Стойки из брусьев и бревен составного сечения на податливых связях

Обновлено: 04.05.2024

Элементы деревянных конструкций составного сечения на податливых связях Составные балки на податливых соединениях

Многие деревянные конструкции (балки, рамы, арки) делают составными. Необходимость создания таких конструкций вызвана ограничениями в размерах лесоматериалов по длине и площади сечения. В составных деревянных конструкциях отдельные брусья и доски соединяются с помощью связей, которые могут быть жесткими (клеевые, обеспечивающие монолитность соединения) и податливыми. Элементы составных деревянных конструкций на податливых связях состоят из досок, соединенных гвоздями или бревен и брусьев, соединенных по высоте болтами или деревянными вкладышами. Податливостью называют способность связей при деформации конструкций давать возможность соединяемым брусья или доскам сдвинуться друг относительно друга. Податливость связей ухудшает работу составного элемента по сравнению с таким же элементом цельного сечения. У составного элемента на податливых связях уменьшается несущая способность, увеличивается деформативность. Поэтому при расчете и проектировании составных элементов необходимо учитывать податливость связей.

Основы учета податливости связей

Вопросы учета податливости связей при расчете составных стержней были впервые разработаны в нашей стране.

В этой задаче принято положение об упругой работе материала элементов и связей. В СНиП II-25-80 приведены расчетные формулы, дающие приближенные решения, получаемые из точных решений путем ряда упрощений.

Расчет на поперечный изгиб

Для того чтобы понять характер работы элементов на податливых связях на поперечный изгиб, возьмем три балки, у которых нагрузки, пролеты и поперечные сечения одинаковые. Первая балка имеет цельное сечение (Ц), вторая – из двух брусьев без всяких связей (О) и третья – из двух брусьев с податливыми связями (П).

При изгибе деформации составной балки на податливых связях будут больше деформаций балки цельного сечения, но меньше деформаций балки без связей:

fЦ<fП<fO. Следовательно, составная балка на податливых связях занимает промежуточное положение между балкой цельного сечения и составной балкой без связей, поэтому можно записать, что при деформировании под нагрузкой в составной балке на податливых связях в отличие от балки цельного сечения произойдет кроме поворота опорного сечения сдвиг δП верхнего пояса относительно нижнего.

Из этих неравенств следует, что геометрические характеристики составной балки на податливых связях (IЦ, WЦ) можно выразить через геометрические характеристики балки цельного сечения, умножением на коэффициенты kw и kж, меньше 1, которые учитывают податливость связей, тогда:

, ;

, .

Прогиб балки на податливых связях увеличивается соответственно уменьшению момента инерции:

Значения коэффициентов kw и kж приведены в СНиПе в зависимости от величины пролета и количества слоев в элементе. Расчет составной балки на податливых связях сводится, таким образом, к расчету балки цельного сечения с введением коэффициентов, учитывающих податливость связей:

1) нормальные напряжения определяются по формуле:

, где

W_ц – момент сопротивления составной балки, как цельной;

k_w<1 – коэффициент, учитывающий податливость связей.

Аналогичным образом выполняется учет податливости связей и при расчете на устойчивость плоской формы изгиба.

2) прогиб составной балки на податливых связях в общем случае:

, где

I_y – момент сопротивления балки как цельной;

k_ж<1 – коэффициент, учитывающий сдвиг, вызванный податливостью связей.

Деревянные балки составного сечения на податливых связях

Я всегда уходил от таких решений, потому что слишком много нагелей получается.

СПАСИБО ЗА ОТКЛИК!
Так и есть. Просто если расчитывать несущую способность по методике п. 5.13. - как для цилиндрического нагеля, то она ограничивается предельным значением из условия прочности нагеля на изгиб - 250кг/шов - п. 2 б т. 17. (в то время, как дерево под шпилькой выдерживает на смятие 525 кг- по п. 2а т. 17)
Получается интересная штука: для того, чтобы обеспечить совместную работу брусьев в составном сечении консольно-балочного 2-хпролетного прогона под нагрузку 0,9 т/м (пролеты по 4м) - в одной балке нужно поставить порядка 90 шпилек с шагом 45 мм! Понятно, что количество дикое и шаг такой же.
Математические ошибки, конечно, исключены.

