Соединения элементов ДК

«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
ЛЕКЦИЯ 5
ЛЕКЦИЯ 5
4. Соединения элементов ДК
Длина стандартных пиломатериалов до 6,5 м, размеры
поперечных сечений брусьев до 27,5 см.
При создании строительных конструкций возникает
необходимость:
4. Соединения элементов ДК
4.1. Требования к соединениям
4.2. Классификация средств соединений
4.3. Конструирование и расчет врубок и
упоров
- увеличивать длину элементов (наращивать),
- увеличивать поперечное сечение (сплачивать),
- соединять деревянные элементы под углом.
Соединения являются наиболее ответственными частями
деревянных конструкций.
При изготовлении многих соединений в элементах
конструкций делаются отверстия и врезки, ослабляющие их
сечения и повышающие деформативность.
Разрушение деревянных конструкций в большинстве случаев
начинается в соединениях.
Рис.4.1. Типы соединений
а – наращивание; б – сплачивание; в – соединение под углом
Страница 1 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
4.1. Требования к соединениям
Соединения должны обладать следующими качествами.
1. Достаточной несущей способностью при ограниченной
податливости.
Податливость соединения – возможность смещения элементов
относительно друг друга.
2. Надежностью.
Надежность – способность выполнять свои функции при заданных
условиях.
3. Долговечностью.
4. Экономичностью:
- затраты труда,
- материалоемкость,
- энергоемкость.
5. Должны соответствовать специфике эксплуатации:
- химическая стойкость,
- немагнитность,
- радиопрозрачность.
6. Местные деформации в соединениях должны отсутствовать
или быть минимальными.
Страница 2 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
Рис.4.2. Возможные деформации в соединениях
А. Рыхлые деформации – происходят до восприятия
соединением полной нагрузки (обминка). Величина носит
случайный характер. Значительная величина этих деформаций
снижает качество конструкции.
В. Упругие деформации – пропорциональны росту нагрузки.
С. Пластические деформации – растут под нагрузкой без её
увеличения. Позволяют своевременно выявить дефекты
конструкции и организовать ремонт.
Пластические деформации отдельных соединений позволяют
выровнять работу группы соединений, работающих на одно
усилие.
При отсутствии пластических деформаций происходит
хрупкое разрушение.
Наиболее просто и надежно решаются соединения сжатых
деревянных элементов, в которых усилия передаются
непосредственно от элемента к элементу и не требуется
специальных рабочих связей.
Страница 3 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
Сложнее решаются соединения изгибаемых элементов, в
которых для передачи усилий необходимы рабочие связи.
Наиболее сложно осуществляются соединения растянутых
элементов, так как в них возможно хрупкое разрушение
древесины по ослабленным сечениям, скалывание и
растяжение поперек волокон.
4.2. Классификация средств соединений
По характеру работы все основные соединения деревянных
конструкций могут быть разделены на основные группы:
1) без специальных связей, требующих расчета — контактные
соединения (лобовые упоры и врубки);
2) с механическими связями
3) клеевые соединения.
4.2.1. Соединения без механических связей
В контактных соединениях усилие с элемента на элемент
передаётся непосредственно через площадки смятия.
Соединения работают только на сжатие.
Рис.4.3. Лобовые упоры
Страница 4 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
Рис.4.4. Лобовые врубки в узловых сопряжениях бревенчатых ферм
В соединениях возможны рыхлые деформации.
Разрушение врубок хрупкое.
Болты применяют только в качестве конструктивных связей.
Применяют при изготовлении конструкций на строительной
площадке — построечное изготовление.
4.2.2. Соединения с механическими связями
Соединения с механическими связями по характеру работы
подразделяются на несколько групп.
Шпоночные соединения
Линейные (призматические) шпонки и колодки — вкладыши
препятствующие взаимному сдвигу элементов, работают на
скалывание, сжатие и смятие.
Страница 5 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
Центровые (цилиндрические) шпонки — вкладыши в виде
стальных колец вставляемых в предварительно выработанные
кольцевые пазы в соединяемых элементах.
Рис.4.5. Шпоночные соединения:
а) – в составных балках; б) – в растянутом стыке; в) – в узловом сопряжении
Древесина соединяемых элементов работает на скалывание и
смятие.
Шпоночное соединение распорное — шпонки стремятся
повернуться и раздвинуть сплачиваемые элементы. Требуется
постановка стяжных болтов.
В соединении возможны рыхлые деформации.
Разрушение соединения хрупкое.
Страница 6 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
Нагельные соединения
В нагельных соединениях связи (болты, стержни, гвозди,
винты и пластинки) работают на изгиб.
Древесины соединяемых элементов работает на смятие.
Рыхлые деформации незначительны.
Перед разрушением развиваются значительные
пластические деформации.
