Деревянный каркас однопролетного здания

Полина Дедюхова, ИжГТУ

2-х шарнирная рама с ригелем в виде клеефанерной балки

1. Исходные данные

L=15 м – ширина пролета;

Н=4 м – высота стойки;

В= 3,4 м – шаг рамы;

количество шагов – 10;

район строительства – г. Ижевск;

расчетное значение веса снегового покрова S_g=2,4кПа (III);

нормативное значение ветрового давления w₀=0,23кПа (I);

характер теплового режима – теплый;

кровля по прогонам;

вид кровли – рубероидная кровля;

α=4,29⁰.

Рис. 1. Схема рамы

На рисунке 1 изображена схема рамы.

На левой стороне клеефанерной балки распологаются прогоны – снизу и сверху изображен сплошной деревянный настил, выбор которого основан на использовании в качестве кровли рубероида, поэтому для обеспечения наибольшей прочности был выбран сплошной деревянный настил.

На правой стороне схемы показан утеплитель, который укладывается между деревянным настилом и прогонами . Поскольку режим помещения где используется клеефанерная балка –теплый , то необходимо обеспечить поддержание положительной температуры в холодное время года .Для этого был выбран утеплитель толщиной 150 мм фирмы ISOVER . Этот материал имеет высокие теплоизоляционные показатели, выдерживает температурные расширения, обладает низкой горючестью и низким влагопоглощением.
Укладывать теплоизоляционные плиты необходимо в несколько слоев с разбежкой швов. Это гарантирует надежную защиту от появления «мостиков холода», которые являются причиной значительных теплопотерь.

С внешней стороны кровли необходимо уложить гидро- ветрозащитную мембрану (с установкой внахлест). Рекомендуемая величина воздушного зазора между мембраной и кровельным покрытием — 50 мм. Все стыки мембраны необходимо проклеить водонепроницаемой монтажной лентой.

С внутренней стороны кровли необходимо обеспечить наличие пароизоляционного слоя. Для этого используют мембраны ISOVER VARIO.

При устройстве парозащитного барьера необходимо сохранять целостность мембраны, устанавливать ее внахлест, а стыки проклеивать паронепроницаемой монтажной лентой.

2. Расчет неразрезного прогона (спаренный многопролетный)

Обычно деревянные прогоны делают из брусьев прямоугольного сечения или из кругляка, отёсанного на два канта. Прогоны могут проектироваться однопролётными и многопролётными. Однопролётные прогоны, перекрывающие независимо каждый пролёт между фермами, применяются для пролетов от 2,5 до 6,5 м и должны иметь высоту в 1/20 — 1/30 пролёта. Однопролётные прогоны просты в монтаже, но имеют два основных недостатка: 1) при пролётах свыше 4 м они требуют значительного расхода древесины и 2) стык прогонов над фермами несколько затрудняет присоединение прогонов к фермам. Поэтому деревянные прогоны чаще проектируют в виде многопролётных шарнирных балок, стыки которых (шарниры) располагают не над фермами, а в пролётах на расстоянии 0,15 — 0,21 L от опор. При расстоянии между фермами в 3,0 — 5,0 м шарниры располагают через пролёт попарно в пролёте на расстоянии 0,15 L от опор.

В таких балках при равномерно распределённой нагрузке изгибающие моменты во всех пролетах как на опорах, так и в пролётах получаются равными и каждый составляет 50% от момента однопролетной балки, что позволяет соответственно уменьшить сечение. Высоту таких пророков делают в 1/20 пролёта.

Принимаем неразрезные прогоны, т.к. они более экономичны по расходу древесины. Расчет спаренного прогона производится по схеме многопролетной неразрезной балки на нормальную составляющую нагрузки. Максимальные изгибающие моменты возникают в прогоне над опорами.

Рис.2 Схема прогона

Рассчитаем многопролетный спаренный дощатый прогон с пролетами, равными шагу балок l=3,4м. Прогоны устанавливаются с шагом 1500 мм на верхние пояса рамы, имеющие уклон i=1:10 (a=4,29 sina=0.099 cosa=0.995).

Снеговая нагрузка для климатического района г. Ижевска принимается равной 2,4 кПа=2400 Н/м².

Расчетная схема прогона – многопролетная неразрезная балка с равными пролетами l=3,4 м.

Рис. 3 Сбор нагрузок на прогон

№ п.п.	Вид нагрузки	g(n), кН/м	γ(f)	g, кН/м
I	Постоянная нагрузка
1	Рубероидная кровля (3 слоя)	1,5	1,3	1,95
2	Фанера	0,24	1,2	0,288
3	Утеплитель ISOVER	0,18	1,2	0,216
4	Обрешетка	0,14	1,1	0,154
	Итого	2,06		2,608
II	Временная нагрузка
1	Снеговая	1,68	0,7	2,4
	Итого	3,74		5,008

Действующие составляющие нагрузки:

;

Подбор сечения по прочности

Максимальные изгибающие моменты возникают в прогоне над опорами. Изгибающий момент на промежуточных опорах определяется по формуле:

Расчетное сопротивление изгибу (сосна 2 сорта):

Геометрические характеристики поперечного сечения прогона:

Требуемый момент сопротивления сечения:

Задаемся шириной сечения доски:

Ширина сечения в средних пролетах, состоящего из двух досок:

Требуемая высота сечения:

Принимаем сечение:

Расчетный момент сопротивления сечения (с учетом острожки):

Нормальное напряжение в расчетном сечении прогона:

Первые пролеты прогона усилены третьей доской без расчета

Проверка прогиба прогона в первом пролете

Момент инерции расчетного сечения:

Относительный прогиб:

Условие выполняется – прогиб в пределах нормы.

Расчет стыка прогона на гвоздях

Рис. 4. Стык прогона

Расстояние стыков от опор:

Принимаем гвозди диаметром 5 мм, длиной 100 мм

Расстояние от стыка до ближайшего ряда гвоздей:

, где

– толщина сплачиваемого элемента;

— диаметр гвоздя.

Принимаем:

Расстояние ближайших гвоздей от опор:

Поперечная сила в стыкуемой доске:

Несущая способность гвоздя в несимметричном односрезном соединении при диаметре гвоздя 0,005 м, а=с=0,047 м:

Требуемое число гвоздей в конце каждой доски:

Принимаем 6 гвоздей.

Расстояние по вертикали между гвоздями:

Расстояние по вертикали от края доски до ближайшего гвоздя:

Расчет крепления прогона бобышками

Скатная составляющая опорных реакций:

Так как гвозди принимаем такие же как в стыках

Принимаем 4 гвоздя.

Рабочая площадь бобышки:

3. Расчет двухшарнирной рамы

Нагрузка от покрытия:

;

, где

– вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности;

– коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие;

Определяем собственный вес балки:

;

Полная нагрузка на 1м балки:

;

Рис. 5. Схема нагружения рамы.3.1 Определение геометрических характеристик балки

Рис.6 Схема балки

Нагрузки: g=4,98 кН/м, gⁿ=3,72 кН/м.

Материалы: для поясов — сосновые доски сечением 144 ´ 33 мм (после калибровки и фрезерования пиломатериала с сечением 150 ´ 40 мм) с пропилами.

В растянутых поясах используется древесина 2-го сорта, в сжатых — 3-го сорта. Для стенок используется фанера клееная, березовая, марки ФСФ В/ВВ толщиной 12 мм. Доски поясов стыкуются по длине на зубчатый шип, фанерные стенки — «на ус».

