Гринь Игорь Михайлович
Джан-Темиров Константин Емельянович
Гринь Владимир Игоревич
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА
И СИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ
*** 1990 ***
|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) КАРКАСЫ ЗДАНИЙ ИЗ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАСС
Каркасы зданий представляют собой пространственную конструкцию, состоящую из связанных между собой плоских систем (рис. 67). В каркасах одноэтажных зданий в поперечном направлении по рядам располагаются рамы, которые в зависимости от способа соединения между собой ригелей и стоек могут быть трех- и двух-шарнирными. Устойчивость плоских конструкций и их неизменяемость в продольном направлении обеспечиваются постановкой вертикальных связей по стойкам каркаса и поперечных связей в покрытиях (рис. 51). В многоэтажных зданиях стойки каркаса крепят к фундаментам жестко или шарнирно. Поперечной неизменяемости и жесткости достигают постановкой вертикальных связей в торцевых стенах и в промежутках между ними на расстоянии не более 30 м и созданием жестких покрытий и перекрытий с помощью поперечных связей и ограждающих конструкций (рис. 67, г). Если на верхних этажах средние стойки каркаса отсутствуют, несущие конструкции покрытия связывают с наружными стойками, образуя рамную систему с жесткими верхними узлами. Они могут быть созданы установкой подкосов, связывающих стойки и ригель (рис. 67, а), или другим способом [8; 12]. Продольная жесткость и неизменяемость каркаса обеспечиваются так же, как и в одноэтажных зданиях постановкой вертикальных связей, которые ставят в одном пролете между стойками (рис. 67, в), а при небольшом расстоянии между стойками — в двух пролетах (рис. 67, г). При выборе схемы каркаса здания учитывают технологические требования, возможности завода-изготовителя клееных деревянных конструкций, грузоподъемность и габариты транспортных средств по доставке конструкций к месту строительства. По возможности следует избегать стыков ригелей и стоек. При необходимости стыки стоек располагают вблизи узлов, а ригелей — между опорами. Компоновку узлов каркаса, сечения элементов и правила их расположения в каркасе, конструкцию и расположение стыков элементов принимают такими же, как для башен (см. 10.1, 10.2).Размещение связей и их крепление к несущим конструкциям приведено в 8.1. Ограждающие конструкции покрытий и стен проектируют облегченными из фанерных и асбестоцементных плит с деревянными ребрами или с применением пластмасс. Междуэтажные перекрытия выполняют в виде балочной клетки. При выборе ограждающих конструкций учитывают требования противопожарных норм проектирования по СНиП 2.01.02-85. Если клееная древесина по требованиям «диэлектричности» или химической стойкости не может быть применена, для конструкций каркаса здания используют конструкционные пластмассы — древесно-слоистые пластики и стеклопластики. Древесно-слоистые пластики применяют для несущих конструкций, поскольку их изготавливают в виде крупноразмерных листов длиной до 5,6 м и толщиной до 60 мм, из которых легко получить доски любой ширины, хорошо стыкуемые в узлах. Конструкционные стеклопластики различных марок обладают высокой прочностью, однако сортамент их очень ограничен. Возникают значительные трудности при стыковании листов и креплении элементов конструкций к трубам, необходимость применения стальных крепежных деталей в узлах, что не всегда допустимо по технологическим условиям. Кроме того, стоимость стеклопластиковых изделий значительно выше, чем из древеснослоистого пластика. Поэтому каркасы проектируют из древеснослоистого пластика и лишь в отдельных случаях применяют для стоек стеклопластиковые трубы. Схемы и размеры каркасных зданий зависят от технологических заданий, их компонуют по указаниям, приведенным для каркасов зданий из клееной древесины. Несущие элементы каркаса, работающие на сжатие, изгиб, сжатие с изгибом, проектируют составными, поскольку одиночные элементы, имея малые толщины, обладают незначительной жесткостью. Растянутые элементы выполняют одиночными. Для элементов каркаса применяют пластик ДСП-Б, имеющий большую прочность в продольном направлении листа, а для узловых соединений и в качестве настилов — пластик