Расчет несущих конструкций панельных домов при использовании новых строительных материалов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СТРОИТЕЛЬСТВО

РАСЧЕТ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПАНЕЛЬНЫХ ДОМОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В.И. ЗАПРУДНОВ, зав. каф. геодезии и строительного дела МГУЛ, проф., докт. техн. наук

Методика расчета элементов деревянных домов разработана в развитие требований главы СНиП II-25-95 по проектированию деревянных конструкций и учитывает специфические особенности работы панельных конструкций и других несущих элементов деревянных домов с применением комбинированных балок, древесных плит и других материалов на силовые воздействия. Под силовыми воздействиями подразумевается не только непосредственное действие нагрузок, но и изменения температуры и влажности конструкций.

Гибкость панелей стен (Я) в вертикальной плоскости, работающих на сжатие, не должна превышать величин: 120 - для несущих, 150 - для не несущих, 200 - для перегородок.

Предельные прогибы (f ) конструкций, работающих на изгиб, не должны превышать: 1/300 - для ферм, 1/200 - для стропильных ног, 1/250 - для панельных перекрытий. Прогибы панелей стен допускается не проверять.

Панели с каркасом из комбинированных балок и комбинированные балки должны рассчитываться на влажностные воздействия. Влажностные напряжения и деформации возникают в результате различия в физико-механических свойствах материалов поясов из древесины и материалов стенок. В расчетах коэффициенты влажностного расширения (Р) на 1 % влажности должны приниматься следующими: 0,00018 - для древесины вдоль волокон; 0,00245 - для древесины поперек волокон; 0,00028 - для фанеры вдоль волокон наружных слоев шпона; 0,00027 - для древесноволокнистых плит сухого способа производства (ДВПс).

Несущие элементы конструкции деревянных домов должны удовлетворять в течение всего расчетного срока службы, а также при их монтаже условиям расчета по двум группам предельных состояний: первая группа - по потере несущей способности; вторая группа - по достижении допустимых деформаций.

Расчетом по первой группе предельных состояний следует проверять все несущие конструкции дома, их элементы и стыковые соединения для предотвращения разрушений под воздействием силовых нагрузок в процессе транспортирования, строительства и эксплуатации дома в течение расчетного срока.

Расчетом по второй группе предельных состояний следует проверять перекрытия, стропила и другие изгибаемые элементы, а также стены для ограничения взаимных смещений при действии вертикальных нагрузок и других воздействий.

Расчет панелей перекрытий. Расчет панелей перекрытий с каркасом из комбинированных балок (рис. 1.) и обшивками из древесных плит или фанеры производится в следующем порядке.

Определяется приведенная ширина об-

шивки

где b

k

и

b = kb, (1)

пр и ’ 4 7

ширина обшивки;

- коэффициент неравномерности распределения напряжений по ширине конструкции при изгибе

k

и

5(па)2 +16/2 12(па)2 +16/2

(2)

где a - расстояние между продольными ребрами; / - длина конструкции, п = 3,142.

Определяется приведенный статический момент сечения относительно нижней плоскости I - I (рис. 1)

S = E(S + К S б ), (3)

пр 4 д пр обш7 ’ 47

где S и S - статические моменты сечения элементов из древесины и древесных плит; Кпр - коэффициент приведения материалов. Определяется как отношение модулей упругости материала древесных плит или фанеры (£обш) и древесины (£), т.е.

К = Е / Е . (4)

пр обш д

Определяется приведенная площадь сечения панели

F = E(F + К F6 ), (5)

пр д пр обш

где F^^ и F^ - площади поперечного сечения элементов из древесины и древесных плит. Определяется положение нейтральной оси сечения

y=^ / FuP; У2=h - л. (6)

Приведенный момент инерции сечения панели относительно нейтральной оси 0 - 0 (рис. 1) I = E[(I + К I, ) + I co + IK co], (7)

пр д пр обш др общ

где (1д + Кпр1обш) - момент инерции элементов из древесины и древесных плит относительно нейтральной оси 0 - 0;

I c o, I, co - то же, но относительно собствен-

др обш

ных осей.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2007

81

СТРОИТЕЛЬСТВО

1 2 3 5 4 5

Рис. 1. Поперечное сечение панели с каркасом из комбинированных балок и обшивками из древесных плит: 1 - обшивка из ДСП, 2 - обшивка из ДВПс, 3 - продольные ребра из комбинированных балок, 4 -утеплитель из минераловатных плит или пенопласта, 5 - стенки балок из фанеры или ДВПс

Собственные моменты инерции обшивок /обшс° допускается не учитывать как относительно малые величины.

Проверяется прочность панели по нормальным напряжениям:

а) растянутой обшивки

(му, / У < (8)

где М - расчетный изгибающий момент. Определяется по СНиП II-6-84 и схемы воздействия нагрузок исходя из конструкции здания; Rp обш - расчетное сопротивление растяжению обшивки;

тобш - коэффициент, учитывающий прочность соединении обшивок из древесных длит. Определяется из отношения прочностей сращенной обшивки (сср) к цельной (с) при растяжении, т.е.

m , = с / с = 0,6; (9)

б) сжатой обшивки

(Му2 / у < 0°)

где Rc обш - расчетное сопротивление сжатию обшивки.

Устойчивость сжатой обшивки из древесных плит проверяется по формулам

(МУ2 / Фобш/пр) < ^.обШ (11)

где фобш - коэффициент продольного изгиба, определяется из выражений: для ДВПс и ДСП

фобш = 72° / X2 при X = а / 5 > 38; (12)

фобш = ^ - (X2 / 290°) при X = а / 5 < 38; (13) для ЦСП

фобш = 1800 / X2 при X = а / 5 > 60; (14)

фобш =Ш1 - (X2 / 7300) при X = а / 5 < 60; (15) для МДП

фобш = 1500 / X2 при X = а / 5 > 55; (16)

фобш = 1 - (X2 / 6000) при X = а / 5 < 55. (17)

Проверяются обшивки на скалывание в соединениях с ребрами каркаса по формуле

(QS / Vd) < R^, (18)

где Q - расчетная поперечная сила;

S - статический момент сдвигаемой части приведенного сечения относительно нейтральной оси 0 - 0;

R - расчетное сопротивление скалыванию по материалу обшивки; n - количество ребер; d - толщина ребра.

Проверяется прогиб панели на действие нормативных нагрузок (qn) по условию

f < f

пр

(19)

где f - прогиб панели, определяемый по формулам:

для равномерно распределенной нагрузки

f =

5Чн • 14

384• 0,6E • I

' д пр

(20)

где 0,6Ед1пр - жесткость сечения с обшивками из древесных плит (ДСП, ДВПс, ЦСП, МДП); для линейной нагрузки, распределенной по ширине панели

А

f=

48 • E • I

др пр

^ 3_x3- 4x_3^ l l3

(21)

V 4 /

где х - расстояние от опоры до точки приложения силы Р;

f - предельный прогиб, принимаемый по

СНиП П-25-95.

Расчет панельных конструкций на податливых связях выполняется аналогично расчету клееных панелей с тем различием, что при проверке на прочность по нормальным напряжениям и деформациям моменты сопротивления и инерции на податливых связях поперечного сечения следует принимать с учетом коэффициентов податливости соединений (Kw, KJ), представленных в таблице.

Расчет на сжатие панелей стен. Особенностью работы панелей стен с обшивками из древесных плит (рис. 2) является то обстоятельство, что основную нагрузку несет деревянный каркас, а обшивки придают жесткость всей конструкции и совместно с деревянным каркасом воспринимают часть общей нагрузки.

Расчет панелей стен на центральное и вне-центренное сжатие выполняется в соответствии с главами СНиП П-25-95 и СНиП П-6-84. Панели внутренних стен и перегородок рекомендуется рассчитывать на центральное, а панели наружных стен - внецентренное сжатие.

Расчет клееных панелей следует производить в следующем порядке.

Определяется приведенная ширина обшивки (22).

82

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2007

СТРОИТЕЛЬСТВО

Таблица

Коэффициенты податливости соединений (Kw и KJ)

Обозначение Расстояние меж- Длина Значения коэффициентов Kw,n К для расчета панелей на податливых

коэффициентов ду ребрами, мм панели, мм связях с обшивками из древесных плит ДВПс, ДСПк, ДСПф, ЦСП, МДП

2500 0,58

400 3600 0,64

К w 4800 0,70

2500 0,53

600 3600 0,60

4800 0,66

2500 0,50

400 3600 0,58

К 4800 0,65

2500 0,45

600 3600 0,53

4800 0,60

3 4 6 2

Рис. 2. Общий вид и поперечное сечение стеновой панели с каркасом из комбинированных балок и обшивками из древесных плит: 1 - продольные стойки каркаса из комбинированных балок, 2 - наружная обшивка из древесных плит, 3 - внутренняя обшивка из древесных плит, 4 - утеплитель, 5 - ребра жесткости, 6 - обвязка (нижняя и верхняя)

b = Kb, (22)

где Кс - коэффициент неравномерности распределе-

ния напряжений по ширине конструкции при сжатии, определяется по формуле

К = -с 2

1 + -

4/2

072 . 02 2

8/ + Л21п a j

(23)

где a - расстояние между продольными ребрами; / - длина (высота) конструкции.

В/ P E53

S = 1 + ^—; P = J—; D =--------

V 3,14 \D 12(1 -р2)

(24)

Р - расчетная нагрузка на конструкцию; 5 - толщина обшивки;

Е - модуль упругости обшивки.

Приведенные значения статического момента, площади поперечного сечения, положение нейтральной оси и момента инерции определяются в соответствии с формулами (3), (5), (6) и (7).

Проверка прочности конструкции при внецентренном сжатии производится по формуле (N / ^пр) < *, (25)

где N - расчетное продольное усилие.

Проверка конструкции на устойчивость выполняется по формуле

п2Е • h

< R

(26)

3(1 -р2) • Ь2

где h - толщина панели;

Едр - модуль упругости древесины;

R - расчетное сопротивление древесины сжа-

тию;

р - коэффициент поперечной деформатив-ности (Пуассона).

Проверка прочности конструкции при внецентренном сжатии производится по формуле

др

N N • e --+---< R

(27)

F EW

пр J пр

где е - величина эксцентриситета;

W - приведенный момент сопротивления сечения конструкции, определяется по формуле W = I /у , (28)

где Е, - коэффициент, учитывающий влияние дополнительного момента от действия продольной силы, определяется из выражения

Е = 1 -

X2 • N

1300•R •F

x== h.

b

(29)

c пр

Расчёт на сжатие панелей на податливых связях, у которых обшивки соединяются с помощью гвоздей или скоб, рассчитываются аналогично расчету клееных панелей на прочность и устойчивость с учетом податливости соединений путем введения коэффициента податливости (таблица).

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2007

83