Высоту поперечного сечения балки в середине пролета принимаем

h = l /8 = 15/8 = 1,875 м. Высоту опорного сечения,

h₀ = h — 0,5li = 1,875 — 0,5 × 15 × 0,1 = 1,125 м .

Ширина балки b = Σδ_д + Σδ_ф = 4 × 3,3 + 2 × 1,2 = 15,6 см.

По длине балки укладывается 13 листов фанеры с расстоянием между осями стыков

l_ф — 10δ_ф = 152 — 1,2 × 10 = 140 см.

Расстояние между центрами поясов в опорном сечении.

h ‘₀ = h₀ — h_н = 1,125 — 0,144 = 0,981 м; 0,5 h ‘₀ = 0,49 м.

Расчетное сечение располагается на расстоянии x от оси опорной площадки

x = = 15 = 6,45 м,

где γ = h ‘₀ /( li ) = 0,981(15 × 0,1) = 1.47

Вычисляем параметры расчетного сечения: высота балки

h_x = h₀ + ix = 1,125 + 0,1 × 6,45 = 1,77 м ;

расстояние между центрами поясов

h ‘_x = 1,77 — 0,144 = 1,626 м; 0,5 h ‘_x = 0,813 м;

высота стенки в свету между поясами

h_x_ст = 1,626 — 0,144 = 1,482 м; 0,5 h_x_ст = 0,741 м.

Изгибающий момент в расчетном сечении

M _x = qx ( l — x ) /2 = 4,98 × 6,45(15 – 6,45)/2 =137,3 кН × м;

требуемый момент сопротивления (приведенный к древесине)

W_пр = M_x γ_n / R_р = 137,3 × 10⁶ × 0,95/9 = 14,5 × 10⁶ мм³;

соответствующий ему момент инерции

I _пр = W _пр h_x /2 = 14,5 × 10⁶ × 1770/2 = 128,32 × 10⁸ мм⁴.

Задаемся двутавровой коробчатой формой поперечного сечения (см. рис. 7).

Фактические момент инерции и момент сопротивления сечения, приведенные к древесине, равны

I _пр = I _д + I _ф E _ф K _ф / E _д = 2[(132 × 144³/12) + 132 × 144 × 813²] + 2 × 12 × 1770³ × 0,9 × 1,2/12 = 371,7 × 10⁸ > 128,32 × 10⁸ мм⁴;

W_пр = I_пр × 2/ h_x = 2 × 371,7 × 10⁸/1770 = 42 × 10⁶ > 14,5 × 10⁶ мм³,

Здесь K_ф = 1,2 — коэффициент, учитывающий повышение модуля упругости фанеры при изгибе в плоскости листа.

Проверяем растягивающие напряжения в фанерной стенке

σ_фр = M_xE_ф K_ф ( W_пр E_д ) = 137,3 × 10⁶ × 0,9 × 1,2\(42× 10⁶) = 3,5 < R_фр m_ф /γ_n = 14 × 0,8/0,95 = 11,8 МПа.

Здесь m_ф = 0,8 — коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления фанеры, стыкованной «на ус», при работе ее на изгиб в плоскости листа. Принимая раскрепление сжатого пояса прогонами или ребрами плит через 1,5 м, определяем его гибкость из плоскости балки

λ_y = l_р (0,29 b ) = 187\(0,29 × 15,6) = 41,3 < 70 и, следовательно,

φ_y = 1 — a ( λ /100)² = 1 — 0,8(4,13/100)² = 0,99, а напряжения сжатия в поясе

σ_с = M_x / W_пр = 137,3 × 10⁶ \ 42 × 10⁶ = 3,2 < φ_y R_с /γ_n = 0,91 × 11 × 0,95 = 10,5 МПа.

Проверку фанерных стенок по главным напряжениям производим в зоне первого от опоры стыка на расстоянии x₁ = 0,925 м (см. рис. 7).

Для данного сечения

M = qx ₁ ( l — x ₁ )/ 2 = 4,98 × 1,150(15 – 1,150)/2 = 39,65 кН × м;

Q = q ( l /2 — x₁ ) = 4,98(15/2 – 1,150) = 31,6 кН;

h = 1,125 + 1,150 × 0,1 = 1,24 м;

h_ст = 1,24 — 2 × 0,144 ≈ 0,952 м — высота стенки по внутренним кромкам поясов, откуда 0,5 h_ст = 0,47 м.

Момент инерции данного сечения и статический момент на уровне внутренней кромки, приведенные к фанере:

I _х1пр = 1240³*1,2*2\12+2[156*144³\12+156*144*(952\2)²]*1000\(1,2*900)= 130,4 × 10⁸ мм⁴;

S_х1_пр = 144*156*470*1000\(1,2*900)+2*1,2*144*470=9,6 × 10⁶ мм³.

Нормальные и касательные напряжения, в фанерной стенке на уровне внутренней кромки растянутого пояса

σ_ст = M × 0,5 h_ст / I_пр = 39,65 × 10⁶ × 476/130,4 × 10⁸ = 1,4 МПа;

τ_ст = QS_пр /( I_пр Σδ_ф) = 31,6 × 10³ × 9,6 × 10⁶/(130,4 × 10⁸ × 2 × 12) = 0,97 МПа.

Главные растягивающие напряжения по СНиП II-25-80 формула ( 45)

0 ,5σ_ст + = 0,5 × 1,4 + = 2,36 < ( R _рфα / γ_n ) m _ф = (4,7/0,95) 0,8 = 4,1 МПа при угле

α = 0,5 arctg (2τ_ст/σ_ст) = 0,5 arctg (2 × 0,97/1,4) = 45°

по графику на рис. 17 ( СНиП II-25-80, прил. 5).

Для проверки устойчивости фанерной стенки в опорной панели балки вычисляем необходимые геометрические характеристики: длина опорной панели a = 1,125 м (расстояние между ребрами в свету); расстояние расчетного сечения от оси опоры x₂ = 0,952 м; высота фанерной стенки в расчетном сечении

h_ст = (1,125 + 0,952 × 0,1) — 2 × 0,144 ≈ 0,932м

h_ст /δ_ф = 932/12 = 77,6 > 50; γ = a / h_ст = 1,125/0,932 ≈ 1,2м.

По графикам на рис. 18и 19 прил. 5 для фанеры ФСФ и γ = 2 находим K_и = 18 и K_τ = 3.

Момент инерции и статический момент для расчетного сечения x₂ , приведенные к фанере

I _пр = 1200³*1,2*2\12+2[155*144³\12+155*144(932\2)²]*1000\1,2*900= 91 × 10⁸ мм⁴;

S _пр = 155*144*466*1000\1,2*900= 9,3× 10⁶ мм³.

Изгибающий момент и поперечная сила в этом сечении

M = qx ₂ ( l — x ₂ )/2 = 4,98 × 0.952(15 — 0,952)/2 = 33,3 кН × м;

Q = q ( l /2 — x ) = 4,98(15/2 — 0,925) = 32,7 кН.

Нормальные и касательные напряжения в фанерной стенке на уровне внутренней кромки поясов

σ_ст = M 0,5 h_ст / I_пр = 33,3 × 10⁶ × 0,5 × 1200/91 × 10⁸ = 2,1 МПа;

τ_ст = QS_пр /( I_пр Σδ_ф) = 32,7 × 10³ × 9,3 × 10⁶/(91 × 10⁸ × 2 × 10¹²) = 1,7 МПа.

