Деревянные балки. Виды, применение, конструкция

МИНОБРНАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Нижегородский Государственный архитектурно-строительный университет»

 

Инженерно-строительный факультет

Кафедра Конструкций из дерева и пластмасс

 

 

 

РЕФЕРАТ

«Деревянные балки. Виды, применение, конструкция»

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород -2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Цельнодеревянные балки ……………………………………………………….3

Балки покрытий………………………………………………………………….4

Однопролетные прогоны……………………………………………………….5

Дощато-гвоздевые спаренные прогоны………………………………………..7

Консольно-балочные прогоны…………………………………………………9

Балки перекрытий……………………………………………………………….11

Клеедеревянные балки…………………………………………………………..12

       Клеедеревянные балки двутаврового и рельсовидного сечения………14

       Клеефанерные балки……………………………………………………….16

           Клеефанерные ребристые балки……………………………………….16

            Клеефанерные балки с волнистой стенкой……………………….….18

       Клееармированные балки…………………………………………………20

Составные балки………………………………………………………………..22

Дощато-гвоздевые балки………………………………………………………..24

Литература……………………………………………………………………….27

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦЕЛЬНОДЕРЕВЯННЫЕ БАЛКИ

 

        Цельнодеревянные  балки представляют собой отдельные  брусья, толстые доски, устанавливаемые  на кромки, и окантованные бревна, имеющие необходимые сечения  и длины. Их основные преимущества  — малая трудоемкость изготовления  и относительно низкая стоимость  по сравнению с прочими деревянными
конструкциями. Ввиду ограниченности сечений и длин лесоматериалов цельнодеревянные балки применяют при пролетах, не
превышающих 6 м, и при относительно небольших нагрузках. Деревянные балки используют в качестве несущих конструкций настилов покрытий, междуэтажных перекрытий, рабочих площадок
платформ и в других деревянных конструкциях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БАЛКИ ПОКРЫТИЙ

        Балки покрытий применяют в зданиях с шириной помещений
не более 6 м. Их устанавливают наклонно вдоль скатов кровли с
шагом не более 3 м, опирая на стены и стропильные конструкции
покрытий. Деревянные балки покрытий работают и рассчитываются на изгиб как однопролетные балки, шарнирно опертые на
опоры разной высоты.

        Нагрузка на балку покрытия обычно является равномерно распределенной. Эта нагрузка состоит из постоянной нагрузки g от
собственного веса всех элементов покрытия и снеговой нагрузки s.
Постоянную нагрузку удобно относить к горизонтальной проекции покрытия с целью ее унификации со снеговой.

          Цельнодеревянные балки в основном  не требуют проверки скалывающих  напряжений ввиду их незначительной  величины. При
их расчете по прогибам нет необходимости учитывать прогиб от
скалывающих напряжений ввиду его малости и проверять устойчивость плоской формы деформирования, которая, как правило,
бывает обеспечена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОДНОПРОЛЕТНЫЕ ПРОГОНЫ

 

              Однопролетные прогоны являются  несущими конструкциями
скатных покрытий. Они представляют собой горизонтальные ряды
брусьев или бревен, расположенные вдоль скатов покрытия и
опертые на верхние кромки основных несущих конструкций покрытия торцовых и поперечных стен здания, наклонные под углом к горизонту.

               Прогоны соединяются между собой по длине с помощью косого прируба или дощатых накладов и болтов (рис.1). К опорам
прогоны крепят посредством бобышек — коротких отрезков толстых досок или стальных уголковых коротышей и гвоздей или винтов. Эти крепления препятствуют сползанию прогонов вниз по
скату опор.

               Однопролетные прогоны работают и рассчитываются на изгиб
как однопролетные шарнирно опертые балки, оси сечений которых расположены наклонно к горизонтальной плоскости. Прогоны, не закрепленные в настиле от изгиба в плоскости скатов покрытия, работают и рассчитываются на косой изгиб как горизонтальные однопролетные шарнирно опертые балки пролетом /,
равным шагу основных несущих конструкций. Нагрузка на прогоны является, как правило, равномерно распределенной и состоит
из собственного веса всех элементов покрытия, отнесенного к
горизонтальной проекции покрытия, и веса снега s.