..Если бы до расчета меня спросили сколько шпилек нужно поставить - то смело бы озвучилось 10 штук. А тут..

Расчет и конструирование составной стойки.

В случае образования технологического проема нагрузка с дощатоклееной балки в месте проема передается на деревянную составную стойку. Составная стойка состоит из цельных брусков или из толстых досок, соединенных по длине болтами или гвоздями. Стержни составных стоек соединены пластями вплотную или имеют между ними зазоры, заполняемых с помощью коротких дощатых или брусчатых прокладок. Длины составных стоек, как и цельнодеревянных, не превышают 6,5м (рис. 7), а возможные варианты конструкции составной стойки показаны на рис. 7, а б.

Рис. 7. Варианты составных стоек

б) сквозная с прокладками;

в) расчетная схема

1 – бруски или доски; 2 – болты (нагели); 3 - прокладки

Составные стойки применяют в том случае, когда несущая способность цельнодеревянных стоек недостаточна для восприятия действующих нагрузок. Эти стойки обычно имеют шарнирно-закрепленные концы и работают, как правило, только на продольные сжимающие силы от вертикальных нагрузок. В направлении относительно материальной оси составные стойки могут работать также на сжатие с изгибом и воспринимать дополнительные горизонтальные изгибающие нагрузки.

Составные стойки рассчитывают на сжатие и устойчивость в двух плоскостях. Расчет относительно материальной оси, которая проходит через центр сечений обоих элементов стойки, производят как стойки цельного сечения шириной, равной ширине сечения обоих брусьев. Податливость соединений при этом на несущую способность стойки не влияет и не учитывается.

Расчет стойки относительно свободной оси, проходящей вне сечений брусьев, производят с учетом того, что ее гибкость существенно выше, а несущая способность ниже, чем стойки цельного сечения двойной высоты. Это объясняется тем, что гибкость увеличивается в результате податливости соединений и гибкости отдельных брусьев между соединениями.

, (23)

Связи между ветвями являются упруго - податливыми. С учетом этого определяется приведенная гибкость составной стойки. Эта гибкость будет больше, чем гибкость стержня, у которого ветви жестко соединены между собой (монолитный стержень).

По гибкости одновременно устанавливается требуемая ширина досок или брусков:

где - расчетная длина стойки.

По и назначается толщина и количество дощатых или брусчатых ветвей и производится компоновка сечения. Далее проверяется устойчивость стойки относительно «свободной» оси y, проходящей параллельно швам. На гибкость относительно оси y будет влиять податливость связей между ветвями.

Для определения приведенной гибкости необходимо назначить вид связей (гвозди, нагели), расставить между ветвями короткие прокладки и установить количество связей в каждой из них. Прокладки располагаются на равном расстоянии друг от друга, в среднем через 50…130см между их осями. При назначении толщины прокладок следует учитывать размеры, рекомендованные сортаментом и ширину опорной части балки. Нужно стремиться к тому, чтобы высота сечения стойки (размер h) и ширина опорной части балки были одинаковыми. В каждой прокладке ставится от двух до шести нагелей. В числе их должно быть не менее двух стяжных болтов.

После уточнения гибкости вычисляется значение коэффициента продольного изгиба и проверяется устойчивость стойки, как центрально сжатого стержня. Недогрузка не должна превышать 10 - 12%, перегрузка не допускается. Так, методом последовательного приближения, изменяя количество связей по длине, достигается расчетное напряженное состояние.

Составная балка из досок

Решение интересное, но шпильки по оси балки, на восприятия момента они никак не влияют, необходимо сделать в два ряда, правда почему нельзя это гвоздями решить?

Но это не самое главное, главное решение стыка досок по длине, к сожалению узла А не видно, но в любом случае на стыке будет момент, хоть и не значительный вот его и надо учесть и про поперечку не забыть, с двух сторон стыка надо сделать необходимое количество гвоздей или болтов, чтоб стык считался равнопрочным. Может быть придется сам стык отодвинуть от опоры дальше, чтоб задействовать все доски и уместить необходимое количество крепежа, но тогда значение момента увеличится и крепежа будет больше.