По СНиП II-25-80 формула (48) проверяем выполнение условия устойчивости фанерной стенки:

а) в опорной панели

σ_ст/[ K_и (100δ/ h_ст )²] + τ_ст/[ K_τ (100δ/_расч)²] = 2,1/[18(100/77,6)² + 1,7/[3(100/77,6)²] = 0,68 < 1, где h_ст / δ = 77,6;

б) в расчетном сечении с максимальными напряжениями изгиба ( x = 6,45 м) при h_ст /δ = 1,62/0,012 = 135 > 50;

γ = a / h_ст = 1,125/1,62 = 0,69, K_и = 25 и K_τ = 3,75.

Напряжения изгиба в фанерной стенке на уровне внутренней кромки поясов

σ_ст = M_x 0,5 h_ст / I_пр = 137,3 × 10⁶ × 741/128,2 × 10⁸ = 7,9 МПа,

где I_пр = 128,2× 10⁸ мм⁴;

τ_ст = Q_xS_пр /( I_пр Σδ_ф) = 5,2 × 10³ × 10,3 × 10⁶/(128,2 × 10⁸ × 2 × 12) = 0,174 МПа,

где Q = q ( l /2 — x ) = 4,98(15/2 – 6,45) = 5,2 кН,

S = 10,3× 10⁶ мм³.

Используя СНиП II-25-80, формула (48), получим

7,9/[25(100/135)²] + 0,174/[3,75(100/135)²] = 0,66 < 1.

Производим проверку фанерных стенок в опорном сечении на срез в уровне нейтральной оси и на скалывание по вертикальным швам между поясами и стенкой в соответствии со СНиП II-25-80, пп. 4.27 и 4.29.

Момент инерции и статический момент для опорного сечения, приведенные к фанере, определяем как и ранее

I _пр = 129,7 × 10⁸ мм⁴; S _пр = 9,5 × 10⁶ мм³;

τ_ср = Q_maxS_пр /( I_пр Σδ_ф) = 7,9 × 10³ × 9,5 × 10⁶/(129,7 × 10⁸ × 2 × 12) = 2,4 < R_фср/γ_n = 6/0,95 = 6,3 МПа;

τ_ск = Q_maxS_пр /( I_пр nh_и ) = 7,9 × 10³ × 9,5 × 10⁶/(129,7 × 10⁸ × 4 × 144) = 0,75 < R_фск /γ_n = 0,8/0,95 = 0,84 МПа.

Прогиб клеефанерной балки в середине пролета определяем согласно п. 4.33 по формуле ( 50) СНиП II-25-80. Предварительно определяем:

f = f₀ [1 + c ( h / l )²]/к,

где f₀ = 5 q^н l⁴ /(384 El ) = 5 × 3,72 ×15⁴× 10¹²/(384 × 248 × 10¹²) = 9,8 мм.

Здесь EI = E_д I_д + E_ф I_ф = 10⁴ × 175 × 10⁸ + 10⁴ × 0,9 × 1,2 × 131,2 × 10⁸ = 316,7 × 10¹² Н × мм² ( СНиП II-25-80, прил. 4, табл. 3); значения коэффициентов к = 0,4 + 0,6β = 0,4 + 0,6 × 1125/1626 = 0,815 и c = (45,3 — 6,9β)γ = (45,3 — 6,9 × 1125/1626)2 × 144 × 132[2 × 12(1626 — 144)] = 48,1;

тогда

f = 9,8[1 + 48,1(1,6 × 10³/15 × 10³)²]/0,815 = 7,3 мм и f / l = 7,3/15 × 10³ = 1/1700 < 1/300 ( СНиП II-25-80, табл. 16).
3.2. Статический расчет балки

Расчет балки ведем при двух сочетаниях нагрузки:

I. Постоянная и снеговая нагрузки равномерно распределены по всему пролету (g+P₁):

Рис. 7. Первое сочетание нагрузок на раму

;

II. Постоянная нагрузка по всему пролету и снеговая равномерно распределена на 0,5 пролета (g+P₂):

Рис. 8. Второе сочетание нагрузок на раму

;

5. Проектирование опорного узла

5.1. Расчет опорной подушки

Определяем площадь опорной подушки из условия на прочность на смятие:

, где

— расчетное сопротивление смятию поперек волокон.

Определяем размеры подушки: , где

;

принимаем l_пл=36см;

принимаем подушку: 36х20см; F_см=720см².

Рис. 9. Схема расчета опорной плиты

Определяем фактическое напряжение смятия: ;

Находим максимальный момент и момент сопротивления:

;

принимаем =1,0см.

5.2. Расчет анкерных болтов

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом по срезу:

, где

— расчетное сопротивление болтов срезу;

— площадь сечения болта по ненарезной части;

— коэффициент условий работы соединения;

— число расчетных срезов одного болта.

Рассчитаем болты от действия распора:

;

принимаем 2 болта диаметром 0,7 см.

6. Проектирование и расчет стойки

Принимаем клееные стойки прямоугольного сечения с шагом вдоль здания В=3,4 м, жестко закрепляемые к фундаменту. Крепление стоек с балками шарнирное. Устойчивость конструкций обеспечивается постановкой поперечных связей в покрытии и вертикальных продольных связей между стойками, которые представляют собой ферменные конструкции. Связи между фермами, создавая общую пространственную жесткость каркаса, обеспечивают заданную геометрию конструкций покрытия и удобство монтажа, закрепляют сжатые элементы из плоскости ригеля, перераспределяют на соседние рамы местные нагрузки, приложенные к одной раме.
Расстояние между вертикальными связями принимают от 26 до 30 м. Если расстояние между колоннами ≤ 3 м. – то применяются деревянные связи, если больше-то металлические. В данном случае при шаге колонн 3,4 м используются металлические связи.

Деревянные стойки являются сжатыми или сжато-изгибаемыми несущими конструкциями, опирающимися на фундаменты. Их применяют в виде вертикальных стержней, поддерживающих покрытие или перекрытие, в виде стоек подкосных систем, в виде жестко заделанных стоек однопролетных или многопролетных рам.

По конструкции их можно подразделить на стойки клееные и стойки из цельных элементов.

Рис . 10 Схема сечений стойки

а) постоянного прямоугольного и квадратного сечения; б) переменного сечения

Рис.11. Схема расположения вертикальных металлических связей

6.1. Статический расчет.

Нагрузки:

g^н=2,06/1,5=1,373 кН/м²;

g=2,608/1,5=1,739 кН/м²;

S^н=1,21 кН/м²;

S=1,78 кН/м².

Нагрузка от веса балки:

Постоянное расчетное давление на стойку от покрытия: Р^п=(1,739+0,13)*3,4*15/2=47,65кН.

То же, от стенового ограждения с учетом элементов крепления при h_оп=0,9м Р^ст=(0,38+0,1)*(4,6+0,9)*3,4=8,97кН.

Расчетную нагрузку от собственного веса стойки принимаем Р_св=5*4,6*0,9*0,16=3,31 кН. Расчетное давление на стойку от снега Р_сн=1,78*3,4*15/2=45,39 кН. Скоростной напор ветра на высоте до 10 м для местности типа Б: р_в=0,45 кН/м²; аэродинамические коэффициенты с=0,8.

