Архитектура и устройство крыши - Аурика Луковкина

Учитывая общие характеристики всех вышеперечисленных материалов приведем данные по выбору материала для кровли в зависимости от уклона крыши.

Глава V

Деревянные конструкции Балки и прогоны

Для поддержания кровли очень дешево и удобно применять какие-нибудь балки. Если над пролетом между стенами положить длинные наклонные балки, или стропила, то они будут передавать вес крыши через свои концы вертикально вниз, не оказывая никакого распирающего давления. В результате нежелательных отклонений линии давления от вертикали не возникнет.

(Рис. 26).

Рис. 26 на схеме показано шарнирное опирание (на роликах), чтобы подчеркнуть необходимость избежать распирания стен.

Уже по одной только этой причине балка является одним из важнейших элементов всех строительных конструкций.

Слово «балка» (beam) на староанглийском означает «дерево», оно до сих пор сохранилось в английских названиях отдельных деревьев, например березы и граба (whitebeam, hornbeam). Сегодня балки чаще всего делают из стали и железобетона, однако в прошлом на протяжении столетий при строительстве слово «балка» означало деревянный брус, часто даже целый ствол дерева. Хотя дешевле и проще срубить дерево, чем построить каменную арку или куполообразный свод, раздобыть нужное количество больших деревьев тоже порой было нелегко, больше того, настали времена, когда длинные брусья стали редкостью. Вот тогда и возникла необходимость в поисках способов, которые позволили бы строить крыши из деталей небольшой длины.

В современном строительстве балки, прогоны, настилы, обрешетки и другие изгибаемые элементы следует рассчитывать на прочность и прогиб. Настилы и обрешетки под кровлю следует рассчитывать на следующие сочетания нагрузок:

а) постоянная и временная от снега (расчет на прочность и прогиб);

б) постоянная и временная от сосредоточенного груза 1 кН (100 кгс) с умножением последнего на коэффициент перегрузки n = 1,2 (расчет только на прочность).

При сплошном настиле или при разреженном настиле с расстоянием между осями досок или брусков не более 150 мм нагрузку от сосредоточенного груза следует передавать на две доски или бруска, а при расстоянии более 150 мм – на одну доску или брусок. При двойном настиле (рабочем и защитном, направленном под углом к рабочему) сосредоточенный груз следует распределять на ширину 500 мм рабочего настила.

Подрезка на опоре в растянутой зоне изгибаемых элементов из цельной древесины глубиной a ≤ 0,25h допускается при условии

A/bh<0,4МПа = 4 кгс/кв. см

где А – опорная реакция от расчетной нагрузки;

b и h – ширина и высота поперечного сечения элемента без подрезки.

Длина опорной площадки подрезки с должна быть не больше высоты сечения с, а длина скошенной подрезки с1 – не менее двух глубин а (рис. 40).

(Рис. 27) Скошенная подрезка конца балки.

В консольно-балочных прогонах шарниры следует осуществлять в виде косого прируба.

Передачу сосредоточенных нагрузок на несущие элементы конструкций следует осуществлять через их верхние грани.

Составным балкам на податливых связях следует придавать строительный подъем путем выгиба элементов до постановки связей. Величину строительного подъема (без учета последующего распрямления балки) следует принимать увеличенной в полтора раза по сравнению с прогибом составной балки под расчетной нагрузкой.

Брусчатые составные балки следует сплачивать не более чем из трех брусьев с помощью пластинчатых нагелей.

Клееным балкам с шарнирным опиранием следует придавать строительный подъем, равный пролета. В клееных изгибаемых и сжато-изгибаемых элементах допускается сочетать древесину двух сортов, используя в крайних зонах на 0,15 высоты поперечного сечения более высокий сорт, по которому назначаются расчетные сопротивления).

Пояса клееных балок с плоской фанерной стенкой следует выполнять из вертикально поставленных слоев (досок). В поясах балок коробчатого сечения допускается применять горизонтальное расположение слоев. Если высота поясов превышает 100 мм, в них следует предусматривать горизонтальные пропилы со стороны стенок.

Для стенок балок должна применяться водостойкая фанера толщиной не менее 8 мм.

Расчет на прочность элементов трехшарнирных рам в их плоскости допускается выполнять по правилам расчета сжато-изгибаемых элементов с расчетной длиной, равной длине полурамы по осевой линии.

