Компоновка и изготовления узлов деревянных конструкций на стальных вклеенных пластинах

Размещено на http://www.allbest.ru/

7

Компоновка и изготовление узлов деревянных конструкций на стальных вклеенных пластинах, работающих на выдергивание и изгиб

Соболев М.М.,

Руднев И.В.,

Молчанов И.В.,

Дмитриев А.А.

Оренбургский государственный университет

В настоящее время в Российской Федерации уделяется особенное внимание строительству зданий из древесины. Не отстает от Российских трендов и строительная отрасль Оренбургской области. Мощным стимулом для развития деревянного домостроения станут государственная поддержка и совершенствование нормативно-технической базы, о чем заявлено на уровне министерства. В связи с этим перед проектировщиками и технологами в области деревянных конструкций стоит задача усовершенствования, в том числе, узловых соединений деревянных конструкций.

Предложенные на кафедре СК Оренбургского государственного университета узловые соединения элементов деревянных конструкций на стальных вклеенных пластинах [1, 2] обладают необходимой несущей способностью и могут быть использованы при изготовлении несущих конструкций, работающих на растяжение сжатие и изгиб. Рассматриваемый тип соединений элементов деревянных конструкций на стальных вклеенных пластинах может применяться в конструкциях из цельной и клееной древесины, эксплуатируемых в условиях, соответствующих классам 1 и 2 согласно классификации, приведенной в таблице 1 [3]. При дополнительном проведении исследований на температурно-влажностные воздействия область применения предложенного типа соединений может быть расширена. Ниже приведены особенности компоновки и изготовления соединений такого рода.

При конструировании узловых соединений деревянных конструкций на стальных вклеенных пластинах следует руководствоваться требованиями, действующими при проектировании деревянных и стальных конструкций [3, 4]. Защиту деревянных элементов узлов от биоповреждения, увлажнения и возгорания, стальных деталей от коррозии необходимо выполнять в соответствии с требованиями СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии» [5]. Также следует учитывать требования «Руководства по обеспечению долговечности деревянных клееных конструкций при воздействии на них микроклимата зданий различного назначения и атмосферных факторов» для обеспечения долговечности деревянных конструкций в целом. Соединяемые деревянные элементы могут быть изготовлены как из брусьев или бревен цельного сечения, так и из клееных заготовок, качество которых соответствует ГОСТ 8486 «Пиломатериалы хвойных пород. Техниче-ские условия», ГОСТ 9463 «Лесоматериалы хвойных пород. Технические условия», ГОСТ 20850 «Конструкции деревянные клеенные. Общие техниче-ские условия, ГОСТ 24454 «Пиломатериалы хвойных пород. Размеры». Влажность древесины на момент изготовления соединений должна находится в пределах 8 - 14 %.

В качестве материала вклеиваемых пластин рекомендуется применять сталь Ст3 обыкновенного качества группы поставки «А» с различной степенью раскисления и пределом текучести не менее 220 МПа. Пластины изготавливать из полосового горячекатаного проката по ГОСТ 103-2006 «Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой». При применение пластин с размерами, не предусмотренными указанным стандартом, допускается их изготовление из листового проката по ГОСТ 14637 «Прокат тонколистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия» путем гильотинной рубки с дополнительной обработкой кромок при необходимости. Применение марки стали с более высоким пределом текучести нецелесообразно, так как в этом случае не полностью используются прочностные свойства стали. Для вклеивания пластин рекомендуется применять клеи на базе эпоксидной смолы ЭД20 с наполнителем - молотым песком (маршалитом) или цементом.

Вклеенные пластины из стали могут быть использованы в тех же конструкциях, в которых применяются нагельные соединения, соединения на МЗП и гвоздях, а также при усилении конструкций, в том числе с заменой отдельных деревянных элементов. Конструктивно стыки двух или нескольких деревянных элементов с вклеенными стальными пластинами могут быть разъемными или неразъемными.

Рисунок 1 - Варианты конструктивного решения разъемных узлов с применением стальных вклеенных пластин

В разъемных стыках (рисунок 1) в качестве соединительных элементов выступают как вклеенные пластины, так и другие типы соединений в различных сочетаниях. Разъемность стыка, как правило, обеспечивается болтовым соединением, с болтами, работающим на срез со смятием или растяжение.

Для устройства болтового соединения к вклеиваемым пластинам приваривают дополнительные стальные элементы (пластины, уголки, швеллера и т.п.). Несущую способность такого стыка необходимо оценивать по прочности и жесткости каждого из соединительных элементов.