Расчетная ветровая нагрузка на раму от стены, кН/м:

давление р_в^д=р_вncB=0,45*1,2*0,8*3,4=1,46; отсос р_в^о=-0,45*1,2*0,5*3,4=-0,91,

где n=1,2 – коэффициент перегрузки для ветровой нагрузки.

Ветровая нагрузка на раму от участка стен выше верха стоек, кН:

давление W_в^д= р_вnchB=0,45*1,2*0,8*1,8*3,4=2,6; отсос W_в^о=-0,45*1,2*0,5*1,8*3,5=-1,7, где h=1,8 м – наибольшая высота покрытия, включая высоту балки и толщину плит.

6.2.Усилия в стойках рамы.

Рама один раз статически неопределимая система. За неизвестное принимаем продольное усилие Х в ригеле, которое определяем для каждого вида загружения отдельно:

от ветровой нагрузки, приложенной в уровне ригеля,

Х_w=-(W_в^д— W_в^о)/2=-(2,6-1,7)/2=-0,45 кН;

от ветровой нагрузки на стены

Х_р=-3/16H(р_в^д— р_в^о)=-3/16*4,6*(1,46-0,9)=-0,07;

от стенового ограждения при расстоянии между серединой стенового ограждения и стойкой е=(0,3+0,55)/2=0,425 м, где 0,3 – толщина стеновой панели, 0,55 – высота сения колонны (ориентировочно)

М_ст=Р_сте=-8,97*0,425=-3,8 кН*м;

Х_ст=-9 М_ст/(8*Н)=-9*(-3,8)/(8*4)=1,06 кН.

Изгибающие моменты в заделке стоек:

М_л=((2,6-0,45-0,0-7)*4+(1,46*4²/2))*0,9+0,91*4-3,8=16,7 кН*м,

М_пр=((1,7+0,45+0,07)*4+(0,97*4²/2))*0,9-0,91*4+3,8=10,48 кН*м.

Поперечные силы в заделке стоек, кН:

Q_л=(2,6-0,45-0,07+1,46*4)*0,9+0,91=8;

Q_пр=(1,7+0,45+0,07+0,97*4)*0,9-0,91=4,58.

Продольные силы в заделке стоек N_л= N_пр=47,65+8,97+3,31+45,39*0,9=100,78 кН, где 0,9 – коэффициент, учитывающий действие двух временных нагрузок.

Принимаем стойку прямоугольного сечения по высоте поперечного сечения из 16 досок толщиной 3,3 см, шириной 16 см (после отсрожки из досок 4,0х17,5). Тогда h=3,3*16=52,8 см; b=16 см.

Проверяем прочность поперечного сечения стойки по нормальным напряжениям:

σ=100,78/844,8+3600/7434,2=0,6кН/см²=6 МПа <19,2 МПа,

где R_c=R_cm_вm_нm_б/γ_n=1,5*1*1,2*0,989/0,95=1,92 кН/см²=19,2 Мпа, F_расч=16*52,8=844,8 см²;

М_д=2346/0,65=3600 кН*см;

ξ=1-100,78/(0,178*1,92*844,8)=0,65;

λ=2,2h_оп/r=2,2*900/0,289*52,8=129,76;

φ=3000/λ²=3000/129,76²=0,178;

W_расч=16*52,8/6=7434,2 см³.

Вдоль здания стойки раскрепляем обвязочным брусом, укладываем по верху их, вертикальными связями и распорками, устанавливаемыми по середине их высоты по наружным граням. Устойчивость плоской формы деформирования стойки с раскрепленной растянутой кромкой проверяем по формуле:

100,78/(0,079*9,591*1,92*844,8)+3600/(1,75*1,762*1,92*7434,2)=

=0,082+0,081=0,16<1;

φ=3000/λ²=3000/194,64²=0,079;

λ=h_оп/r=900/0,289*16=194,64;

κ_пN=1+(0,75+0,142*900/52,8-1)*0,5=9,591;

κ_ф=2,32;

κ_пм=1+(0,142*900/52,8+1,76*52,8/900-1)*0,5=1,762.

Для случая сжатой наружной грани стойки, расчетная длина ее в плоскости, перпендикулярной плоскости рамы, равна 400 см. Устойчивость плоской формы деформирования стойки проверяем для нижнего ее участка, как более неблагоприятного:

100,78/(0,401*1,92*844,8)+(3600/(2,444*1,92*7434,2))²=0,15+0,001=0,16<1;

φ=3000/86,51²=0,401; λ= 400/0,289*16=86,51;

М_д=2156/0,69=3124,6 кН*см;

φ_м=140*16²/(400*52,8)*1,44=2,444.

Для определения значения κ_ф вычислим изгибающий момент в правой стойке на высоте 2 метров:

М¹_пр=((1,75+0,45+0,07)*2+(0,91*2²/2))*0,9-0,91*2+3,8=8,158 кН*м;

κ_ф=1,75-0,75α=1,75-0,75*0,41=1,44; α=8,83/21,56=0,41.

Проверяем клеевые швы на скалывание:

τ=QS_бр/(ξJ_брb_расч)=9*5575,7/(0,69*196264*16)=0,023 кН/см²=0,23 МПа < R_cк=1,89 МПа,

где R_cкm_вm_н/γ_n=1,5*1*1,2/0,95=1,89 МПа.

S_бр=16*52,8²/8=5575,7 см³; J_бр=16*52,8³/12=196264 см⁴.

6.3.Расчет опорного узла

Опорный узел стойки решаем по рис.10. Анкерные болты рассчитываем по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэффициентом перегрузки n=0,9 и ветровой нагрузки N=(47,65+8,97+3,31)*0,9/1,1=49кН;

М=(2,6-0,45-0,07)*4+(1,56*4²)/2+0,91*4*0,9/1,1-3,8*0,9/1,1=20,67 кН*м.

Принимаем опорную плиту базы колонны размерами 34х65 см. Определяем напряжения на поверхности фундамента:

σ_мин^макс=-49/(34*65)±6*2067/(34*65²)=-0,02±0,08;

М_д=2067/0,848=2437,5 кН*м; ξ=1-49/(0,178*1,92*844,8)=0,848;

σ_макс=-0,1 кН/см²; σ_мин=0,06 кН/см².

Поскольку относительный эксцентриситет е₀= М_д/ N=2067/49=42 см больше h/6=52,8/6=8,8 см, следует рассчитывать анкерные болты и боковые анкерные пластины.

Для фундамента принимаем бетон класса В10 с расчетным сопротивлением R_в=6 МПа. Вычисляем размеры участков эпюры напряжений, которая приведена на рис.11.

х=0,143*65/(0,143+0,103)=37,8 см;

а= h_н/2-с/3=65/2-37,8/3=19,9 см;

е= h_н-х/3-s=65-37,8/3-6,1=46,3 см.

Усилие в анкерных болтах:

Z=(2067-49*19,9)/49=22,3 кН.

Площадь поперечного сечения болта F^б_ит= Z/(n_бR_вт)=22,3/(2*18)=0,7 см², где n_б=2 – количество анкерных болтов с одной стороны стойки; R_вт – расчетное сопротивление болтов растяжению, равное 18 кН/см² для анкерных болтов диаметром 12…22 мм из стали марки 09Г2С. Находим d=16 мм с F_ит=1,408 см².

Рассчитываем элементы базы колонны.

Принимаем наклонные вклеенные стержни из арматурной стали класса А-III. Определяем расчетную несущую способность наклонного вклеенного стрежня:

Т= R_ск30π(d+0,5)l₁ κ₁=0,202*3,14*2,1*20*0,95=25,3,

где d=1,6 см – диаметр стрежня; l₁=20 см – длина заделываемой части стержня; 30ͦ — угол наклона стержней по отношению к волокнам древесины стойки; R_ск30=0,202 кН/см² – расчетное сопротивление древесины скалыванию под углом 30ͦ к волокнам; κ₁=1,2-0,02*20/1,6=0,95.

Рассчитываем наклонно вклеенные стержни по сдвигу древесины:

44,88*sin30/4=5,6 кН < Т=25,3 кН.

Проверяем вклеенные стержни по растяжению и изгибу стержня:

(44,88cos30/4*(3,14*1,6²/4)*36,5)²+44,88sin30/4*17,92=0,018+0,313=0,331 < 1,

где R_с=36,5 кН/см²– расчетное сопротивление арматурного стержня диаметром 16 мм из стали класса А-III; Т_н=7d²=7*1,6²=17,92 кН – расчетная несущая способность изгибу стержня из арматурной стали класса А-III.

Анкерные пластины принимаем размером 10х160 мм из стали марки ВСтЗпс 6-1. Проверяем анкерные пластины:

(Z/( F_ит R_у))²+(М_а/(1,47 W_нт R_у))=(44,88/1*16*23)²+(0,131*6/(1,47*1*16*23))=0,015+0,001=0,016 < 1, где М_а=0,032 d³=0,032*1,6³=0,131 кН*см.

7. Щитовая обрешетка.

Основным назначением кровли является защита от атмосферной влаги, в том числе и от конденсата, образующегося при соприкосновении паров теплого воздуха, поднимающегося на крышу. Обрешетка служит для укладки и поддержания кровли, воспринимает нагрузки от собственного веса кровли, давление ветра, веса снега и т. п. и передает их на стропильные конструкции. Но назначение обрешетки не только в этом. Обследование множества стропильных конструкций после длительной эксплуатации показывает, что обрешетка способствует правильной вентиляции воздуха внутри кровли, что снижает опасность загнивания, резко уменьшает уровень конденсации влаги. Деревянные обрешетки устраиваются из брусков или досок, уложенных с прозорами или в виде одинарных или двойных сплошных настилов. При устройстве двойных настилов нижний слой досок делается разреженным.

Выбор обрешетки зависит от типа кровли. Разреженные обрешетки пригодны под кровли, собираемые из отдельных достаточно жестких и прочных плиток или листов (черепицы, кровельного сланца, волнистых асбестоцементных листов и т. п.). При этом расстояния между элементами (брусками или досками) обрешетки принимаются в соответствии с размерами и прочностью кровельных плит и листов. При более тонких и хрупких (например, плоских асбоцементных) или совсем не жестких (например, рубероидных) плитках применяются сплошные дощатые настилы.

Рис.12. Деревянные обрешетки: а- из брусков; б- из разреженных досок; в- сплошная дощатая; г- двойная дощатая

Различают сплошные и разряженные дощатые настилы. Элементы настила и обрешетки рекомендуется выполнять из древесины хвойных пород 3-го сорта. При рулонной кровле в неутепленных покрытиях применяют сплошные дощатые настилы.

В утепленных покрытиях поверх этих настилов укладывают твердый плитный утеплитель, непосредственно по которому или по выравнивающему слою наклеивают рулонный ковер. Возможен вариант, когда утеплитель укладывают между прогонами с подшивкой потолка из гипсокартона. При чешуйчатой кровле из асбестоцементных или стеклопластиковых листов в неутепленных покрытиях применяют разреженные дощатые настилы (обрешетки).

Рис.13. Варианты настилов покрытия: а – под холодную рулонную кровлю; б — под рулонную утепленную кровлю; в — под холодную асбестоцементную кровлю; 1 – рулонная кровля; 2 – утеплитель; 3 – настил; 4 – асбестоцементная кровля; 5 — обрешетка; Разряженный настил (обрешетка): 1 – доски; 2 — гвозди

Дощатые настилы изготовляют из досок на гвоздях и укладывают на прогоны или основные несущие конструкции покрытий при расстоянии между ними не более 3 м. Рабочие доски настилов должны иметь длину, достаточную для опирания их не менее чем на три опоры для увеличения их изгибной жесткости по сравнению с однопролетным опиранием.

Основными типами дощатых настилов являются разреженный и двойной перекрестный.

Разреженный настил, называемый также обрешеткой, представляет собой несплошной ряд досок, уложенных с шагом, определяемым типом кровли и расчетом. Зазоры между кромками досок для их лучшего проветривания должны быть не менее 2 см. Для ускорения сборки этот настил целесообразно собирать из заранее изготовленных щитов, соединенных снизу поперечинами и раскосами, с габаритными размерами, увязанными с расстановкой опорных конструкций с учетом условий транспортирования.

Сплошные настилы. Из сплошных настилов наиболее распространенным является двойной перекрестный, который состоит из двух слоев – нижнего рабочего и верхнего защитного.

Двойной перекрестный настил состоит из двух слоев досок— нижнего рабочего и верхнего защитного. Верхний — защитный (сплошной) слой досок толщиной 16…22 мм и шириной не более 100 мм укладывают под углом 45…60° к нижнему, рабочему, настилу и крепят к нему гвоздями.

Рабочий настил представляет собой разреженный или сплошной ряд более толстых досок и несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Для лучшего проветривания рабочий настил рекомендуется делать разреженным, с зазором не менее 20 мм из досок толщиной 19…32 мм, определяемой нагрузкой. Доски рабочего настила для повышения изгибной жесткости следует опирать на три опоры и более. В покрытиях отапливаемых производственных зданий утеплитель укладывают на одиночный дощатый настил или сплошной накат толщиной 19…32 мм, который целесообразно опирать на три прогона.

Защитный настил представляет собой сплошной ряд досок минимальной толщиной 16 мм и шириной 100 мм. Их укладывают на рабочий настил под углом 45—60° и крепят к нему гвоздями. Защитный настил образует необходимую сплошную поверхность, обеспечивает совместную работу всех досок настила, распределяет сосредоточенные нагрузки на полосу рабочего настила шириной 50 см и защищает кровельный ковер от разрывов при короблении и растрескивании более толстых и широких досок рабочего настила.

Рис.14. Мягкие кровли

а) Рубероидные кровли (мягкие кровли): а – по дощатому настилу; б – утепленная по железобетонной плите; 1 – нижний разреженный дощатый настил; 2 – верхний сплошной дощатый настил; 3 – нижний слой кровли, параллельный коньку крыши; 4 – верхний слой кровли, перпендикулярный коньку крыши; 5 – битумная мастика; 6 – толевые гвозди; 7 – листовая сталь на коньке крыши; 8 – кровля (трехслойная) из рубероида; 9 – выравнивающая стяжка; 10 – теплоизоляция; 11 – пароизоляция; 12 – сборные железобетонные панели.