Устойчивость плоской формы деформирования трехшарнирных рам, закрепленных по внешнему контуру, допускается проверять по формулам:

N/φFРАС ≤ RC

где RC – расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;

φ – коэффициент продольного изгиба, определяемый согласно формулам:

при гибкости элемента λ ≤ 70

φ = 1-a(λ/100)2

при гибкости элемента λ > 70

φ = A/λ2

где коэффициент а = 0,8 для древесины и а = 1 для фанеры,

коэффициент А = 3000 для древесины и А = 2500 для фанеры.

FНТ – площадь нетто поперечного сечения элемента;

FРАС – расчетная площадь поперечного сечения элемента, принимаемая равной:

При этом для рам из прямолинейных элементов, если угол между осями ригеля и стойки более 130º, и для гнутоклееных рам расчетную длину элемента следует принимать равной длине осевой линии полурамы. При угле между стойкой и ригелем меньше 130º расчетную длину ригеля и стойки следует принимать равной раздельно длинам их внешних подкрепленных кромок.

Криволинейные участки гнутоклееных рам (рис. 28) при отношении h/r ≥ 1/7 (h – высота сечения, r – радиус кривизны центральной оси криволинейного участка) следует рассчитывать на прочность по формуле

N/FНТ ≤ RC

где RC – расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон;

φ – коэффициент продольного изгиба, определяемый согласно вышеприведенным формулам;

FНТ – площадь нетто поперечного сечения элемента;

FРАС – расчетная площадь поперечного сечения элемента, принимаемая равной:

в которой при проверке напряжений по внутренней кромке расчетный момент сопротивления следует умножать на коэффициент kкв:

kкв = (1–0,5h/r)/(1–0,17h/r)

а при проверке напряжений по наружной кромке – на коэффициент kкн:

kкв = (1+0,5h/r)/(1+0,17h/r)

Расстояние z от центральной оси поперечного сечения до нейтральной оси следует определять по формуле

z = h2/12r

(Рис. 28) Расчетная схема к определению напряжений в криволинейной части гнутоклееных рам.

Свод – пространственная конструкция, перекрытие или покрытие сооружений, имеющее геометрическую форму, образованную выпуклой криволинейной поверхностью. Под нагрузкой свод подобно арке работает преимущественно на сжатие, передавая на опоры вертикальные усилия, а также во многих типах свода и горизонтальные (распор) усилия. Простейшим и наиболее распространенным является цилиндрический свод, опирающийся на параллельно расположенные опоры (стены, ряды столбов, аркады и т. п.). В поперечном сечении он представляет собой часть окружности эллипса, параболы и др. Два цилиндрических свода одинаковой высоты, пересекающиеся под прямым углом, образуют крестовый свод, который может опираться на свободностоящие опоры (столбы) на углах. Части цилиндрического свода – лотки, или щёки, опирающиеся по всему периметру перекрываемого сооружения на стены (или арки, балки), образуют сомкнутый свод. Зеркальный свод отличается от сомкнутого тем, что его верхняя часть (плафон) представляет собой плоскую плиту. Производной от свода конструкцией является купол. Отсечением вертикальными плоскостями частей сферической поверхности купола образуется купольный (парусный) свод (свод на парусах). Многочисленные разновидности основных конфигураций свода определяются различием кривых их сечений, количеством и формой распалубок и пр. (своды стрельчатые, ползучие, бочарные, сотовые и др.). Древнейшими являются так называемые ложные своды, в которых горизонтальные ряды кладки, нависая один над другим, не передают усилий распора. В IV–III тыс. до н. э. в Египте и Месопотамии появились цилиндрические своды, заимствованные архитектурой Древнего Рима, где также возводились сомкнутые и крестовые своды. В Византии применялись цилиндрические, парусные, крестовые своды, в частности при строительстве крестово-купольных храмов. В архитектуре Азербайджана, Индии, Китая, Средней Азии и Ближнего Востока обычно использовались стрельчатые своды. В Западной и Северной Европе в Средние века получили распространение крестовые своды, которые в готическом зодчестве приобрели стрельчатый характер и основной конструктивный элемент – нервюру. С древности своды выполнялись преимущественно из природного камня и кирпича. Величина прочности камня на изгиб ограничивала ширину пролета в стоечно-балочной конструкции примерно на 5 м. Применение сводов (в которых камень, работая не на изгиб, а на сжатие, обнаруживает более высокую прочность) позволило значительно увеличить размер пролетов. Со второй половины XIX в. своды нередко создавались на основе металлических конструкций. В XX в. появились различные типы монолитных и сборных железобетонных тонкостенных сводов-оболочек сложной конструкции, предназначенных для покрытий зданий и сооружений с большими пролетами. С середины XX в. распространяются также деревянные клееные сводчатые конструкции.