Нагельные пластинки изготавливают из дубовых или
березовых досок, из металла или стеклопластиков. Применяют
для сплачивания брусьев или бревен при изготовлении балок
на строительной площадке.
Рис.4.6. Соединение на пластинчатых нагелях
Нагели цилиндрические – разнообразны по конструктивному
решению:
- стержни из металла, прочной древесины или
стеклопластика тугой посадкой вставляют в заранее
просверленные отверстия;
- гвозди диаметром до 6 мм в соединение забивают;
- шурупы, глухари завинчивают.
Страница 7 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
С использованием цилиндрических нагелей выполняют
стыки растянутых элементов, узловые сопряжения,
прикрепление связей. Это основной вид соединений при
монтаже и создании конструкций построечного изготовления.
Рис.4.7. Соединения на цилиндрических нагелях
а) – соединение на гвоздях; б) – карнизный узел рамы на болтах
Зубчатые пластины по характеру работы напоминают работу
группы нагелей. Разрушение вязкое – с развитием
значительных пластических деформаций.
Форма зубцов может быть различной. Зубцы могут быть
односторонними и двусторонними. Односторонние пластины
накладываются снаружи, двусторонние запрессовываются
между соединяемыми элементами.
Рис.4.8. Соединения на зубчатых пластинах
а) – с односторонними зубцами; б) – с двусторонними зубцами
Страница 8 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
Соединения на растянутых связях
Это соединения со связями, работающими на растяжение:
- гвозди и винты, работающие на выдергивание;
- болты и тяжи, работающие на растяжение;
- хомуты, скрутки, скобы, работающие на растяжение.
Рис.4.9. Соединения на растянутых связях
Соединения на вклеенных стержнях
Стержни из арматуры периодического профиля классов А300
и А400 диаметром 12…25 мм вклеиваются в прямоугольные
или круглые пазы.
Применяют в растянутых или сжатых стыках.
Рис.4.10. Соединения на вклеенных стержнях:
а) – на продольно вклеенных; б) – на наклонно вклеенных
Страница 9 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
Клеевые соединения
Это основной вид соединений при заводском изготовлении
конструкций.
При обеспечении прочности клеевого шва не менее прочности
древесины — соединение неподатливое, клееные элементы
рассчитываются как элементы цельного сечения.
Клеевые соединения применяют при наращивании,
сплачивании и соединении элементов под углом друг к другу.
Рис.4.11. Клеевые соединения
а) – наращивание («на ус», вертикальный и горизонтальный зубчатые шипы);
б) – сплачивание; в) – угловой зубчатый шип
Страница 10 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
4.3. Конструирование и расчет врубок и упоров
Врубки и лобовые упоры относятся к контактным
соединениям без специальных связей.
В таких соединениях действуют незначительные усилия,
которые передаются непосредственно от одного элемента
другому. Контактные соединения не требуют специальных
связей подлежащих расчету.
Упоры работают на смятие, врубки – на смятие и
скалывание.
Расчетная несущая способность соединений, работающих на
смятие и скалывание, находится из двух условий:
а) из условия смятия древесины T=Rсм α·Асм
где:
Асм – расчетная площадь смятия,
Rсм α – расчетное сопротивление древесины смятию под углом
к направлению волокон;
б) из условия скалывания древесины
где:
Аск – расчетная площадь скалывания,
– расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль
волокон среднее по площадке скалывания.
Несущая способность соединения должна быть не менее
действующего в соединении усилия – N ≤ T.
Страница 11 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
4.3.1. Конструктивные врубки
Являются соединениями, в которых возникают усилия,
намного меньшие их несущей способности, и они не нуждаются
в расчете. В деревянных конструкциях наибольшее применение
находят конструктивные соединения в четверть, в шпунт, в
полдерева и косой прируб.
Рис.4.12. Конструктивные врубки:
а — врубка в полдерева; б — косой прируб; в — сплачивание в четверть;
г — сплачивание в шпунт
Соединение в четверть представляет собой сплачивание
досок кромками по ширине. Для этого в них механически
образуются односторонние пазы глубиной, несколько большей
их толщины, в которые входят односторонние выступы соседних
досок. Обшивки наружных стен из досок, соединенных в
четверть, препятствуют продуванию стен ветром и
проникновению в них атмосферных осадков. Сосредоточенные
нагрузки в таких обшивках распределяются на две соседних
доски.
Соединение в шпунт представляет собой сплачивание досок
или брусьев кромками, в одной из которых вырезаны
двусторонние пазы, а в другой – один средний паз – шпунт,
равный примерно трети толщины, в который входит
образовавшийся выступ – гребень соседней доски или бруса.
Настилы из досок, соединенных в шпунт и гребень,
препятствуют просыпанию засыпок перекрытий и обеспечивают
совместную работу досок или брусьев на изгиб.