б) Кровля из толя или рубероида по сплошному дощатому настилу досок: а – двухслойная; б – однослойная с треугольными рейками в стыках; 1 – толь или рубероид; 2 – настил из досок; 3 – стропильная нога; 4 – мастика; 5 – рейки треугольного сечения

Двойной перекрестный настил имеет значительную жесткость в своей плоскости и служит надежной связью между прогонами и основными несущими конструкциями покрытия. Этот настил тоже целесообразно собирать из заранее изготовленных крупных щитов.

Применяют также настилы из сплошных однослойных щитов, соединенных снизу раскосами и поперечинами, имеющие меньшую жесткость, чем двойные.

Для кровли в виде рубероидного ковра настил должен иметь сплошную ровную поверхность из одного или двух слоев досок.

Дощатый настил под рубероидную кровлю целесообразно конструировать и рассчитывать как двухпролетную неразрезную шарнирно опертую балку. Расчетную ширину настила условно принимают равной 1 м.

Двойной перекрестный настил рассчитывается на изгиб только рабочего настила и только от нормальных составляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие воспринимаются с помощью защитного настила. Расчетная ширина настила принимается В=1м с учетом всех входящих в нее досок, количество которых при шаге a составит n=1/a. Сосредоточенные грузы распределяются здесь на ширину 0,5м, и поэтому в расчетную ширину входят удвоенные величины P = 2,4 кН. При подборе сечения настила удобно задавать сечение досок bxh (см), затем определять требуемый момент сопротивления.

а)

б)

Рис.15

а) Щит сплошного однослойного настила: 1 – доски настила; 2 – раскосы; 3 — поперечены

б) Щит двойного перекрестного настила: 1 – косой защитный настил; 2 – рабочий настил; 3 — гвозди

Рабочий настил представляет собой разряженный или сплошной ряд более толстых досок и несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Защитный настил представляет собой сплошной ряд досок минимальной толщиной 16 мм. Он укладывается на рабочий настил под углом 45^о – 60^о и крепится к нему гвоздями.

Двойной перекрестный настил имеет значительную жесткость в своей плоскости и служит надежной связью между прогонами и основными несущими конструкциями покрытия. Этот настил целесообразно собирать тоже из заранее изготовленных крупных щитов.

Применяют так же настилы из сплошных однослойных щитов, соединенных внизу раскосами и поперечинами, имеющими меньшую жесткость, чем двойные.

Настилы перекрытий. Представляют собой сплошные ряды досок, служащие основанием чистого пола или самим чистым полом. Их укладывают по промежуточным брускам – лагам или прямо по балкам и прибивают к ним гвоздями. Доски настила чистого пола соединяют кромками в шпунт. Настилы перекрытий работают и рассчитывают на изгиб от действия нагрузок от собственной массы, полезных нагрузок, равных 1,5 кН/м². в жилых, и не менее 2 кН/м² (200 кг/м²) в производственных зданиях и сосредоточенных грузов, равных 1,5 кН (150 кг). Максимальный прогиб настила не должен превышать 1/250 пролета. Дополнительно проверяют зыбкость настила. Проверки заключаются в том, что прогиб его от сосредоточенного груза 0,6 кН не должен превышать 0,1 мм.

Подшивки потолков. Представляют собой сплошные ряды тонких досок прибитых к балкам внизу гвоздями. При отсутствии штукатурки доски соединяются кромками в шпунт для исключения сквозных щелей. Подшивки работают на изгиб, а гвозди – на выдергивание, как правило, с избыточным запасом прочности при нагрузке от собственной массы.

Обшивка стен. Представляет собой сплошные вертикальные ряды тонких досок, расположенных горизонтально и соединенных кромками в четверть или в шпунт. Обшивки стен работают на изгиб от давления и отсоса ветра, как правило, с избыточным запасом прочности.

Расчет дощатых настилов осуществляют по прочности и прогибам при изгибе при действии нормативных и расчетных значений линейных распределенных и сосредоточенных нагрузок.

Расчет дощатых настилов производят по прочности и прогибам при изгибе на действие расчетных и нормативных нагрузок:

постоянных от собственной массы покрытия g, кН/м²
временные от массы снега р, кН/м²
от веса человека с грузом Р, кН

Постоянная нагрузка от собственного веса настила, утеплителя и кровли определяется с учетом толщины и плотности всех элементов покрытия и является равномерно распределенной по площади поверхности настила.

При расчете настила скатных покрытий, имеющих угол наклона , удобно нагрузку от собственного веса относить к горизонтальной проекции этой площади, при этом .

Снеговая нагрузка s принимается по нормам на площадь горизонтальной проекции и определяется с учетом климатического снегового района и угла наклона покрытия . Сосредоточенная нагрузка от веса человека с грузом принимается равной 1 кН. Расчетные значения этих нагрузок определяются с учетом различных коэффициентов надежности . Для собственного веса настила , для веса утеплителя и кровли и для веса снега при .

Расчетная схема дощатого настила представляет собой двухпролетную шарнирную опертую балку с пролетом l. В качестве условной длины пролетов удобно принимать горизонтальные проекции расстояний между его опорами L. При скатных покрытиях с углом наклона расчетные пролеты настила будут равны . Расчетную ширину настила принимаем условно В=1м.

Рис.16. Расчетные схемы настилов: а — схема действия нагрузок; б — статические схемы; в — схемы действия сосредоточенных грузов; 1 — первое сочетание нагрузок; 2 — второе сочетание нагрузок

Дощатый настил покрытия рассчитывается на два сочетания нагрузок.

Первое сочетание — это общая нагрузка от собственного веса g и веса снега s, расположенного на всей длине плиты настила . На расчетное значение этой нагрузки настил проверяется по несущей способности при изгибе. При этом максимальный изгибающий момент, возникающий в сечении над средней опорой, . Момент сопротивления сечений всех досок настила на расчетной ширине . Действующие в них напряжения , где расчетное сопротивление изгибу древесины 3-го и 2-го сортов МПа.

На нормативные значения нагрузок проверяется максимальный относительный прогиб настила:

Второе сочетание — это общее действие равномерной нагрузки от собственного веса и сосредоточенной силы Р,
приложенной на расстоянии 0,43 l. В этом сечении возникает максимальный изгибающий момент . На этот изгибающий момент сечение настила проверяется только по несущей способности при изгибе по формуле , где — расчетное сопротивление древесины изгибу; с учетом коэффициента условия работы при временной силе МПа.

В некоторых случаях применяются однопролетные настилы и настилы с числом опор более двух.

Расчет разреженного пастила, расположенного поперек ската скатной кровли, производится на косой изгиб. Расчетная ширина настила принимается равной шагу расстановки досок с учетом сечения только одной доски или принимается равной 1 м, но при этом учитываются сечения всех досок, расположенных на этой ширине. Сосредоточенный груз Р=1,2 кН считается приложенным к каждой доске полностью при шаге досок более 15 см, а при шаге менее 15 см к каждой доске прикладывается .

Двойной перекрестный настил рассчитывается на изгиб только рабочего настила и только от нормальных составляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие воспринимаются с помощью защитного настила. Расчетная ширина настила принимается В=1 м с учетом всех входящих в нее досок, количество которых при шаге а . Сосредоточенные грузы распределяются здесь на ширину 0,5 м и поэтому в расчетную ширину входят удвоенные величины Р=2,4 кН. При подборе сечения настила удобно задаваться сечением досок (см), затем определять требуемый момент сопротивления , требуемую общую ширину досок , затем шаг их расстановки (м).

