталі забезпечується щільність вузлового з'єднання, що виключає рихлі деформації.

Рис. ІХ.11. Кутові вузли