ДСП-В. Древесно-слоистые пластики имеют большую удельную дефор-мативность (отношение RE) и при расчете элементов на сжатие, изгиб и сжатие с изгибом сечения, как правило, назначают не по прочности, а по жесткости (1, ). В этом случае высокая прочность пластиков не используется. Рекомендуется использовать такие статические схемы, в которых усилия вызывали бы наименьшие деформации. В каркасах зданий применяют решетчатые конструкции (фермы, связи) таких схем, в которых раскосы (более длинные элементы) работают на растяжение, а распорки (стойки) — на сжатие. Их проектируют составного сечения с короткими или сплошными прокладками. Вертикальные стойки каркаса также составные. Узловые соединения элементов каркаса применяют в двух вариантах: 1-й вариант. Стойки каркаса, составленные из двух или более вертикальных досок, между которыми пропускают доски растянутых раскосов, а снаружи ставят горизонтальные доски стоек-распорок. Крепление осуществляют на болтах (рис. 68, а). 2-й вариант. Между досками стоек каркаса крепят болтами фасонки из пластика ДСП-В, к которым закрепляют стойки и раскосы из парных досок (рис. 68, б). Присоединение элементов решетки к стойкам каркаса в перпендикулярном направлении вызывает осложнения, поскольку требуется применение крепежных фасонных деталей из стали или из стеклопластика. Чаще всего горизонтальные элементы выполняют из стальных или стеклопластиковых тяжей. Крепление стоек каркаса к фундаментам аналогично креплению кленых деревянных стоек. На рис. 68, в приведен один из вариантов жесткого крепления стоек к фундаментам, а иа рис. 68, г — при шарнирном опирании, например стоек фахверка. При использовании для стоек каркаса стеклопластиковых труб узловые соединения можно выполнить только с помощью стальных стаканов с одной или двумя стенками, соединяемых фланцами. Схема конструктивного расчета каркасов зданий. При расчете многоэтажных зданий учитывают вертикальные нагрузки от веса покрытия, перекрытий, стенового ограждения и собственного веса элементов каркаса, а также временные нагрузки от снега, технологические — на междуэтажных перекрытиях и от подвесного оборудования, горизонтальные от ветра и технологические. При выполнении статического расчета каркас в поперечном направлении рассматривают как рамную или связевую систему, а в продольном — как связевую систему, воспринимающую только горизонтальные нагрузки. При определении усилий в рамах или вертикальных связевых фермах рекомендуется использовать ЭВМ. 1. По усилиям, полученным при статическом расчете, рассчитывают ригели, раскосы, стойки — распорки и стойки каркаса как отдельные элементы по формулам, приведенным в главе II, в зависимости от схемы и расчетных усилий. 2. Рассчитывают узловые соединения. При каркасе из клееной древесины по размерам раскосов проектируют подушки и проверяют необходимое число болтов, крепящих ригели в узлах по правилам, изложенным в главе III. Если болты не располагаются в стыке, их выносят за грань вертикальной стойки (рис. 67, д). Так же рассчитывают стыки стоек на действие растягивающего усилия. При каркасе из древесно-слоистого пластика выбирают (в зависимости от конструктивного решения элементов) вариант крепления решетки к вертикальным стойкам (рис. 68, а, б). Рассчитывают болтовые соединения решетки с вертикальными стойками по формулам (39), (40). Если болты, крепящие раскосы и ригели, в узлах не размещаются (рис. 68, а), увеличивают ширину элементов или принимают крепление по рис. 68, б. В узлах со стойками из стеклопластиковых труб раскосы крепят на стальных болтах, а их несущую способность определяют по формулам (41) для узлов со стальными прокладками. 3.Проектируют и рассчитывают крепление стоек каркаса к фундаментам по правилам, изложенным в 6.3, в зависимости от способа закрепления стоек и конструктивного решения опорного узла. Жесткое закрепление стоек из древесно-слоистого пластика выполняют с помощью анкерных болтов, которые крепят к стальным траверсам, укладываемым на боковые накладки (рис. 68, в). Накладки соединяют со стойками болтами, которые рассчитывают по формулам (39), (40). При шарнирном закреплении (рис. 68, г) крепежные элементы ставят конструктивно. Стойки из стеклопластиковых труб прикрепляют к фундаментам с помощью стальных башмаков, которые рассчитывают по СНиП П-23-81. Глава XI ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ 11.1.КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА Пневматические конструкции заводского изготовления легки и компактны в сложенном виде, легко перевозятся любым видом транспорта и возводятся в кратчайшие сроки без тяжелых вспомогательных приспособлений. Они обладают светопроницаемостью, «радиопрозрачностью» и сейсмостойкостью. Такими конструкциями перекрывают помещения больших объемов и площадей. Первоначальная их стоимость меньше стоимости сооружений, выполненных из жестких конструкций, однако эксплуатационные расходы на их содержание значительно выше. Учитывая эти свойства, пневматические строительные конструкции применяют для быстровозводимых временных, мобильных, складских и сельскохозяйственных, спортивных, выставочных, культурно-просветительных и других зданий. Они могут применяться как укрытия для зимнего строительства и опалубки при возведении железобетонных и сборке крупногабаритных конструкций, как нагружающие приспособления для испытания пространственных конструкций. Особенно эффективно их использование в отдаленных, малоосвоенных и сейсмических районах страны. Основные виды пневматических конструкций и их характеристики показаны на рис. 70. Выбор типа и формы пневматической конструкции зависит от назначения здания, требуемых габаритов, условий эксплуатации помещения, технико-экономических показателей и т. п. При этом следует учитывать, что воздухоопорные конструкции более чем в трое дешевле пневмокаркасных. Могут использоваться и другие виды и формы пневматических конструкций: воздухоопорные — тороидальные, оболочки вращения; воздухонесомые — в виде стоек, балок, рам. Применяются также комбинированные конструкции, обладающие одновременно свойствами воздухоопорных и воздухонесомых. В последнее время начали широко применяться тентовые покрытия, состоящие из тканевой оболочки, опирающейся на легкий стальной или деревянный каркас. Их используют для теплиц, оранжерей и ряда временных зданий производственного и социально-культурного назначения. Пневматические строительные конструкции состоят из воздухонепроницаемых оболочек, в которых поддерживается постоянное избыточное давление воздуха:ввоздухоопорных0,00025 —0,001 МПа; в пневмокаркасных — 0,05 — 1 МПа [3]. Изготавливают оболочки в основном из синтетических тканей, покрытых ка-учуками или полимерами, а также армированных пленок. Перечень материалов и их характеристики приведены в прил. 6, табл. 3 [23]. Сохранение формы и несущая способность пневматических конструкций обеспечиваются постоянно действующими напряжениями растяжения в оболочке, которые возникают от избыточного давления воздуха внутри оболочки. Пневматические конструкции являются предварительно напряженными. Рассчитывают пневматические конструкции по двум предельным состояниям: по несущей способности (прочности и устойчивости); по деформациям (сохранению положительной кривизны, складкообразованию и прогибам). При расчете учитывают невыгоднейшие сочетания нагрузок от снега и ветра и внутреннего давления воздуха. Для экономии ткани в процессе эксплуатации при достижении высоты снегового покрова на поверхности оболочки более 10 см рекомендуется снег удалять. Нагрузку от очень малого по сравнению с другими нагрузками собственного веса оболочек обычно не учитывают. При расчетах следует иметь в виду, что гибкие ткани и пленки могут работать только на растяжение и не способны воспринимать сжимающих и изгибающих усилий. Усилия в элементах воздухоопорных конструкций допускается определять по безмоментной теории по проектным размерам без учета изменения формы в результате деформаций материалов. Пневматические конструкции всех видов проверяют по прочности, соблюдая условие, чтобы максимальные растягивающие напряжения в сечениях оболочек от расчетных нагрузок не превышали расчетных сопротивлений ткани или пленки по основе (вдоль рулона) Roc или по утку (поперек рулона) RyT, измеряемых в мегапаскалях на метр. 11.2.ВОЗДУХООПОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ Воздухоопорные конструкции представляют собой незамкнутые пневмооболочки цилиндрической или сферической формы или их сочетания (рис. 70, а, б). Оболочки работают совместно с воздухом помещения, находящимся под избыточным давлением, величину которого устанавливают расчетом. Применяют в основном неутепленные оболочки. Для утепленных используют двухслойные ткани с эластичной теплоизоляцией или двухслойные оболочки. В комплекс воздухоопорного сооружения кроме оболочки входят воздухонагнетательная установка, поддерживающая форму и проектное положение оболочки, и шлюзы, через которые осуществляются вход и выход людей и транспортных средств [3]. Наиболее рациональны по изготовлению и эксплуатации сферические и цилиндрические воздухоопорные конструкции (рис. 71). Они просты при раскрое, в процессе изготовления и при устройстве и ремонте заводских и монтажных швов. Заводские швы бывают клеевые, клеепрошивные, прошивные и сварные. Клеевые швы применяют в малонапряжениых конструкциях, клеепрошивные — в оболочках из материалов высокой прочности. Прошивные швы менее герметичны и используются редко. Сварными швами соединяют пленки, изготовленные из термопластических материалов (рис. 72). Для удобства транспортирования оболочек их расчленяют на отдельные части с помощью монтажных швов: петельно-троссовых, катенарных, петлевых, накладных и застежек «молния» [3]. Воздухоопорные конструкции крепят к основанию с помощью лотков или труб, расположенных по периметру оболочки и заполняемых песком или водой. Более надежно и капитально крепление к винтовым (штопорным) металлическим анкерам (рис. 71) или к ленточным фундаментам. В последнем случае для более равномерной передачи растягивающих усилий на анкерные устройства в нижней части оболочки крепят силовые пояса. Крепление оболочек к основанию необходимо для сопротивления подъемной силе от избыточного давления, ветра и для создания герметизации опорного контура. Силовые пояса предназначены для сосредоточенной передачи анкерам распределенных растягивающих усилий, возникающих в оболочке. Они подразделяются на катенарные, кромочные, ленточные, сетчатые и другие пояса 13]. Катенарный пояс (рис. 71, б) надежен, не требует применения металла, но очень трудоемок при изготовлении. Наиболее распространены кромочные пояса с одиночной периметральной трубой (рис. 71, г) или с двойной (рис. 71, д). Для предотвращения резкого падения внутреннего давления воздуха в помещении воздухоопорные конструкции оснащают шлюзами или вращающимися дверьми (рис. 71, а). Шлюзы могут устраиваться как воздухоопорные, так и из жестких конструкций. Оболочки бывают полностью или частично светопрозрачными. 11.3.ПНЕВМОКАРКАСНЫЕ И ПНЕВМОПАНЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ К воздухонесомым относятся конструкции с включенными в них несущими элементами [3]. Несущие элементы пневмокаркас-ных конструкций (пневмобалки, стойки, арки, пневмопанели и т. п.) представляют собой замкнутые оболочки, которые состоят из высокопрочных тканей и внутренней резиновой камеры,заполненной воздухом при давлении 0,05 — 1 МПа. Их устанавливают с определенным шагом вдоль сооружения и соединяют с ограждающим тканевым тентом (рис. 74). Пневмопанельные сооружения собирают из одиночных панелей, имеющих многосекционную структуру сводчатой формы с круговым или ломаным очертанием. Эти конструкции обладают высокими теплозащитными свойствами, просты в эксплуатации и быстровозводимые. Их рекомендуется применять в отдаленных районах с суровыми климатическими условиями. Для предотвращения выхода из строя одного из пневмоэлементов покрытия при проколе внутренней камеры их устраивают с поперечными диафрагмами, которые разбивают пневмоэлементы на отдельные, не сообщающиеся отсеки. В помещениях с применением пневмокаркасных конструкций в отличие от воздухоопорных пневматических конструкций .сохраняется нормальное атмосферное давление. Силовые оболочки пневмоэлементов, выполняемые из прорезиненной ткани, собирают из отдельных кусков, соединяемых клеевыми швами внахлестку с прошивкой нитями. Пневмокаркасные и пневмопанельные конструкции можно рассчитывать и проектировать по указаниям, приведенным в [1; 23]. 11.4.