ТехЛиб СПБ УВТ

Применение водостойкой строительной и бакелизированной фанеры открывает широкие возможности изготовления эффективных балочных, арочных, рамных, сетчатых и щитовых клеефанерных деревянных конструкций двутаврового и коробчатого сечения, воспроизводящих основные формы характерные для металлических конструкций.

В строительных конструкциях различного назначения применяют водостойкую строительную фанеру с объемным весом γ = 700—800 кг/м3, склеенную на водостойких смоляных клеях, или бакелизированную совершенно водостойкую фанеру (ГОСТ 1853-51) с объемным весом γ=900—1150 кг/мг3, склеенную из слоев шпона, частично или полностью пропитанных смоляными клеями под давлением в прессе 30—35 кг/см2.

Предел прочности на срез поперек волокон наружных шпонов для березовой водостойкой строительной фанеры равен 150 кг/см², а на растяжение вдоль волокон наружных шпонов 640—750 кг/см², для бакелизированной фанеры соответственно 300 кг/см² и 800—1 200 кг/см².
Модуль упругости для строительной фанеры колеблется в пределах 80000—120000 кг/см², а для бакелизированной фанеры 180 000—200 000 кг/см² вдоль волокон наружных шпонов.

Клеями называют вещества, обладающие способностью в процессе перехода из вязкого состояния в твердое монолитно соединять на клеях элементы, прижатые друг к другу. Клеевой шов в основном работает на сдвиг как безраспорное соединение; постановка стяжных болтов или иных рабочих связей не требуется, если исключена опасность возникновения в шве отрывающих или раскалывающих напряжений (σ_р90).

Склеивание деревянных деталей применяется уже много веков; однако лишь в ХХ веке в результате развития химии пластмасс появились водо- и биостойкие строительные клеи. За последнее десятилетие созданы реальные возможности для надежного склеивания синтетическими клеями не только дерева с деревом, но и дерева с металлом.

Для прогрессивного развития деревянных конструкций монолитная склейка элементов имеет не меньшее значение, чем сварка в металлических конструкциях. В последних, еще до появления сварки, применялись достаточно плотные заклепочные соединения; в деревянных же конструкциях до появления клеевых соединений могли применяться лишь податливые соединения на врубках, шпонках и нагелях с более или менее значительным местным ослаблением элементов.

Стыковые соединения досок на клею: а—«на ус»; б — «на зубчатый стык»

Клеевые соединения «на ус» и «на зубчатый стык» воспринимают все виды усилий, как в цельных элементах. По затрате древесины «зубчатый стык» значительно экономичнее «уса». Для образования зубчатого стыка разработаны специальные фрезы, обеспечивающие высокий класс точности механической обработки торцовых поверхностей стыкуемых элементов.

«Зубчатый стык» в заготовке и сборке более технологичен, чем «ус». В технологии склеивания на «зубчатый стык» («шип») в поле токов высокой частоты заложены предпосылки для поточной автоматизации процесса превращения отрезков рядовых пиломатериалов в непрерывную ленту чистых клееных заготовок. В условиях заводского поточного производства водостойкое склеивание элементов деревянных конструкций позволяет изготовлять из тонких, узких и сравнительно коротких досок и реек балки, сваи, стойки и плиты любых размеров, а также многослойные клееные брусья криволинейного очертания для арочных и сводчатых конструкций.

В многослойных клееных деревянных элементах может быть достигнута более высокая прочность, чем в цельных элементах, целиком выпиленных из бревна, поскольку возможное при монолитной склейке тонких досок дробное рассредоточение природных пороков древесины (сучков, косослоя и пр.) в значительной мере обезвреживает их, а отбор первосортной древесины для наиболее напряженных зон существенно повышает несущую способность соединений на клеях.

Основные виды клеефанерных деревянных конструкций:

I — клеефанерные деревянные конструкции
двутаврового или коробчатого сечения, в которых склеенные из досок и брусков пояса монолитно связаны одинарной или двойной фанерной стенкой, воспринимающей в основном сдвигающие усилия: балки для легких двускатных покрытий пролетом 6—18 м; трехшарнирные арки пролетом 15—36 м. На базе этого вида деревянных конструкций целесообразно развивать заводское производство клеефанерных элементов для кружально-сетчатых оводов пролетом 18—60 м;

II — клеефанерные деревянные конструкции коробчатого сечения, в которых фанера используется одновременно как в качестве ограждающей части сооружения, так и в качестве растянутого или сжатого и изгибаемого пояса несущей конструкции: балочный настил коробчатого сечения в малопролетных щитовых перекрытиях и покрытиях; при использовании бакелизированной фанеры — крупноблочные пролетные строения сборно-разборных мостовых деревянных конструкциях

При расчете двутавровых клееных балок с фанерной стенкой, тщательно стыкованной «на ус», или на двусторонних накладках по всей высоте сечения момент инерции поперечного сечения балки приводят к материалу древесины по формуле

J_пр=J_д+J_ф(Е_ф/Е_д)

В щитовых клеефанерных конструкциях, в которых фанерные пояса являются основными, наиболее напряженными частями конструкции, момент инерции сечения приводят к материалу фанеры:

J_пр=J_ф+J_д(Е_д/Е_ф)

 Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и клееных деревянных поясов. Поперечное сечение, как правило, двутавровое или коробчатое. Толщину фанерной стенки рекомендуется принимать не менее 8 мм. Высота балок назначается равной 1/8 — 1/12 /.

Для обеспечения надежности, прочности клеевого шва фанеры и древесины от деформаций усушки и разбухания древесины, в ближайших к фанерной стенке досках поясов, при их ширине более 100 мм, предусматривается зазор 5 мм.

Для лучшего использования несущей способности фанерной стенки, фанера ориентируется таким образом, чтобы волокна ее наружных шпонов были направлены вдоль оси балки. Это объясняется тем, что физико-механические характеристики фанеры вдоль волокон наружных слоев шпона выше, чем при поперечном направлении, а также исходя из условия снижения внутренних напряжений в клеевом слое от температурно-влажностных воздействий.

Для получения требуемой длины, листы фанеры склеиваются между собой «на ус». Для балок с плоской фанерной стенкой целесообразно в местах стыков фанеры устанавливать ребра жесткости.

Поперечные сечения клеефанерных балок: А — клеефанерная балка с плоской стенкой, двутаврового и коробчатого сечения; Б — клеефанерная балка с волнистой фанерой стенкой; В – конструкция поясов клеефанерных балок: 1 — дощатый пояс балки: 2 — фанерная стенка; 3 — ребра жесткости; 4 — зазор

Применение листового материала в качестве стенок балок требует решения вопроса по обеспечению несущей способности конструкции от возможной потери устойчивости стенки. Обеспечение прочности от местной потери устойчивости на опорах, где поперечная сила достигает максимума, осуществляется закреплением к стенкам опорных деревянных вкладышей. Обеспечение прочности от общей потери устойчивости осуществляется закреплением к стенке деревянных ребер жесткости. Шаг ребра жесткости уменьшается вблизи опор и увеличивается в середине пролета, и принимается равным 0,8 — 1,5 И, где И — высота стенки (без учета высоты поясов).

Для балок небольших пролетов 6 — 9 м, обеспечение устойчивости, осуществляется устройством волнистой фанерной стенки. Придание фанерной стенке волнистой формы не требует какой-либо предварительной подготовки фанеры, за исключением стыкования листов по длине «на ус». Фанерную стенку вставляют в криволинейные или прямоугольные пазы, которые предварительно выбирают в полках на копировальных станках. Опорные зоны стенок, балок усиливаются опорными вкладышами от местной потери устойчивости. Соединение стенки и полки клеевое.

Стыкование фанеры «на ус» целесообразно выполнять в горячих прессах с узкими плитами с паро- или электроподогревом. Обработка кромок стыкуемых листов «на ус» обеспечивается фрезерованием.

Фанерные щитовые конструкции целесообразно склеивать в горячих прессах. Возможна склейка фанерных щитов и холодным способом, при этом используют дополнительные ваймы, которые затягиваются под прессом в расчете на последующую выдержку пакета склеиваемых щитов в отапливаемом помещении вне пресса.
При использовании бакелизированной фанеры места склейки ее должны предварительно зачищаться по обнажения шпона. Высоту одновременно склеиваемого пакета щитов целесообразно принимать около 1 м.

Клеефанерные балки — самые легкие из всех сплошных несущих деревянных конструкций. Применяют в покрытиях пролетом до 18м. Различаются: балки с плоской стенкой и балки с волнистой стенкой. Балки с волнистой стенкой всегда постоянного сечения. Балки с плоской стенкой: постоянного сечения и двускатные. Поперечное сечение балки могут быть двутавровое и коробчатое. Пояса склеиваются из досок в двутавровых балках вертикально поставленных, коробчатые доски располагают горизонтально.

Размеры верхнего и нижнего поясов принимают одинаковыми – симметричными. Стенку изготавливают из фанеры толщиной 10-12мм. В балах с волнистой стенкой устанавливают опорные вертикальные ребра, обеспечивающих устойчивость фанерных листов стенки. Их устанавливают по расчету. При этом шаг ребер обычно назначают кратным шагу прогонов, опирающихся на балку.

В балках с плоской стенкой волокна рубашечных слоев фанеры направленно вдоль пролета. Фанера сращивается на ус или с накладками, стыки располагают над ребрами. В балках с волнистой стенкой волокна направлены перпендикулярно оси балки. Фанеру сращивают на ус, но стык не равнопрочный.

Расчеты балок с плоской и волнистой стенкой принципиально различны. В балках с плоской стенкой нормальные напряжения воспринимаются и поясами и стенкой. В балкой с волнистой стенкой только поясами. Касательное напряжение в балках обоих типов воспринимаются фанерной стенкой. С плоской стенкой рассчитывают как элементы плоской комплексной конструкции из разнородных материалов методом приведенных сечений. Геометрические характеристики поперечного сечения, момент инерции I, момент сопротивления W, статический момент S приводятся к тому материалу в котором в данном расчете ищутся напряжения.

,

1,2 – коэф учитывающий различие модулей упругости фанеры при работе ее на изгиб из плоскости и на растяжение и сжатие в плоскости.

.

Проверка прочности нормальных напряжений:

— для нижнего пояса

, где — коэф продольного изгиба из плоскости балки.

=3000/λ²_у λ>70

=1-0,8(λ_у/100)² λ<70

λ_у=l_р/0,289b_п

Проверка стенки: проверка прочности приклейки стенки к поясам

b_расч=2h_п, S_п=А_пу_ц.п.

b_расч – суммарная ширина приклейки фанеры пояса.

Проверка прочности стенки на разрыв фанеры над действием главных напряжений

Такие проверки выполняют в первой и второй от опор панелях, стенки на уровне ц.т. сечения и вдоль верхней полки растянутого пояса.

m_ф— коэф учитывающий стыкование фанеры на ус = 0,8.

Здесь же в крайних панелях производится проверка фанерной стенки на устойчивость по направлении действия главных сжимающих напряжений.

к_u и к_τ – размерные коэф определяемые по графикам СНиП II-25-80.

h_расч – расчетная высота стенки принимаемая большей из двух размеров

Прогибы:

Балки с волнистой стенкой рассчитывают как составные элементы на податливых связях. Податливой связью является волнистая стенка допускающая ограничение смещения поясов. Пояса проверяют на растяжение и устойчивость как в балке с плоской стенкой, но сечение рассматривают, как состоящее только их поясов. Фанерная стенка проверяется на устойчивость и растяжение.

Клеефанерные балки с плоской стенкой и ребрами жесткости: а- балка постоянной высоты; б – двускатная балка; в – балка с криворлинейным очертанием верхнего пояса; г – стык фанерной стенки с накладками; д – стык фанерной стенки «на ус»