Посмотрите
Гроздов В.Т. Деревянные наслонные стропильные системы 2003 П.6,5 Усиление стропильных ног
там есть пример подобного решения и метод расчета, и гвоздей и болтов там получиться не мало

Как надёжно срастить деревянные балки по высоте? Составная балка по методу В.С.Деревягина

В продолжение серии статей о балках перекрытия, данный материал посвящен правильному сращиванию балок по высоте. Механические нагрузки и возникающие напряжения в древесине заставляют людей на протяжении многих десятилетий изобретать различные решения для увеличения несущей способности конструкции при оптимальном её сечении. Одним из таких решений и является метод В.С.Деревягина.

Что такое правильное сращивание?

Правильное сращивание подразумевает сращивание балок таким образом, чтобы включить их в совместную работу и заставить конструкцию работать единым механизмом, обеспечивая минимальное смещение балок друг относительно друга, например:

Картинка иллюстрирует, как происходит смещение балок при нагрузке на всю конструкцию. Горизонтальная шкала даёт понимание, в каких местах происходит смещение. В данном случае, мы наблюдаем проскальзывание балок между собой и представленная составная балка не работает как единая конструкция.

Поэтому, строители при сооружении подобных конструкций, всегда пытаются исключить смещение и для этого используют очень много приемов. К примеру, накладки из доски или фанеры, которые в свою очередь крепятся на составную балку с помощью гвоздей с обязательным использованием столярного клея. Также, применяют металлические гвоздевые пластины (фото ниже), которые впрессовываются в конструкцию, предотвращая смещение отдельных элементов.

Хочу отметить, что две рядом стоящие балки удваивают несущую способность, но располагая их по высоте одна над другой, несущая способность повышается в 4 раза, и, зная это - В.С.Деревягин в 1932 г. разработал и предложил эффективный способ сращивания двух и трёх балок в единую составную балочную конструкцию.

Итак, балка Деревягина - составная балка на податливых связях, которая состоит из двух или из трех отдельных балок, скрепленных между собой пластинчатыми нагелями. Нагели устанавливаются в пропилы глубиной 1/6 от высоты отдельно используемой балки.

В качестве пластин, применяется древесина твердых пород, подобно березе или дубу с влажностью не более 15%. Они устанавливаются начиная от края и заканчивая границей центрального участка, который ограничивается длиной 0,2 от длины балки (рис.выше), поскольку на данном участке сдвиг незначителен.

Нижняя балка, находящаяся в зоне растяжения, - всегда по качеству подбирается лучше, чем балка сжатой зоны. Как правило, это 1-й или 2-й сорта, для сжатой же зоны - 2-й или 3-й сорта.

Как вы можете видеть, в правой части рисунка выше, вдоль верхней части балки имеется пропил. Он выполняется для того, чтобы убрать возникающие напряжения в пиломатериале при усыхании и избежать появление трещин по бокам.

Существуют составные балки различных видов, в том числе на шпонках или на клиньях:

Но, вариант В.С.Деревягина превосходит все эти виды, поскольку в нем вообще отсутствуют стяжные болты. Метод Деревягина применим даже для окантованных бревен с естественным сбегом. Балка легко выдерживает знакопеременные и динамические нагрузки.

Пролет, который перекрывает подобная составная балка ограничивается стандартной длиной пиломатериала и сращивание по длине категорически недопустимо.

Производство балки доступно на стройплощадке и не требует дорогого спец.оборудования, подрядной организации достаточно иметь ручной цепно-долбежный станок (фрезер).

Если сращиваемый брус имеет ширину больше, чем глубина работы цепно-долбежного инструмента, выполняются "глухие" гнёзда и пластинчатые нагели фиксируются с двух сторон балки в шахматном порядке.

Источник: Ютуб канал Евгения Столева Источник: Ютуб канал Евгения Столева

В индивидуальном строительстве - часто заменяют пластинки на круглые шпонки, так как круглое отверстие всегда сделать проще. В качестве материала для шпонки можно использовать качественный березовый черенок от лопаты. Шпонки вклеиваются в оба бруса и на выходе получается надежная и недорогая конструкция, обеспечивающая великолепную несущую способность!