Страница 12 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
Врубка в полдерева представляет собой соединение концов
брусьев или бревен с вырезками до половины их толщины,
стянутое конструктивным болтом. Так, например, соединяются
концы стропильных ног в коньке крыш.
Косой прируб представляет собой продольное сращивание
брусьев или бревен, в концах которых сделаны односторонние
наклонные вырезки длиной, равной удвоенной высоте сечения с
торцами, и высотой, равной 0,15 высоты сечения. Косые
прирубы стягиваются конструктивными болтами и
применяются для соединения прогонов и балок по длине.
4.3.1. Лобовые упоры
Являются наиболее простыми и надежными соединениями и
применяются в большинстве видов деревянных конструкций
для крепления сжатых элементов. Они работают и
рассчитываются на смятие от действия продольных сжимающих
усилий. На растяжение они работать не могут.
Рис. 4.13. Лобовые упоры:
а — продольный, вдоль волокон древесины; 6 — поперечный, поперек волокон; в —
наклонный под углом к волокнам;
1—элементы; 2 — стяжные болты; 3 — накладки; 4 — стальные крепления; 5 —
опора; 6 — штырь; 7 — эпюры напряжений смятия; а—угол смятия
Страница 13 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
Продольный лобовой упор – это соединение обрезанного под
прямым углом сжатого стержня с опорой или с диафрагмой
опорного башмака или с таким же стержнем в сжатом стыке. В
стыке лобовой упор скрепляется двусторонними
конструктивными деревянными накладками толщиной не
менее трети толщины стержней и длиной не менее трех высот
сечения и стягивается конструктивными болтами.
В продольном лобовом упоре древесина работает на смятие
вдоль волокон и имеет наиболее высокое расчетное
сопротивление смятию, равное расчетному сопротивлению
сжатию Rc. В большинстве случаев напряжения смятия в
продольных лобовых упорах достигают значительной величины
и требуют проверки прочности в тех случаях, когда на смятие
работает только часть площади торца элемента.
Поперечный лобовой упор — это соединение двух стержней
под прямым углом, когда торец сжатого элемента упирается в
пласть другого элемента и закрепляется неработающими
связями. Так, например, соединяются стойки с верхними и
нижними горизонтальными элементами каркаса. В таком
соединении древесина торца стойки работает на смятие вдоль
волокон, а древесина пласти горизонтального элемента —
поперек волокон. Это соединение рассчитывается только по
меньшей прочности древесины поперек волокон.
Рис. 4.14. Трехлобовой упор:
а — схема действия усилий; б — разложение усилий по площадкам смятия
Страница 14 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
4.3.2. Лобовая врубка
Узловые соединения элементов из брусьев и круглого леса на
лобовых врубках следует выполнять с одним зубом.
Рабочая плоскость смятия во врубках при соединении
элементов, не испытывающих поперечного изгиба, должна
располагаться перпендикулярно оси примыкающего сжатого
элемента.
Если примыкающий элемент помимо сжатия испытывает
поперечный изгиб, рабочую плоскость смятия во врубках
следует располагать перпендикулярно равнодействующей
осевой и поперечной сил.
Рис. 4.15. Лобовая врубка с одним зубом
1 – стяжной болт; 2 – подбалка; 3 – мауэрлатный (пристенный) брус; 4 –
зазор; 5 – возможное скалывание древесины
Оставленный зазор между соединяемыми элементами 2...З
см позволяет сохранить центрирование в рабочем состоянии.
Центровка растянутого пояса по ослабленному сечению
позволяет получать равномерное распределение нормальных
напряжений растяжения.
Монтажный болт, не учитываемый в основном расчете, может
быть использован как аварийная связь. Разрушение врубки
может произойти от случайного совпадения плоскости
скалывания с сердцевинной плоскостью и плоскостью
усушечных трещин. При этом болт полностью включится в
работу и обеспечит временное закрепление. Монтажный болт
рассчитывается как центрально-растянутый стальной элемент.
Страница 15 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 5
4. Соединения элементов ДК
Лобовые врубки следует рассчитывать на скалывание. Длину
плоскости скалывания лобовых врубок следует принимать не
менее 1,5 h – полной высоты сечения скалываемого элемента.
Глубину врубки следует принимать не более 1/4 h в
промежуточных узлах сквозных конструкций и не более 1/3 h в
остальных случаях, при этом глубина врубок h1 в брусьях
должна быть не менее 2 см, а в круглых лесоматериалах – не
менее 3 см.
Расчет на смятие лобовых врубок с одним зубом следует
производить по плоскости смятия растянутого элемента. Угол
смятия древесины следует принимать равным углу между
направлениями сминающего усилия и волокон сминаемого
элемента.
Рис. 4.16. Опорный узел на лобовой врубке из бревен
Рис. 4.17. Конструкция лобовой врубке из бревен для промежуточных узлов
фермы
Страница 16 из 16
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»