В неразъемных стыках (рисунок 2) основной соединительной деталью является вклеенная в соединяемые деревянные элементы стальная пластина, а несущую способность соединения оценивают по несущей способности самой пластины и клеевого соединения пластины с древесиной.

Рисунок 2 - Варианты конструктивного решения неразъемных узлов с применением стальных вклеенных пластин

При конструировании рассматриваемого класса соединений необходимо руководствоваться следующими указаниями.

Ширина вклеиваемой пластины b должна приниматься не менее 40мм и не более 100мм. Минимальная ширина определена из условия конструирования соединения и обеспечения требуемой прочности пластин при их ослаблении отверстиями под соединительные болты, максимальная - из условия минимизации влияния температурно-влажностных факторов на надежность работы узла, в котором присутствуют материалы с различными коэффициентами температурно-влажностного расширения. Кроме этого из условия компоновки симметричного соединения ширина пластины b не должна превышать 1/3 размера поперечного сечения деревянного элемента, параллельному глубине выбираемого паза.

Толщину пластины t_пл назначают в диапазоне от 4мм до 10мм. Этот параметр ограничивается, с одной стороны, необходимостью выполнять механическую обработку поверхностей пластин на глубину до 1 мм, с другой стороны - возможностями гильотинной рубки металла.

Длина вклеиваемой части пластины l назначается по расчету, но не менее 2b и не более 8b, что обусловлено реальными значениями расчетных усилий в элементах конструкций, обеспечением качества вклейки пластины в массив древесины и с неравномерным распределением нормальных и касательных напряжений по длине вклеенной части (при увеличении длины вклейки более 8b несущая способность соединения практически не изменяется). Кроме этого минимальная длина вклейки продиктована требованиями надежности. Последнее имеет целью ограничить степень влияния сортообразующих пороков (сучков, косослоя и т.п.) на прочность соединений.

а - с одной пластиной; б - с двумя пластинами; в - с четырьмя пластинами; г - с шестью пластинами; д - с восьмью пластинами

Рисунок 3 - Варианты компоновки поперечного сечения соединяемых деревянных элементов.

Ширина паза для вклеивания пластин должна быть на 4 мм больше толщины самой пластины t_пл . Толщина клеевой прослойки в 2 мм позволяет избежать возможного непроклея, обеспечивает как оптимальное сочетание прочности соединения и расхода клеевой композиции, так и выполнение ей функции демпфера при изменении температурно-влажностных условий эксплуатации. Длину паза принимают равной длине вклеиваемой части пластины.

Расстояние между осями пластин по ширине бруса (поперек волокон) (рисунок 5.3) должно приниматься:

При таких расстояниях практически исключается взаимное влияние пластин на напряжения, действующие в массиве древесины.

В одном узловом соединении необходимо применять пластины одинакового поперечного сечения. Эта рекомендация имеет целью исключить перераспределение нагрузки между параллельно работающими пластинами вследствие различий их жесткостных характеристик.

При компоновке узлового соединения необходимо обеспечивать симметричное распределение пластин по сечению, за счет чего достигается равномерная передача растягивающих усилий в стыке, при этом количество пластин в одном узле принимают не менее двух и не более восьми. Ограничение числа пластин введено с целью предотвращения возможной существенной неравномерности их загрузки как параллельно работающих связей.

конструкция древесина сталь пластина

Список литературы

1. Руднев, И.В. Выдергивание стальных пластин, вклеенных в древесину. Аналитический расчет и эксперимент / И.В. Руднев, В.И. Жаданов // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. - Чебоксары. - 2015. - №3. - с. 9-18.

2. Руднев И.В. Методика расчета соединений элементов деревянных конструкций на стальных вклеенных пластинах / И.В. Руднев, В.И. Жаданов // Вестник Оренбургского государственного университета. - Оренбург. - 2015. - №5. - с. 182 - 191.

3. СП 64.13330.2011. Деревянные конструкции. Актуализированная версия СНиП II-25-80. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко - институт ОАО «НИЦ «Строительство». - М.: 2011. - 87 с.

4. СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81* / Министерство регионального развития РФ. - М: 2017. - 173 с.

5. СП 28.13330.2012. Защита строительных конструкций от коррозии. Актуаплизированная редакция СНиП 2.03.11-85 / Министерство регионального развития РФ. - М: ФАУ «ФЦС», 2012. - 93 с.

Размещено на Allbest.ru