Почему нельзя использовать брус в каркасных домах вообще и в качестве стоек в частности?

Всем привет, в очередной раз листая ленту дзена, попались на глаза фотки от компании строящей дома в ленобласти, разберем самые грубые ошибки которые бросаются в глаза.

Попытка изобразить каркас Попытка изобразить каркас

1. Обвязка из бруса, да еще с запилом в полдерева (обведено красным)

Во первых брус вообще крайне не желателен, так как на нем всегда появляются трещины, во вторых он еще и ослабляется, см фото ниже к чему приводит такая сборка

Продольная трещина в брусе Продольная трещина в брусе Продольная трещина в брусе чуть с другого ракурса Продольная трещина в брусе чуть с другого ракурса Трещина в обвязочном брусе от сочленения "полдерева" Трещина в обвязочном брусе от сочленения "полдерева" Трещина в обвязочном брусе от сочленения "полдерева" 2 Трещина в обвязочном брусе от сочленения "полдерева" 2 Трещина в обвязочном брусе от сочленения "полдерева" 3 Трещина в обвязочном брусе от сочленения "полдерева" 3

Брус в обвязке допустим разве что на ленточном фундаменте (хотя не понятно зачем там вообще обвязка, стены можно ставить сразу на бетон через гидроизоляцию, а полы организовывать обратной засыпкой + стяжкой) или на сваях большого размера вроде 30х30 или такого-же размера оголовках, чтобы брус не опирался ослабленной частью.

Но зачем делать так в 21м веке не ясно, можно в ту-же цену собрать пакет из досок "елочкой" , где доски будут лежать на сваях или оголовках на ребре, т.е. не будет иметь проблем описанных выше. Но собирать конечно дольше, поэтому "строители" очень не любят.

2. Лобовая доска и лаги из бруса (зеленая стрелка)

Во первых вообще не понятно зачем было использовать более дорогой материал, т.е. 30 брусьев 100х150 длиной 6 метров (0.1*0.15*6м*30шт) - это 2.7 куба . А 30 досок той-же длины 50х200 (0.05*0.2*6м*30шт) - это 1.8 куба. При нынешней цене 12500-14000 за куб даже ЕВ доски, больше 12 тысяч разницы на одном лишь перекрытии.

При том что жесткость на прогиб , у более дешевой доски 50х200 аж на целых 30% больше !.

Теплотехника, что "с боку" ~~лобовая доска~~ лобовой брус промерзает так-как имеет теплопроводность в три раза уступающюю минвате. Так и по высоте, 150мм. Лучше-бы на разницу в стоимости доски сделать еще 50мм утепления, доведя итоговое до 200мм

3. Стойки в углах из бруса (оранжевая стрелка)

Брус в углу Брус в углу

Брус можно использовать в какой-нибудь не утепленной постройке, конюшне или сарае для дров/сена. Но никак не в каркасном доме, во первых как уже писал ранее - брус может промерзать насквозь, вплоть до инея на внутренних углах дома (на форумхаусе регулярно пишут о проблемах после горе строителей). Во вторых изнутри банально не к чему подшить плитную обшивку, будь то фанера, ОСП или гипсокартон.

На фото ниже примеры теплых углов из досок, которые можно утеплить и в то-же время без проблем смонтировать плиты или брусок под электропроводку. Как видно по количеству материала, количество то-же, но никаких трещин и инея.

Теплый угол из трех досок Теплый угол из трех досок Теплый угол, который утепляется снаружи до фасада. Теплый угол, который утепляется снаружи до фасада.

Если где-то в каркасном доме и применим брус, то только на террасах как опорные столбы, и то целесообразнее делать из клееных досок.