Соединительные гвозди слоев настила или настила с раскосами часто работают со значительными запасами прочности. При больших уклонах и нагрузках их рассчитывают на скатные составляющие нагрузок по условной схеме балки, образованной двумя соседними прогонами и настилом.

Нагрузки определяются с учетом формы покрытия и коэффициентов перегрузки.

Сосредоточенная нагрузка от массы человека с грузом имеет величины:

Р^н=1 кН (100 кг.), а с учетом коэффициента перегрузки: Р=1,2 кН (120 кг).

Рис 17. Наглядный пример установки обрешетки

Расчет настилов и обрешеток, работающих, как правило, на поперечный изгиб, производят по схеме двухпролетной балки при двух сочетания нагрузки:

1) нагрузка от собственного веса покрытия и снеговая нагрузка (g+p)

— на прочность:

σ=, где ;

— по прогибам:

, где =

2) нагрузка от собственного веса покрытия и сосредоточенной нагрузки в одном пролете от веса человека с грузом Р – только на прочность

Максимальный момент находится под сосредоточенной нагрузкой:

Расчет по прочности в этом случае производится по той же формуле, что и в предыдущем

Расчет удобно вести приняв ширину настила b=100 см.

При сплошном настиле или обрешетке при расстоянии между осями досок или брусков не более 15 см принимают, что сосредоточенный груз передается двум доскам или брускам, а при расстоянии более 15 см – одной доске или бруску.

При двух настилах (рабочем и защитном, направленном под углом к рабочему) или при однослойном настиле с распределительным бруском, подшитым снизу в середине пролета, а так же при уложении поверх настила плитного утеплителя сосредоточенный груз Р_н=1 кН принимают распределенным на ширину 0,5 м рабочего настила.

В данном случае выбор обрешетки напрямую зависел от выбора кровли (3-х слойная рубероидная кровля),исходя из этого, принимаем сплошной настил, для которого используют сосну 2-го сорта.

Здесь так же используется 2-а слоя досок — нижний рабочий, который воспринимает на себя нагрузку. Толщина его досок составляет 20мм, ширина 100мм. Верхний – защитный слой досок толщиной 16 мм и шириной 100мм, укладывается под углом 45 градусов к нижнему. Между ними укладывается утеплитель фирмы ISOVER толщиной 150мм. Назначаем размеры щита

1,5м х3,4 м. Щит проектируем из 3 брусков–прогонов, 3 стоек, 2 раскосов. Прогоны устанавливаются с шагом 1,5 м. Чтобы предотвратить скручивание прогонов-обрешетин под действием местной нагрузки, в местах каждого пересечения со стойками устраиваем упоры из коротких брусков, прибиваем к стойкам. Материал прогона – сосна 2-го сорта с R_u=R_c=13МПА.

Схема однопролетной балки с пролетом l=3,4 м, где l — это шаг основных несущих конструкций.

Рис.18 Схема обрешетки; Разрез1-1; Разрез 2-2

7. Защита деревянных конструкций

Для предотвращения увлажнения дерева и его нормальной эксплуатации предусматриваются конструктивные меры и защитная обработка, которая обеспечивают сохранность конструкций при складировании, транспортировке, монтаже и долговечность при эксплуатации.

Конструкции из дерева делаются открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными для осмотра и профилактики.

Опорные стальные башмаки имеют минимальную площадь контакта с древесиной для возможности ее проветривания. Поверхности древесины изолируют от металла тиоколовой мастикой У-30М ГОСТ 13489-79*.

Влагозащитным составом (перхлорвиниловым лаком) обрабатывают наружные элементы покрытия и стенового ограждения, а также несущие конструкции.

Для защиты конструкций располагающихся в биологически активной среде, а также от энтомологических вредителей применяют антисептик на легких маслах –антраценовое масло.

Рис.19. Атмосферная сушка

Сушка древесины

Сушка древесины — одна из основных мер, предупреждающих понижение качества древесины (предохраняет от загнивания, увеличивает прочность, уменьшает плотность и склонность к изменению формы и размеров).

Естественную сушку осуществляют на открытом воздухе, под навесами или в закрытых помещениях до воздушно-сухого состояния, т. е. до влажности 15…20 %. Атмосферная сушка — длительный (несколько недель и даже месяцев) и трудно регулируемый процесс, но она проста и не требует затрат на подогрев теплоносителя.

Искусственную сушку производят в сушильных камерах, в электрическом поле высокой частоты, в горячих жидких средах и контактным способом. Ее можно проводить в любое время года до любой конечной влажности и в короткие сроки (несколько дней или даже часов). При этом обеспечивается высокое качество высушенной древесины за счет полной регулируемости процесса и исключается возможность поражения древесины грибной инфекцией и насекомыми.

Рис.20. Сушильные камеры для сушки древесины

Камерную сушку осуществляют в сушилках периодического и непрерывного действия. В качестве теплоносителя используют подогретый воздух, пар, дымовые газы.

Сушка в электрическом поле высокой частоты обусловлена нагревом древесины, помещенной между сетчатыми электродами, к которым подводят ток высокой частоты. Так как поверхность древесины имеет более низкую температуру вследствие испарения влаги, то находящаяся в древесине вода интенсивно перемещается изнутри материала наружу. Это дает возможность высушивать древесину очень быстро (в 10…20 раз быстрее, чем при камерной сушке). Такой вид сушки требует большого расхода электроэнергии и дороже камерной сушки, поэтому его применяют для сушки высококачественной древесины.

Сушка в нагретых жидких средах, в частности в петролатуме, предложена А. И. Фоломиным.

Петролатум — отход, получаемый при депарафинизации нефтяных масел, в воде не растворяется и не смешивается. При нагревании до 130…140°С петролатум превращается в подвижную жидкость, в которую и погружается просушиваемая древесина. Находящаяся в древесине влага превращается в пар и удаляется. В петролатуме древесина сушится в несколько раз быстрее (несколько часов), чем в сушильных камерах, причем материал не растрескивается и не коробится. Недостатком такого способа сушки является большой расход петролатума и загрязнение им древесины. По стоимости этот способ примерно равноценен камерной сушке.

Контактную сушку используют для сушки тонких сортиментов древесины (например, шпона, фанеры). Она осуществляется между периодически смыкающимися горячими плитами пресса или на роликовых установках.

Предохранение древесины от гниения и разрушения насекомыми.

Для предупреждения загнивания древесины принимают ряд конструктивных мер, цель которых предохранить ее от увлажнения (древесину изолируют от грунта, камня и бетона, делают каналы для проветривания, защищают от атмосферных осадков и т. п.). Когда мерами конструктивного характера нельзя полностью предохранить древесину от увлажнения, ее пропитывают антисептиками — химическими веществами, которые убивают грибы или создают среду, в которой их жизнедеятельность становится невозможной.

Антисептики должны обладать высокой токсичностью (ядовитостью) по отношению к дереворазрушающим грибам, но быть безвредными для людей и животных; сохранять высокую токсичность в течение заданного срока; легко проникать в древесину, не ухудшая ее физико-механических свойств и не вызывая коррозию металлических креплений; не иметь неприятного запаха; быть стойкими при повышенных температурах и в процессе обработки древесины. Они должны быть относительно дешевыми и не дефицитными.

Для антисептирования древесины используют водорастворимые, органикорастворимые и маслянистые антисептики, а также антисептические пасты.