СМЕШАННЫЕ И КОМБИНИРОВАННЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ Пневматические конструкции могут применяться в сочетании с другими жесткими или гибкими конструкциями. В тех случаях, когда небходимо улучшить или изменить внешний вид воздухоопорной оболочки или уменьшить напряжения в ткани, применяют систему разгружающих стальных или синтетических тросов, которые расчленяют оболочку на несколько объемов (рис. 70, г). В каждой из полученных оболочек радиус кривизны меньше, чем в первоначальной, а значит, и меньше напряжение в оболочке от внутреннего давления и внешних нагрузок. На расчленяющие оболочку тросы передается реактивное давление от примыкающих к нему частей оболочки. При сочетании воздухоопорных оболочек с жестким кольцом получают линзообразные конструкции (рис. 70, д). Жесткое кольцо, выполненное из металла или железобетона, опирается на колонны. Оболочки, закрепленные к кольцу, создают бесчердачное покрытие здания. При этом в двояковыпуклой линзообразной оболочке давление избыточное, в двояковогнутой — меньше атмосферного, а в перекрываемом здании обычное. В комбинированных конструкциях несущие элементы покрытия выполняют пневмокаркасными, покрываемыми сверху воздухоопорной оболочкой. Пневмокаркас рассчитывают на обычные внешние нагрузки. В период резкого повышения нагрузок (сильные ветры, снегопад) все покрытие превращают в воздухоопорную оболочку, работающую совместно с пневмокаркасом. В обычных условиях в помещении сохраняется нормальное атмосферное давление. Глава XII ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И КАПИТАЛЬНОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИИ 12.1.ЗАЩИТА КОНСТРУКЦИИ ОТ ВЛАЖНОСТИ И БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ Древесина, являясь гигроскопичным материалом, способна поглощать влагу и отдавать ее в воздушную среду. При этом происходят деформации разбухания и усушки, которые вызывают расстройство узлов конструкций, растрескивание элементов и их коробление, снижение прочности клеевых швов и т. п. При повышенной влажности (более 22 %) развиваются грибки, которые приводят к биологическому разрушению древесины. Увлажнение древесины снижает ее механические свойства. В зданиях и сооружениях при строительстве и эксплуатации возникает много источников увлажнения древесины: начальное и построечное, гидрогеологическое, or. атмосферных осадков, от эксплуатационной влаги помещений при мокрых технологических процессах, при неисправности трубопроводов, конденсационное и т. п. Для защиты древесины и древесных материалов от увлажнения предусматривают конструктивные меры и защитную обработку. Эти меры применяют при складировании, транспортировании и монтаже, а также эксплуатации. Конструктивные меры осуществляют во всех зданиях и сооружениях независимо от их назначения и срока службы. В тех случаях, когда конструктивными мерами не удается устранить увлажнение древесины, применяют химические меры поверхностной защиты от влаги или от биоразрушения. Покрытия с деревянными конструкциями проектируют только с наружным отводом атмосферных вод. Устройство парапетов и ендов запрещается. Не рекомендуется устраивать фонарные надстройки на крыше. При необходимости освещения или вентиляции широких зданий средний пролет выполняют более высоким с устройством окон или вентиляционных проемов в наружных стенах. Опорные части несущих конструкций при расположении их в гнездах каменных стен выполняют открытыми. Заделка наглухо запрещена (рис. 75, а). Задние стенки гнезд закрывают минеральным утеплителем. Несущую конструкцию изолируют от каменной стены гидроизоляционным материалом. Опорные узлы со стальными башмаками рекомендуется ставить на приставные колонны или пилястры (рис. 75, б). Изоляционные подкладки или подушки защищают от биоразрушения и изолируют гидроизоляционными материалами. Поверхность фундамента, на которую опирается деревянная конструкция, располагают выше пола не менее чем на 15 см, а при расположении его снаружи — не менее 50 см (рис. 77). Верхнюю поверхность подвесных перекрытий располагают ниже несущих конструкций не менее чем на 15 см. Поверхности клееных деревянных конструкций, эксплуатируемых как внутри помещений, так и на открытом воздухе, защищают влагозащитными укрывистыми или лакокрасочными покрытиями, состав которых подбирают в зависимости от условий эксплуатации по [17; 18]. Верхние и боковые поверхности клееных конструкций, находящиеся