1.Достоинства и недостатки деревянных конструкций. Достоинства. 1)Большим достоинством древесины является ее возобновляемость (наличие быстрорастущих пород, как, например, тополь). Так называемая сезонность для древесины не имеет значения: деревянные конструкции можно изготовлять и собирать в любое время года, что имеет исключительное значение для бесперебойного строительства. 2)Древесина обладает высокой прочностью при небольшом весе, что дает ей существенное преимущество перед другими материалами. По коэффициентам качества (отношение предела прочности к объемному весу) древесина выдерживает сравнение с металлами и в некоторых случаях даже превосходит их. Однако древесина, в отличие от металлов, не обладает текучестью (пластические деформации весьма малы); в то же время она хорошо сопротивляется ударным и вибрационным нагрузкам. 3)Пористое строение древесины придает ей высокие теплоизоляционные свойства, вследствие чего деревянные стены жилых строений могут быть в 2 раза тоньше кирпичных (теплопроводимость вдоль волокон больше чем поперёк и составляет 0,12 Вт/м*С⁰). Ничтожное расширение от тепла позволяет при возведении протяженных сооружений отказаться от температурных швов, обязательных при других материалах (металл, железобетон)(коэф. Линейного расширения α вдоль волокон=4*10^-6*1⁰С, поперёк волокон=11*10^-6*1⁰С. 4)Древесина хорошо сопротивляется действию кислот и газов. Поэтому для перекрытия помещений некоторых химических производств, паровозных депо, вокзальных перронов рекомендуется преимущественное применение деревянных конструкций, так как металлы быстро разъедаются выделяемыми парами и газами. 5)Весьма ценными особенностями древесины, широко используемыми в практике, являются ее способность склеиваться и возможность быстрого соединения деталей из древесины гвоздями (гвоздимость). 6)К крупным преимуществам древесины как строительного материала относится также то, что она допускает перестройки и применение сборно-разборных конструкций, удобных для транспорта и монтажа. 7)Легкость обработки и соединении гвоздями делает возможным ускоренную обработку сырья и широкую механизацию при производстве элементов конструкций, что уменьшает сроки строительства и стоимость сооружении. 8)Древесина хорошо работает при циклических нагрузках. Недостатки. 1)Древесина обладает гигроскопичностью (способностью поглощать влагу из окружающего воздуха), что влечет за собой увеличение ее веса и размеров (разбухание), а также снижение прочности; при высыхании же древесины вес и размеры ее уменьшаются (у с у ш к а), а прочность возрастает. Следствием изменения размеров могут быть формоизменяемость (коробление) и растрескивание. Эти явления представляют отрицательные особенности древесины, однако в некоторых случаях разбухание используется как положительное свойство (тара под жидкие товары, деревянные трубы и т. п.) 2)Древесина способна гореть, что обусловливает ее легкую возгораемость. Однако при пожарах деревянные конструкции, в отличие от металлических, рушатся не сразу. 3)Как вещество органического состава, древесина может служить пищей для низших организмов (грибы), откуда проистекает ее способность загнивать при определенных условиях и подвергаться поражению насекомыми (червоточина). 4)Растительное происхождение древесины обусловливает большую изменчивость се свойств {например, предел прочности при сжатии вдоль волокон древесины сосны колеблется от 240 до 625 кг/см2, а древесины дуба— от 320 до 690 кг/смг и т. д.). 5)реологические свойства дерева (деформация и ползучесть) 6)искусственно завышенная цена некоторых материалов – элементов деревянных строительных конструкций, что неблагоприятно сказывается на общих накладных расходах 7)Более низкая сопротивляемость стихии, например ураганам 8)Более низкий срок службы из-за ограниченной прочности древесного материала и в связи с этим более сложный уход за ним.