Второй этаж Второй этаж

4. Укосины (зеленые кружки)

Как видно на первом фото укосин нет, а на втором уже есть, во первых это говорит о том что из врезали на стоящих стенах, что значительно дольше, а следовательно заказчик получит дом позже и дороже. Так еще и укосины врезаны на "тяп-ляп". Т.е. вместо того чтобы быть врезанными в верхнюю и нижнюю обвязки стены, просто поставлены в упор, т.е. гвоздь работает на на срез (как в стойках), а на сдвиг, т.е. укосина работает дай бог на 5% от того что должна.

Согласно своду правил 31-105 что регламентирует в РФ каркасное строительство, укосина врезается не более 1/4 ширины стойки, а тут 50мм в 150мм доску, грубейшее нарушение.

Я уже писал ранее в одной из статей про исследования института в США, где пришли к однозначному выводу что стена с укосиной из "дюймовки", значительно жестче и на сдвиг и на "слом" чем с 50мм. Если эта тема интересна то пишите в комментариях, напишу отдельную статью или дам ссылку.

5. Перевязка стен (синие кружки)

Нет второй верхней обвязки, которая перевязывает намертво между собой перпендикулярные стены. Подробнее про этот узел у меня была статья .

Элементы деревянных конструкций составного сечения на податливых связях. Конструкция, область применения. Виды связей. Принципы конструирования и расчета.

Многие деревянные конструкции (балки, рамы, арки) делают составными. Необходимость создания таких конструкций вызвана ограничениями в размерах лесоматериалов по длине и площади сечения. В составных деревянных конструкциях отдельные брусья и доски соединяются с помощью связей, Соединения осуществляют специальными связями. В зависимости от характера работы связей различают следующие виды соединений:на нагеля (болтах, гвоздях, штырях- работают в основном на изгиб); на растянутых связях (болтах, хомутах, скобах- работают на растяжение или выдергивание); упоры, врубки (не требуют специальных связей). Все связи являются податливыми, т.е. не обеспечивают полной монолитности соединения. Деформации возникают вследствие неплотностей, неизбежных при изготовлении, от усушки и смятия древесины

Элементы составных деревянных конструкций на податливых связях состоят из досок, соединенных гвоздями или бревен и брусьев, соединенных по высоте болтами или деревянными вкладышами. Податливостью называют способность связей при деформации конструкций давать возможность соединяемым брусья или доскам сдвинуться друг относительно друга. Податливость связей ухудшает работу составного элемента по сравнению с таким же элементом цельного сечения. У составного элемента на податливых связях уменьшается несущая способность, увеличивается деформативность. Поэтому при расчете и проектировании составных элементов необходимо учитывать податливость связей.

Расчет составных элементов на поперечный изгиб

По действующим нормам составные балки на податливых связях рассчитывают по формулам, что и балки цельного сечения, но расчетные моменты сопротивления и инерции определяют с учетом податливости связей: W=kwWц и J=kжJц , где Wц и Jц - момент сопротивления и момент инерции цельного сечения. Значения коэффициентов kw и kж приведены в СНиПе в зависимости от величины пролета и количества слоев в элементе. Расчет составной балки на податливых связях сводится, таким образом, к расчету балки цельного сечения с введением коэффициентов, учитывающих податливость связей:

Wц – момент сопротивления составной балки, как цельной;

kw<1 – коэффициент, учитывающий податливость связей.

Составным балкам придается строительный подъем – предварительный выгиб в сторону, обратную прогибу балки под расчетной нагрузкой. Прогиб составной балки на податливых связях определяется по формуле

kж<1 – коэффициент, учитывающий сдвиг, вызванный податливостью связей.

Расчет сжато-изгибаемых элементов

При расчете в плоскости изгиба составной элемент испытывает сложное сопротивление и податливость связей учитывают дважды:

- введением коэффициента kw, такого же как при расчете составных элементов на поперечный изгиб;

Деревянные стойки. Особенности расчета и конструирования

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.

Клееные стойки являются элементом заводского изготовления.

Дощатоклееные стойки: а) постоянного прямоугольного и квадратного сечения; б) переменного прямоугольного сечения

Элементы деревянных конструкций составного сечения на податливых связях

Основы учета податливости связей

Вопросы учета податливости связей при расчете составных стержней были впервые разработаны в нашей стране.

Читайте также: