05 декабря 2017г.
Применимость деревянных конструкций в качестве несущих достаточно широка, но в некоторых случаях уступает «конкурентам»: стали и железобетону, что неудивительно, так как у каждого конструкционного материала имеется область рационального применения. Конечно, в наше время трудно представить высотное здание с деревянным каркасом, но для большепролетных конструктивных элементов дерево является весьма подходящим
материалом [1].
Деревянные конструкции
имеют ряд технико-экономических
показателей, которые превосходят
конструкции из других материалов, а именно: относительно малый вес, экологичность, долговечность, высокая огнестойкость и стойкость к воздействию химически-агрессивных сред и т.д. Кроме всего прочего, клееные деревянные конструкции позволяют
создавать уникальные
архитектурные формы. Древесина является возобновляемым продуктом. Ее
получение и технологические процессы изготовления заготовок для конструктивных элементов отличаются достаточной простотой и незначительной стоимостью, наносят минимальный вред природе. Отходы, получаемые в процессе добычи и обработки, можно использовать для изготовления ДСП, ДВП, древесных пластиков, топливных брикетов, пеллет и т.п. Среди минусов клееных деревянных конструкций можно выделить следующие: рост деформаций во времени (ползучесть), высокая стоимость качественных клеевых составов, горючесть, большие размеры сечений самих конструктивных элементов.
В ряде случаев предпочтение незаслуженно
отдается
другим конструкц ионным
материалам (отчасти от недостаточной технико-экономической оценки планируемого строительства, отчасти из-за субъективного мнения застройщика).
В этой работе рассматривается вопрос об оптимизации сечений деревянных клееных конструктивных элементов методом армирования. В качестве примера рассмотрена трехшарнирная деревянная арка пролетом 42
м (рис. 1). В литературе встречаются конструкции и с большими пролетами. Типовые решения арок позволяют перекрывать пролеты до 42 м, поэтому данный пример будет сра внимым по ряду технико-экономических
показателей с аналогами.
Ожидается, что армирование сечения
КДК должно принести экономию дерева, снижение требований к его качеству, уменьшение массивности, упрощение изготовления
вследствие
применения по большей части
постоянных сечений в элементах.
Для проведения исследования напряженно -деформированного состояния арки использовались следующие программные средства:
1)
Пакет MS Office;
2) ПК ЛИРА САПР 2013 (некоммерческая версия);
3)
Математический пакет Mathcad.
Расчетная схема задана без особенностей: сформирована из стержневых элементов и узлов. Для большей точности элементы: кобылка и подкос заданы с эксцентриситетом относительно осей основных элементов – арок, данный
эксцентриситет смоделирован инструментом «жесткая
вставка» (рис. 2).
В статическом расчете учтены: собственный вес элементов рамы, вес прогонов, панелей обшивки, снеговая и ветровая нагрузка. В результате расчета были получены силовые факторы, действующ ие в сечениях рамы.
Для того,
чтобы
подобрать сечение
деревянных элементов
в
арке был произведен
расчет согласно
п.6.16- 6.20
[2] с учетом требований 8.56-8.57. Таким образом, выполнено по три проверки каждого
расчетного сечения при неблагоприятном сочетании усилий и одна проверка устойчивости арки в целом. Принципиальных отличий в расчете арки из клееной древесины без применения армирования и с армированием нет, однако имеется ряд особенностей:
1.
Учет армирования может проводиться по тем же расчетным форму лам, что и без него с использованием приведенных (редуцированных)
к
основному
материалу жесткостных
характеристик сечений. Стоит отметить, что на подготовительном этапе была идея
разработки специальных
формул, которые бы учитывали арматуру в сечении в «чис том» виде (уравнение моментов для сечения), но существенных преимуществ эти формулы не имеют при значительном увеличении их размеров.
2.
При скалывании по границе между клеем и древесиной арматура выключается из работы, поэтому необходимо обеспечивать достаточное сцепление как технологически, так и на этапе расчетов, но в данной работе на этой проблеме внимание не акцентировалось.
3.
Конструктивные требования по
выбору сечения арки отсутствуют, поэтому задавалось произвольное сечение и методом последовательного уменьшения размеров сечения выбирался оптимальный процент армирования. Для выявления влияния армирования на характеристики
сечения была произведена серия расчетов несущей способности арки по I предельному состоянию. Результаты представлены
в таблице:
Согласно результатам эксперимента установлено, что увеличение процента армирования сечения не обязательно приводит к увеличению несущей способности, точнее сказать, сечение
возможно сконструировать только в определенных границах процента армирования. Св ыше установленных пределов количество арматуры по расчету получается абсурдно большим и не может рассматриваться в качестве удовлетворительного
результата
(рис. 3).
Технически возможное и целесообразное значение коэффициента армирования для используемой в качестве опытного образца арки не выше чем 1.5%.
При
проектировании подобных
конструктивных элементов это значение может быть использовано как рекомендуемое – максимальное.
Список литературы
1.
В.Ю. Щуко, С.И.
Рощина. Клееные армированные
деревянные
конструкции.
Санкт-Петербург : ГИОРД, 2009.
2.
Минстрой России.
СП 64.13330.2011 Деревянные конструкции.
Актуализированная редакция СНиП II-25-80. Москва : б.н., 2011 г.
