Деревянные балки. Виды, применение, конструкция

                 Балки склеивают из досок толщиной не более 42 мм. Применение более тонких досок несколько увеличивает несущую способность балок за счет меньшего влияния их коробления, но приводит к повышению трудоемкости изготовления и расхода клея. Доски
перед склеиванием фрезеруют по пластям на 2,5 —3,5 мм, а после
склеивания кромки балок фрезеруют в среднем на 5 мм.

                 Доски располагают по высоте сечения балок таким образом,
чтобы древесина самого высокого качества размещалась в наиболее напряженных нижней и верхней зонах. В балках с высотой сечения более 50 см доски растянутой нижней зоны (0,15 высоты
сечения балки) относятся к 1-му сорту, доски сжатой и следующей по высоте растянутой и сжатой зон такой же толщины относятся ко 2-му сорту и доски средней зоны — к 3-му сорту. В балках
высотой до 50 см доски растянутой и сжатой зон относятся ко 2-му
сорту, так как эти зоны имеют относительно меньшую высоту.

            По длине все доски клеедеревянных балок стыкуются на зубчатое соединение, имеющее равную прочность с древесиной 1-го
сорта. Стыки должны располагаться по длине и вразбежку — в
соседних слоях. Практически при заводском изготовлении балок
все эти требования соблюдаются автоматически.

 

 

КЛЕЕДЕРЕВЯННЫЕ БАЛКИ ДВУТАВРОВОГО И РЕЛЬСОВИДНОГО СЕЧЕНИЯ

 

             Клеедеревянные балки двутаврового и рельсовидного сечения (рис.4) из досок плашмя состоят из стенки шириной не менее 80 мм и двух
полок шириной не более двойной ширины стенки. Их применяют
при тех же пролетах, что и балки прямоугольного сечения. По
условиям технологии изготовления они имеют постоянное по длине
сечение.

              Малогабаритные клееные балки  состоят из стенки из одной
или двух досок на ребро и двух полок одинаковой или разной
ширины из досок плашмя. Их применяют при пролетах до 7 м.

              Расчет двутавровых балок производят  с учетом влияния двутавровой  формы сечения на их несущую  способность и жесткость.
При расчете на прочность момент сопротивления их сечения W
снижается дополнительно коэффициентом формы сечения mф,
который зависит от отношения ширины стенки bСТ к ширине полки bп и колеблется от 0,9 (при отношении 0,5) до 0,75 (при отношении 0,25). Применение клеедеревянных балок двутаврового сечения ограничено в связи с тем, что технология их изготовления существенно сложнее, чем балок прямоугольного сечения, и получаемая некоторая экономия материалов себя не оправдывает.

 

 

КЛЕЕФАНЕРНЫЕ БАЛКИ

 

              Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок, дощатых полок и ребер, склеенных между собой. Они имеют ту же область
применения, что и клеедеревянные балки, но отличаются от них
значительно меньшими массой и расходом древесины, требуемым при их изготовлении, благодаря тому что древесина сконцентрирована в зонах действия максимальных нормальных напряжений при изгибе. Фанерные стенки этих балок работают на срез
надежнее, чем древесина на скалывание. Однако применение этих
балок иногда сдерживается дефицитностью строительной фанеры
и, кроме того, большей трудоемкостью их изготовления и меньшим пределом огнестойкости тонких фанерных стенок. По типу
конструкции клеефанерные балки разделяют на ребристые и с
волнистыми стенками.

 

           Клеефанерные ребристые балки (рис. 5) бывают коробчатого и
двутаврового сечений. Первые отличаются от вторых повышенной
жесткостью из плоскости изгиба и гладкими боковыми поверхностями. Двутавровые балки имеют обычно одинарные фанерные стенки и не обладают преимуществами коробчатых, но требуют вдвое
меньшего расхода фанеры. По длине клеефанерные балки бывают
постоянного и переменного сечений. Основным типом таких балок
являются трапециевидные двускатные. Их высоту в середине пролета определяют расчетом на изгиб, и она составляет 1/10—1/12
пролета. Высоту сечения на опорах определяют расчетом стенок
на срез и устойчивость, и она должна быть не меньше 0,4 высоты.

              Балки переменного сечения сегментной  формы требуют изготовления гнутого  верхнего пояса, который не нуждается  в устройстве стыка в середине длины. Односкатные прямоугольные
балки являются наименее трудоемкими в изготовлении, но область их применения ограничена.

                Стенки клеефанерных ребристых балок изготовляют из водостойкой строительной фанеры толщиной 10—12 мм. Направление
наружных волокон фанеры должно быть параллельно волокнам поясов и продольным осям балки. При этом стенки работают на
изгиб в направлении наибольшей прочности и жесткости их сечений и имеется возможность их предварительно соединять по длине усовым соединением. При поперечном по отношению к поясам расположении наружных волокон фанерных стенок их соединение по длине более трудоемко и осуществляется с помощью
стыковых накладок.