                Крепление прогонов к основным несущим конструкциям рас¬
считывают на действие скатных составляющих опорных давлений
Ry. При нагрузке на прогон q, пролете l и угле наклона покрытия
а составляющая опорного давления двух прогонов Ry = ql sinα. Если
прогоны закреплены в настиле покрытия от изгиба в плоскости
его скатов, они работают и рассчитываются на изгиб только в
плоскости, нормальной к плоскости скатов. Этот расчет производят так же, как и изгибаемых элементов на нормальные составляющие нагрузок от собственного веса и веса снега.

 

Рис. 1. Брусчатые прогоны покрытий:


а — прогоны; б — расчетные схемы; 1 — брусья; 2 — стыки; 3 — болты;

4 —
основные несущие конструкции; 5 — бобышки; 6 — гвозди

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОЩАТО-ГВОЗДЕВЫЕ СПАРЕННЫЕ ПРОГОНЫ

 

                 Дощато-гвоздевые спаренные прогоны (рис. 2) являются многопролетными неразрезными. Они состоят из двух рядов досок
толщиной не менее 4 см, соединенных пластями с помощью гвоздей. Крайние пролеты этих прогонов, включая сечение над второй
опорой, где действуют большие, чем в среднем, изгибающие моменты, усиливаются третьей доской. Они устанавливаются в скатных покрытиях поперек скатов с шагом не более 1,5 м и опираются на наклонные верхние кромки основных несущих конструкций
и поперечных стен зданий так же, как и однопролетные брусчатые прогоны. Прогоны крепятся к опорам от перемещений вниз
по скатам покрытий.

              Концы досок каждого ряда соединяются  гвоздевыми расчетными стыками. Стыки соседних рядов досок  располагаются по
длине прогона вразбежку на расстояниях, равных 1/5 длин пролетов от опор там, где изгибающие моменты имеют значения, близкие к нулевым. При этом накладкой в каждом стыке является соседняя цельная доска. Между стыками соседние доски соединяются гвоздями через каждые 0,5 м.

               Дощато-гвоздевые прогоны применяют  только в сочетании с
настилами, например перекрестными, воспринимающими скатные составляющие нагрузок и предупреждающими возникновение косого изгиба, на который эти прогоны работают ненадежно.
Дощато-гвоздевые прогоны требуют меньшего расхода древесины, чем брусчатые, но их изготовление более трудоемко.

 

Рис. 2. Дощато-гвоздевые прогоны покрытий:


а — общий вид; б — стыки; 1 — доски; 2 — гвозди

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНСОЛЬНО-БАЛОЧНЫЕ ПРОГОНЫ

 

               Консольно-балочные прогоны (рис.3) представляют собой продольные
ряды брусьев или бревен со встречным расположением стыков за
пределами опор. При этом более длинные брусья образуют в про¬
межуточных пролетах две консоли, а в крайних — одну, на которые опираются более короткие брусья с помощью косого прируба, стянутого болтом. Такие прогоны применяют в покрытиях при
шаге основных несущих конструкций не более 4,5 м, допускающем использование лесоматериалов стандартной длины.

                Расчет консольно-балочных прогонов производят по схеме
многопролетной статически определимой балки с пролетами l на
нормальные составляющие нагрузок. Прогоны в зависимости от
расположения стыков могут быть равномоментными и равнопрогибными.

                  В равномоментных прогонах стыки располагаются на расстоянии 0,15l от опор, а крайние пролеты уменьшаются до 0,85l.

                  В равнопрогибных прогонах стыки располагаются на расстоянии
0,2l, а крайние пролеты уменьшаются до 0,8 l. 


                  Скатная составляющая нагрузки может вызвать сдвиги в стыках и должна быть воспринята настилом. При всех пролетах одинаковой длины изгибающие моменты на вторых опорах и прогибы
первых пролетов будут такими же, как и в спаренных многопролетных прогонах.

 

 

 

 

 

Рис.3 . Схема и конструкция прогонов

а — разрезного; 6 — консольно-балочного; в — неразрезного из спаренных досок;  г, д — к расчету стыка неразрезного прогона из спаренных досок;        е — стык косым прирубом консольно-балочного прогона; / — прогон;

2 -болт: 3 — гвозди.

 

 

 

БАЛКИ ПЕРЕКРЫТИЙ

 

              Балки перекрытий являются опорами  настилов междуэтажных,
чердачных перекрытий и рабочих площадок. В большинстве случаев — это однопролетные балки, свободно опертые на стены, стойки
или перегородки здания. Эти балки работают на изгиб от собственного веса перекрытия и временной полезной нагрузки. Предельный прогиб балок междуэтажных перекрытий f/l= 1/250.

               С целью экономии древесины эти балки выполняют из цельных или окантованных бревен. Размеры прямоугольного сечения
при подборе его по прочности следует принимать из соотношения b = 0,7 h и требуемую высоту сечения hтр определять из выражения hтр =

             Междуэтажные перекрытия с деревянными  балками должны
быть дополнительно проверены на зыбкость. Их прогиб от сосредоточенного в середине пролета груза Р = 0,6 кН не должен превышать 0,5 см.

              В этих балках нередко делают подрезки концов на опорах. Такие
подрезки разрешается применять строго ограниченного размера,
с тем чтобы не вызвать опасной концентрации напряжений. Глубина подрезки должна быть не более 1/4 высоты сечения, длина —
не более высоты и длина скоса — не менее 1/2 высоты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КЛЕЕДЕРЕВЯННЫЕ БАЛКИ

 

                Клеедеревянные балки из досок, склеенных синтетическим водостойким клеем, являются основным видом составных балок заводского изготовления. Размеры и форма сечений клеедеревянных
балок могут быть практически любыми, независимо от ограничений сортамента пиломатериалов. Древесина клеедеревянных балок после искусственной сушки дольше сопротивляется загниванию, чем древесина, не прошедшая сушки. Клеевые соединения,
жесткие и стойкие против увлажнения, обеспечивают монолитность балок. Клеедеревянные сплошные балки имеют, как правило, повышенный по сравнению с неклееными деревянными элементами предел огнестойкости.

                Клеедеревянные балки прямоугольных сечений, склеиваемые из
досок плашмя, получили наибольшее распространение в строительстве. Их применяют главным образом в качестве основных несущих конструкций производственных, сельскохозяйственных,
промышленных и общественных зданий. Балки используют также в
качестве прогонов, пролеты и нагрузки которых не позволяют применять цельнодеревянные прогоны, а также в качестве главных балок
междуэтажных перекрытий, балок мостов и в других деревянных
конструкциях. В отечественном строительстве применяют клеедеревянные балки пролетом до 24 м. В зарубежном строительстве
имеются примеры клеедеревянных балок при пролетах до 30 м.

                 Клеедеревянные балки изготовляют из сосновой и еловой древесины и в меньших объемах — из лиственничной. В настоящее
время исследуются клеедеревянные балки комбинированной конструкции. В таких балках наиболее прочная древесина, например
лиственницы, располагается в крайних, самых напряженных зонах сечений, а в средних менее напряженных зонах размещается
менее прочная древесина (например, кедр, пихта или даже осина). Такие балки имеют не меньшую несущую способность, но
существенно меньшую стоимость.

              Сечения клеедеревянных балок принимают в большинстве случаев шириной не более 16,5 см, что позволяет изготовлять их из
цельных по ширине досок. Балки большей ширины выполняют из
менее широких досок, склеенных между собой кромками, с расположением этих стыков вразбежку по высоте, что увеличивает
трудоемкость их изготовления. Ширина сечения этих балок обычно принимается не менее 1/6 их высоты для большей устойчивости из плоскости изгиба. Высота сечения балок определяется расчетом и находится в пределах от 1/10 до 1/15 пролета, она увязывается с толщиной досок после фрезерования.

                Форма дощато-клееных балок по длине (рис. 4) может быть
прямоугольной односкатной, сегментной и двускатной, постоянной и переменной высоты. Прямоугольные и сегментные балки
имеют, как правило, постоянную по длине высоту.

 

Рис. 4. Клеедеревянные балки:


а — типы балок; б — типы сечений; в — размещение досок по высоте (1 — 3 —
сорта качества древесины); 1 — балка односкатная; 2 — то же, двускатная; 3 —
то же, зубчато-стыкованная; 4 — то же, гнутоклееная; 5 — сечение прямоугольное; 6 — то же, двутавровое; 7 — то же, рельсовидное

 

                Двускатные
трапециевидные балки имеют переменную высоту, получаемую
при склеивании досок уменьшающейся к верху длины. Двускатные ломаные балки собирают из двух прямых элементов, соединенных в коньке зубчатым соединением. Двускатные гнутые балки имеют выгиб в зоне конька и двускатную коньковую наклейку.
Они могут быть постоянного и переменного сечения. Высота балок переменного сечения на опорах должна быть не менее 0,4
высоты сечения в середине длины.