Классификация соединений деревянных конструкций

Вследствие ограниченности размеров дерева создание из него строительных конструкций больших пролетов или высоты невозможно без соединения отдельных элементов. Соединения деревянных элементов для увеличения поперечного сечения конструкции называют сплачиванием, а для увеличения их продольной длины - сращиванием, под углом и прикрепление к опорам – анкеровкой.

По характеру работы все основные соединения делятся на:

- без специальных связей (лобовые упоры, врубки);

- со связями, работающими на сжатие (шпонки колодки);

- со связями, работающими на изгиб (болты, стержни, гвозди, винты, пластинки);

- со связями, работающими на растяжение (болты, винты, хомуты);

- со связями, работающими на сдвиг-скалывание (клеевые швы).

По характеру работы соединений деревянных конструкций делятся на податливые и жесткие. Податливые изготавливаются без применения клеев. Деформации в них образуются в результате неплотностей.

Соединения элементов деревянных конструкций по способу передачи усилий разделяются на следующие виды:

1) соединения, в которых усилия передаются непосредственным упором контактных поверхностей соединяемых элементов, например примыканием в опорных частях элементов, врубкой и т.д.;

При контактных соединениях деревянных элементов подразумевают соединения, в которых усилия от одного элемента к другому передаются через их обработанные и опиленные контактные поверхности. Дополнительно поставленные в таких соединениях рабочие связи несут функцию фиксации отдельных элементов и служат аварийными связями. При контактных соединениях решающим оказывается работа древесины на смятие.

Лобовая врубка. Врубка – соединение, в котором усилие элемента, работающего на сжатие, передается другому элементу непосредственно без вкладышей или рабочих связей. Основной областью применения являются узловые соединения в брусчатых и бревенчатых фермах, в том числе в опорных узлах примыкания сжатого верхнего пояса растянутому нижнему. Соединяемые элементы должны быть скреплены вспомогательными связями – болтами, хомутами, скобами, которые рассчитывают на монтажные нагрузки.

2) соединения на механических связях. Делят на:

- соединения на шпонках и шайбах шпоночного типа. Шпонки – это вкладыши из твердых пород древесины, стали или из пластмасс, которые устанавливаются между сплачиваемыми элементами и препятствуют сдвигу.Отличительный признак шпонок – появление опрокидывающего момента и как результат этого возникновение распора между соединяемыми элементами. Для восприятия распора необходимо устанавливать стяжные болты.Расчет соединений на шпонках сводится к проверке несущей способности по смятию и скалыванию.

-соединения на нагелях. Нагели – это гибкие стержни, пластинки или иные вкладыши, препятствующие взаимному сдвигу соединяемых элементов и работающие в основном на изгиб. Нагельные соединения безраспорныезасчетзащемления нагеля в нагельном гнезде.

-Соединения на металлических зубчатых платстинках.МЗП представляют собой стальные пластинки толщиной 1-2 мм, на одной стороне которых после штамповки на специальных прессах получаются зубья различной формы и длины. МЗП ставят попарно по обе стороны соединяемы элементов таким образом, чтобы ряды МЗП располагались в направлении волокон присоединяемого деревянного элемента, в котором действуют наибольшие усилия.

- Соединения на растянутых связях.К растянутым связям относят гвозди, винты (шурупы и глухари), работающие на выдергивание, скобы, хомуты, стяжные болты и тяжи. Различают связи натяжные и ненатяжные, временные (монтажные) и постоянные. Все виды связей должны быть защищены от коррозии.

3) соединения на клеях.

22 КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЁТ ЛОБОВЫХ УПОРОВ.

Лобовые упоры являются наиболее простыми и надежными соединениями, применяемыми в большинстве видов деревянных конструкций для крепления сжатых стержней. Они работают и рассчитываются на смятие, возникающее в них от действия сжимающих усилий. На растяжение они работать не могут. Лобовые упоры бывают продольными, поперечными и наклонными.

Рисунок - Лобовые упоры:

а - продольные; б - поперечные; в - наклонные;

1 - стяжной болт; 2 - узловое крепление; 3 - опора; 4-штырь

Продольный лобовой упор- это соединение обрезанного под прямым углом конца сжатого стержня с опорой, диафрагмой узла или торца другого такого же стержня в сжатом стыке. В стыке упор перекрывается конструктивно двусторонними накладками толщиной не менее ¹/_з толщины стержней и длиной не менее трех высот сечений на болтах. В продольном лобовом упоре древесина работает на смятие вдоль волокон и имеет наиболее высокое расчетное сопротивление.

N/A_c ≤ f_cm,0,d,

где N - расчетное продольное сжимающее усилие;

A_c - площадь смятия;

f_cm,0,d- расчетное сопротивление древесины местному смятию вдольволокон.

Поперечный лобовой упор- это соединение двух стержней под прямым углом, когда торец сжатого стержня упирается в пласт другого и закрепляется конструктивными накладками на болтах. Так, например, соединяются стойки с верхними и нижними элементами каркаса. В этом соединении древесина торца работает на смятие вдоль волокон, а древесина пласти - поперек волокон. Соединение рассчитывается только по меньшей прочности древесины при местном смятии поперек волокон по формулам

N/A_c ≤ f_cm,90,d,

где N - расчетное продольное сжимающее усилие;

A_c - площадь смятия;

f_cm,90,d- расчетное сопротивление древесины местному смятию поперек

волокон по части длины, определяемое по формуле.

где k_c,90 - коэффициент, принимаемый по таблице 6.7 в зависимости от

длины участка l.

Наклонный лобовой упорпредставляет собой соединение двух сжатых стержней под углом меньше прямого. При этом конец одного из них образуется под прямым углом. Так, например, соединяются подкосы с ригелями в подкосных конструкциях. В этом соединении площадь, где смятие происходит под углом к волокнам древесины, имеет меньшее сопротивление смятию и должна быть проверена по прочности при общем смятии под углом по формулам:

N/A_c ≤ f_cm,α,d,

где N - расчетное продольное сжимающее усилие в наклонном стержне;

A_c- площадь наклонной площадки;

f_cm,α,d- расчетное сопротивление древесины смятию под углом α к

направлению волокон, определяемое по формуле:

где f_cm,0,d и f_cm,90,d- соответствующие значения расчетных сопротивлений

древесины смятию вдоль и поперек волокон;

a - угол между направлением действия сминающего усилия иволокнамидревесины.

23 КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЁТ ЛОБОВЫХ ВРУБОК.

Узловые соединения из брусьев и круглого леса на лобовых врубках следует выполнять с одним зубом.

Рисунок - Соединения на врубках

Рабочая плоскость смятия во врубках должна располагаться перпендикулярно равнодействующей осевой и поперечной сил (при соединении элементов, не испытывающих поперечного изгиба, перпендикулярно оси примыкающего сжатого элемента).

Элементы, соединяемые на лобовых врубках, должны быть стянуты болтами.

Расчетную несущую способность соединения на смятие следует определять по следующей формуле:

R_c,d= f_c,,dA_c ,

где A_c - рабочая плоскость смятия, определяемая по формуле:

A_c = bh₁/cosa ;

b - ширина сминаемого участка;

h₁ - глубина врубки;

f_c,,d - расчетное сопротивление смятию древесины под углом к волокнам, определяемое по формуле.

где f_cm,0,d и f_cm,90,d- соответствующие значения расчетных сопротивлений

древесины смятию вдоль и поперек волокон;

a - угол между направлением действия сминающего усилия и

волокнамидревесины.

Расчетную несущую способность соединения на скалывание следует определять по следующей формуле:

R_v,d= f_v,mod,d A_v,

гдеf_v,mod,d-расчетное среднее по площадке скалывания сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон, определяемое по формуле:

,

где f_v,0,d - расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон;

— коэффициент, равный 0,25. При обеспечении обжатия площадки скалывания  = 0,125;

e- плечо сил скалывания, принимаемое равным 0,5h;

h -полная высота поперечного сечения скалываемого элемента;

l_v -расчетная длина плоскости скалывания, принимаемая не более 10 глубин врезки в элемент;

A_v- расчетная площадь скалывания, определяемая по формуле:

A_v = bl_v .

Отношение длины площадки скалывания к плечу сил скалывания (l_v/e) должно быть не менее 3,