                 Пояса клеефанерных балок изготовляют прямоугольной формы из досок. Пояса коробчатых балок представляют собой одиночные клееные брусья, расположенные между двумя фанерными стенками. Пояса двутавровых балок состоят из двух клееных
брусьев, расположенных по обе стороны стенки. Доски поясов могут
располагаться как горизонтально, так и вертикально. По плоскостям склеивания с фанерными стенками пояса должны иметь прорези, для того чтобы ширина клеевых швов не превышала 10 см
для предотвращения перенапряжения швов в результате различных деформаций древесины поперек волокон и фанеры при колебаниях влажности.

                  По длине доски поясов соединяются зубчатым шипом. В месте
перелома двускатных балок в коньке верхний пояс соединяется
по длине угловым зубчатым шипом. Нижние растянутые пояса
балок должны быть изготовлены из досок 1-го сорта, а верхние
сжатые пояса и ребра клеефанерных балок — из досок 2-го сорта.В коробчатых балках ребра располагаются в полости между двумя фанерными стенками, а в двутавровых — по обе стороны стенки. Их рекомендуется совмещать со стыками стенок и опорами
прогонов. По длине ребра ставятся с шагом, равным 1/8—1/10
пролета.

Рис. 5. Клеефанерная ребристая балка:
 
а — вид спереди; б, в — коробчатое и двутавровое сечения;

1 — клеедеревянные
пояса; 2 — фанерные стенки; 3 — дощатые ребра;

4 — стык пояса; 5 — стыкстенки

 

             Клеефанерные балки с волнистой стенкой (рис. 6) относятся к
классу малогабаритных балок. Они имеют двутавровое сечение,
постоянное по длине. Пояса их состоят из одиночных досок 2-го
сорта. Они располагаются горизонтально плашмя, и в их пластях
образуются волнистые по длине пазы клиновидного сечения. Фанерная стенка имеет волнистую по длине форму, которая придается ей в процессе изготовления. Волокна наружных слоев фанеры
располагаются вдоль стенки. Стенка вклеивается краями в пазы
поясов. Благодаря волнистой форме стенка лучше сопротивляется
потере устойчивости, чем плоская, и не нуждается в усилении ее
ребрами жесткости.

             Расчет балок с волнистой стенкой производят с учетом того,
что стенка практически не работает на нормальные напряжения
при изгибе, и эти напряжения воспринимаются только поясами.
Кроме того, она благодаря своей форме является податливой,
поэтому расчет таких балок по прочности и прогибам при изгибе
производят как составных балок с податливой стенкой. Клеевые
соединения стенки с поясами рассчитывают на скалывание между шпонами фанеры с учетом ширины швов, равной двойной
глубине пазов.

 

 

 

Рис. 6. Клеефанерная балка с волнистой стенкой:


а — вид спереди; 6 — сечения; / — дощатые пояса; 2 — волнистая фанерная
стенка; 3 — соединение в паз; 4 — то же, по кромкам

 

 

КЛЕЕАРМИРОВАННЫЕ БАЛКИ

 

                 Клееармированные балки (рис. 7) представляют собой деревянные клееные балки, в крайние, наиболее напряженные зоны
которых вклеиваются стержни стальной арматуры. Такие балки имеют значительно большую несущую способность и жесткость, чем
неармированные такого же сечения, и их целесообразно применять в тех покрытиях, где требуются балки минимальной строительной высоты, или с целью экономии досок 1-го сорта. Однако
эти балки более трудоемки в изготовлении, чем неармированные, и требуют расхода стали.

                   Клееармированные балки имеют прямоугольное сечение шириной, необходимой для размещения не менее двух арматурных
стержней, и склеиваются из досок 2-го сорта плашмя. Расчетные
сопротивления древесины этих досок изгибу ввиду меньшего влияния пороков принимаются повышенными до 15 МПа. Кроме того,
от кромок досок прорезаются прямоугольные или полукруглые
пазы на 5 мм шире диаметра арматуры. Крайние доски приклеиваются после вклеивания арматуры. По длине эти балки имеют, как
правило, постоянное сечение и строительный подъем.

                Для армирования балок применяют двойную арматуру классов
A-II и A-III с расчетными сопротивлениями 235 и 295 МПа. Одиночное армирование дает незначительный эффект и нецелесообразно. Процент армирования находится в пределах 2—4. Арматуру
в большинстве случаев применяют без предварительного напряжения, однако возможно и применение предварительно напряженной арматуры.