Водорастворимые антисептики применяют для обработки древесины, которая в процессе эксплуатации защищена от непосредственного увлажнения и вымывающего действия воды.

Фторид натрия NaF — порошок белого цвета, без запаха. Применяют в растворах 3…4 %-ной концентрации для антисептирования деревянных элементов, а также материалов и изделий из древесных стружек, опилок, камыша. При соприкосновении с известковыми, цементными и гипсовыми материалами фторид натрия теряет своп ядовитые свойства, переходя в нерастворимый фторид кальция.

Кремнефторид натрия Na₂SiFe — белый или серый порошок, по действию сходный с фторидом натрия. Применяют совместно с кальцинированной содой, фторидом натрия и в силикатных пастах.

Кремнефторид аммония (NH₄)2SiFs — легко растворимый порошок белого цвета, без запаха, по токсичности превосходит фторид натрия, повышает огнестойкость древесины, но вызывает слабую коррозию металла.

Препараты ХХЦ (смесь хлорида цинка и натриевого или калиевого хромпика) и МХХЦ (смесь хлорида цинка, хромпика и медного купороса) трудно вымываются водой, но окрашивают древесину в желто-зеленый цвет и вызывают коррозию черных металлов, а при больших концентрациях несколько снижают прочность древесины.

Препарат ГР-48 — антисептик на основе пентахлорфенола, без запаха, хорошо растворяется в воде. Его применяют в растворе 1…1,5 %-ной концентрации для поверхностной защиты пиломатериалов, в частности от синевы и плесени.

Органикорастворимые препараты типа ПЛ (растворы пентахлорфенола в легких нефтепродуктах) и типа НМЛ (растворы нафтената меди в легких нефтепродуктах) являются высокотоксичными антисептиками, хорошо проникающими в древесину. Препараты второго типа окрашивают древесину в зеленый цвет и затрудняют ее склеивание. В качестве растворителей применяют зеленое масло, мазут, керосин и сольвентнафту. Препараты ПЛ используют также для усиления токсичности маслянистых антисептиков.

Из маслянистых антисептиков наиболее широко используют масло каменноугольное (креозотовое и антраценовое) и сланцевое. Оба эти продукта — жидкости темно-коричневого Цвета с резким запахом и сильными антисептическими свойствами. Водой они не выщелачиваются, металл не корродируют, но окрашивают древесину в темно-бурый цвет. Основное назначение — глубокая пропитка деревянных элементов, находящихся на открытом воздухе, в земле или воде (шпалы, части мостов, сваи, подводные сооружения и др.).

Антисептирующие пасты приготовляют из водорастворимого антисептика (фторид или кремнефторид натрия), связующего вещества (битума, глины, жидкого стекла и др.) и наполнителя (чаще всего торфяного порошка). Антисептическими пастами защищают элементы из древесины с начальной влажностью не менее 40 % и элементы, увлажнение которых происходит в процессе эксплуатации (концы балок, столбов и др.). Элементы открытых сооружений, обработанные пастой, защищают гидроизоляционным покрытием. Растворяясь в воде, антисептик, входящий в состав пасты, проникает внутрь древесины и предохраняет ее от загнивания.

Пропитку древесины антисептиками осуществляют поверхностной обработкой, в горяче-холодных ваннах и под давлением.

При поверхностной обработке раствор антисептика наносят на поверхность древесины кистями или краскопультом за 2…3 раза. Иногда практикуют погружение сухой древесины в ванну с раствором антисептика, что позволяет пропитать ее несколько глубже.

Пропитка древесины по методу горяче-холодных ванн имеет наибольший эффект. Древесину или конструкцию из нее сначала погружают в горячий раствор антисептика с температурой 90…95°С. При этом воздух, находящийся в порах и сосудах древесины, нагревается, расширяется и частично удаляется. Затем древесину переносят в ванну с холодным раствором или откачивают горячий раствор, а в ванну подают холодный с температурой 2О…ЗО°С. В ванне с холодным раствором объем оставшегося в древесине воздуха уменьшается, вследствие чего внутри древесины создается разрежение, за счет которого и происходит впитывание антисептика.

Пропитка под давлением осуществляется в специальных герметических циллндрах-автоклавах. Вначале в автоклаве создается вакуум, благодаря чему из древесины удаляется воздух. Затем автоклав наполняют подогретым антисептиком и доводят жидкостное давление до 0,6… 1,5 МПа. Создание вакуума, а затем жидкостного давления обеспечивает быструю и наиболее глубокую, часто сплошную пропитку древесины.

Основной способ борьбы с дереворазрушающими насекомыми на складах лесоматериалов — содержание склада в соответствии с санитарными требованиями, а также своевременная окорка круглых лесоматериалов. Однако древесина может поражаться насекомыми и в сооружениях. В этом случае борьба с ними ведется химическими средствами, путем обработки древесины ядовитыми веществами — инсектицидами, убивающими насекомых и их личинки. Древесину обрабатывают инсектицидами пропиткой, опрыскиванием, обмазкой, опылением порошками или окуриванием газами. Для этих целей используют уже описанные маслянистые антисептики и препараты на органических растворителях, а также порошок и пасту ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан), раствор хлорофоса (диметилтрихлороксиэтилфосфоната), хлородан в виде дуста и эмульсии и другие вещества, а также некоторые газы (хлорпикрин).

Защита древесины от возгорания. При зажигании древесины пламенем возгорание происходит при температуре 260…290°С, а при нагреве выше 350 °С газы, выделяющиеся из древесины, способны возгораться даже при отсутствии открытого пламени. При длительном нагреве эти температуры понижаются. Для предупреждения возгорания принимают специальные меры, которые сводятся: к конструктивным (удаление деревянных элементов от источников нагревания, устройство огнестойких перегородок и стен); покрытию деревянных элементов штукатуркой или облицовкой малотеплопроводными и несгораемыми материалами (асбестовыми и др.); окрашиванию деревянных конструкций огнезащитными красками или пропитке древесины специальными веществами — антипиренами.

Огнезащитные краски содержат связующее вещество, наполнители и антипирены. Например, в силикатных красках связующим служит растворимое стекло, а наполнителем — молотый кварцевый песок, мел, магнезит. Составные компоненты таких красок образуют стекловидные пленки, которые предотвращают доступ кислорода воздуха к древесине и защищают ее от возгорания.

Для защиты от огня скрытых деревянных элементов зданий и сооружений (стропил, обрешетки и др.) используют огнезащитные пасты на основе глин, извести, гипса, суперфосфата, которые после высыхания образуют несгораемый слой толщиной 2…3 мм.

Огнезащитное действие антипиренов основано на том, что одни из них при нагревании древесины создают оплавленную пленку, закрывая доступ кислорода к древесине, другие при высокой температуре выделяют негорючие газы, оттесняющие воздух от поверхности древесины и одновременно разбавляющие горючие газы, выделенные из самой древесины при нагревании. В качестве антипиренов применяют буру Na₂B₄O_7*10H₂O, хлористый аммоний, фосфорнокисоые натрий и аммоний, сернокислый аммоний. Обработка древесины антипиренами производится теми же методами, что и антисептирование.

Большинство антисептиков и химикатов для защиты древесины от насекомых и возгорания вредно действуют на организм человека, вызывая отравление, ожоги. При обращении с ними нужно соблюдать требования охраны труда и техники безопасности.