на открытом воздухе, защищают также козырьками из досок, пропитанных биозащитными составами, из кровельной стали, стеклопластика и т. п. Стыки между утепленными плитами и панелями утепляют и герметизируют (см. рис. 23). Ответственные части конструкций, места соприкасания древесины с металлом, камнем и бетоном, концы клееных элементов, находящихся на открытом воздухе, защищают бандажами и специальными составами по [18]. Для защиты от биоразрушения применяют различные составы антисептиков, которые подбирают в зависимости от вида конструкции и условия ее эксплуатации по [17; 18]. Неклееные конструкции защищают от биоразрушения обязательно при относительной влажности воздуха более 60 %, а также в том случае, если в процессе эксплуатации они могут увлажняться. Рекомендации по защите древесины конструкций от увлажнения и биоразрушения приводятся на рабочих чертежах проекта. Данные по защите некоторых конструкций от увлажнения и биоповреждения приведены в прил. 13. 12.2.ЗАЩИТА КОНСТРУКЦИЙ ОТ ВОЗГОРАНИЯ Различают две фазы горения древесины: первая — пламенное горение, когда газообразные продукты сгорают в воздухе, и вторая— тление угля на поверхности элементов. Скорость обугливания древесины зависит от количества поступающего кислорода воздуха, Рис. 78. Обугливание прямоугольного деревянного элемента формы и размеров поперечного сечения элементов, породы и влажности древесины и других факторов. Предел огнестойкости конструкций характеризуется временем в часах с начала теплового воздействия до появления одного из признаков предельного состояния по огнестойкости . Здания и сооружения по огнестойкости подразделяются на пять степеней, которые определяются по пределам огнестойкости основных строительных конструкций и пределам распространения огня, то есть характером и размерами повреждений конструкций вследствие их горения. Чем выше предел огнестойкости и меньше предел распространения огня, тем выше степень огнестойкосги. Для зданий I степени огнестойкости требуется применять наиболее огнестойкие конструкции, а для зданий V степени — пределы огнестойкости и распространения огня не нормируются [19]. Деревянные клееные балки, фермы, арки, рамы и стойки зданий и сооружений II степени огнестойкости с производствами категорий Г, Д и Е применяют без огнезащитной обработки, а в общественных, производственных и складских с производствами категории В—с защитной обработкой. Ограждающие конструкции для тех же категорий допускается применять при условии глубокой пропитки антипиренами. В зданиях категорий А, Б деревянные конструкции использовать не разрешается. Пределы огнестойкости основных деревянных конструкций одноэтажных производственных зданий и сооружений и зданий социально-культурного назначения принимают согласно [34], ч: для стоек — 2; наружных стен из навесных панелей, а также плит, настилов и прогонов покрытий — 0,5; балок, арок, рам и ферм — 0,75; внутренних несущих стен (перегородок) — 0,25. Для этих конструкций пределы распространения огня не устанавливаются. Пожарная безопасность деревянных конструкций может быть повышена конструктивными и химическими способами. Конструктивные способы заключаются в создании таких решений, при которых преграждается распространение огня, а предел огнестойкости повышается, например устройство противопожарных преград в виде брандмауэрных стен, несгораемых зон или преград в покрытиях и перекрытиях, установка несгораемых диафрагм в покрытиях, площадь между которыми принимают не более 54 м2, заполнение пустот несущих конструкций (фанерных балок коробчатого сечения) минераловатными материалами, разделок дымоходов, увеличение сечений деревянных клееных элементов и т. п. С помощью химических мер огнезащиты понижается возгораемость древесины. К ним относятся: пропитка или обработка древесины антипиренами, огнезащитными красками, защита штукатуркой или листовыми несгораемыми материалами. В металлодеревянных конструкциях при повышении температуры незащищенный металл прогревается и теряет свою несущую способность раньше древесины. Такие конструкции имеют предел огнестойкости в среднем 0,25 ч и для его повышения металлические крепежные детали (болты, профили и т. п.) защищают деревянными элементами или несгораемыми материалами. |