                Для вклеивания арматуры применяют в основном эпоксидно-
цементные клеи, надежно соединяющие стальную арматуру с клееной древесиной. Арматурные стержни вклеивают в прямоугольные пазы шириной на 5 мм больше, чем диаметр арматуры, которые затем заклеивают деревянными планками. Клеедеревянные балки работают на изгиб. Потеря их несущей способности происходит при испытаниях в результате разрушения древесины от нормальных или скалывающих напряжений.

Рис. 7. Клееармированная
балка:

а — вид спереди; б — сечение;
1 — клеедеревянная балка; 2 —
стальная арматура; 3 — рейка;
4 — паз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОСТАВНАЯ БАЛКА

 

                  Составные балки на деревянных соединениях состоят из брусьев или бревен без продольных стыков, скрепленных по высоте
деревянными вкладышами (рис. 8). Они имеют длину до 6 м и
применяются в некоторых случаях в качестве однопролетных балок покрытий небольших зданий и в малопролетных мостах. Их
обычно изготовляют вблизи места установки.

                   Составные балки на пластинках, предложенные В. С.Деревягиным, состоят из двух или трех брусьев по высоте, соединенных
вкладышами — пластинками из твердой дубовой или березовой
древесины, которые вставляются в пазы в сомкнутых кромках брусьев. При изготовлении этих балок им придают
небольшой выгиб, благодаря чему пластинки прочно защемляются в пазах. Пластинки работают на изгиб и смятие поперек волокон.

                     Составные балки на шпонках и колодках состоят из брусьев или
бревен, соединенных по высоте короткими деревянными вкладышами из такой же древесины, что и сами балки Колодки являются более толстыми, чем шпонки, и обеспечивают
возникновение между элементами балки естественно вентилируемых зазоров. Волокна древесины шпонок и колодок имеют то же
направление, что и волокна древесины элементов балки. Шпонки
и колодки работают и рассчитываются на скалывание и смятие
вдоль волокон. Поперечный распор в этих балках, возникающий в
результате эксцентриситета сдвигающих сил, воспринимается болтами, которые работают и рассчитываются на растяжение.

 

 

 

 

Рис. 8. Составные брусчатые балки на податливых соединениях:


а — на пластинках; 6 — на шпонках; в — схема работы;

1 — брусья; 2 — пластинки дубовые или березовые;

3 — шпонки из древесины  брусьев; 4 — болты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОЩАТО – ГВОЗДЕВЫЕ БАЛКИ

 

              Балки двутаврового сечения с перекрестной дощатой стенкой на гвоздях являются конструкциями построечного изготовления. Они состоят из дощатых или брусча-тых поясов, перекрестной стенки нз досок и ребер жескости.

              В балках с дощатыми поясами (рис. 9) верхние и нижние пояса выполняют из досок толщиной 4—6 см. Перекрестная стенка состоит из двух слоев досок, общая толщина которых должна быть равна толщине доски

пояса. Доски стенки рекомендуется наклонять к нижне- му поясу так, чтобы угол был равен 45°. Пояса соединяют со стенкой расчетным количеством гвоздей. Ребра жесткости ставят через 1/8—1/10 пролета, обычно в местах расположения прогонов кровли или других сосредооченных грузов для лучшего их распределения между элементами балки. Ребра жесткости делают из поясных досок, но по ширине вдвое меньше, чем пояса, и приби-

вают теми же гвоздями, что и пояса. При этом гвозди в ребрах жесткости ставят конструктивно, обычно в два ряда. Ширкна опорных ребер равна ширине поясов. Чтобы закрепить в опорных ребрах жесткости концы досок стенки, расстановку гвоздей в ребрах принимают такой же, как в прилегающих панелях поясов. Оба слоя досок стенки в пределах между поясами скрепляются гвоздями, концы которых загибают. Гвозди располагают так, чтобы каждая доска прикреплялась не менее чем двумя гвоздями, а ее свободная длина во избежание выпучивания не превышала 30 толщин доски.

               Стыки поясов следует устраивать там, где поперечная сила равна нулю, в покрытиях — обычно в середине пролета. Стык верхнего пояса выполняют торцовым упором досок и перекрывают накладками на болтах, поставлен-ных конструктивно. Стык нижнего пояса устраивают с помощью накладок и прокладки, что увеличивает число «срезов» каждого нагеля с двух до четырех. Для постановки прокладки стенку балки в этом месте вырезают

и скрепляют ее с поясами горизонтальными и вертикальными гвоздями, забиваемыми в специально поставленные надстыковые бруски.

                Балки с брусчатыми поясами применяют при больших нагрузках, главным образом в мостах. При изготовлении балку расслаивают по стенке на две полубалки. Каждый слой стенки из досок толщиной 2,5—3 см приби-