2.Породы и матерьялы, применяемые в деревянных конструкциях Породы Деревянные конструкции изготовляют преимущественно из хвойных круглых и пиленых лесоматериалов, а ответственные детали (подушки, нагели, вкладыши) — из твердых пород древесины. В отдельных случаях допускается использовать лесоматериалы мягких (осина, тополь, ольха и др.) и малоценных твердых (береза, бук) лиственных пород. В клееных конструкциях применение мягколиственных пород не ограничено. Не допускается использовать древесину лиственницы и твердых пород в несущих гвоздевых конструкциях. Сосна — ядровая порода, ядро буровато-красного' цвета, заболонь желтовато-белого.Различают рудовую сосну, растущую на возвышенных песчаных местах, и мяндовую, растущую на низменных местах. Рудовая сосна имеет плотную мелкослойную смолистую древесину. У мяндовой сосны древесина крупнослойная, рыхлая с широкой заболонью и поэтому ниже качеством. Сосну используют для изготовления деревянных несущих конструкций, столбов, свай, шпал, столярных изделий, фанеры и т. д. Ель - Наибольшее хозяйственное значение имеют два вида ели — европейская (обыкновенная) и сибирская. Древесина ели имеет однородный белый цвет со слабым желтоватым оттенком, широкую заболонь и спелую древесину, не отличающуюся по цвету от заболони. Древесина ели мягкая, легкая, как у сосны, но с меньшим содержанием смолистых веществ, что снижает сопротивляемость ее загниванию. Наличие в древесине ели большого количества твердых сучков затрудняет ее механическую обработку.Применяют ель для тех же целей, что и сосну, но с учетом ее пониженной стойкости к загниванию. Лиственница имеет ядро красновато-бурого цвета и узкую заболонь белого цвета. Древесина лиственницы мелкослойная. Прочность, твердость и средняя плотность лиственницы выше, чем у сосны и ели, примерно на 30 %. Она отличается повышенной глиностойкостыо, но склонна к растрескиванию. Лиственница особенно ценится в гидротехническом строительстве и мостостроении; из нее изготовляют шпалы и рудничные стойки. Лиственница произрастает главным образом в Сибири и на Дальнем Востоке, что ограничивает ее использование в центральной зоне страны Кедр имеет ядро светло-бурого цвета и широкую заболонь, мало отличающуюся по цвету от ядра. Древесина кедра мягкая и легкая, ее механические свойства ниже, чем сосны. Применяют кедр в виде круглого леса и пиломатериалов, для столярных изделий и отделки мебели — в виде декоративной фанеры. Пихта по древесине схожа с елью, но не имеет смоляных ходов. Легко загнивает, поэтому в строительстве применяют наравне с елью, но не используют во влажных условиях эксплуатации. Лиственные породы. Лиственные породы имеют стволы менее правильной формы и более сбежистые, чем хвойные. В строительстве более широкое применение получили дуб, ясень, береза, осина, ольха, бук, липа, тополь. Дуб— кольцесосудистая порода, имеющая ярко выраженное ядро от светло- до темно-бурого цвета и узкую светло-желтую заболонь. Древесина дуба характеризуется высокой прочностью и стойкостью против гниения, красивой текстурой и цветом, но дает значительную усушку и склонна к растрескиванию. В строительстве дуб используют для изготовления ответственных конструкций в гидротехнических сооружениях, в мостостроении, а также для изготовления паркета, ножевой фанеры столярых изделий (оконные переплеты, двери и т.п.) и ответственных деталей несущих конструкций, в особенности работающих под нагрузкой, направленной поперек волокон (опорные подушки, прокладки, шпонки и др.). Для отделочных и декоративных работ ценным является мореный дуб черного или темно-серого цвета, который получают при длительном выдерживании дуба под водой. Ясень — ядровая порода, по виду и строению древесины напоминает древесину дуба, но более светлой окраски. Древесина ясеня отличается высокой прочностью и вязкостью, малой склонностью к растрескиванию, красивой текстурой, хорошо сохраняется на воздухе и в воде, но легко загнивает в условиях переменной влажности. Применяют наравне с дубом, но в условиях, не опасных для гниения. Береза является самой распространенной в наших лесах лиственной породой. Порода заболонная, имеет древесину белого цвета с легким желтоватым или красноватым оттенком, твердую и прочную, но легко загнивающую, особенно в условиях повышенной влажности. Из нее изготовляют фанеру, некоторые столярные изделия и т. п. Карельскую березу, имеющую свилеватое расположение волокон, широко используют в отделочных работах и мебельном производстве. Осина — заболонная порода, как и береза, произрастает повсеместно. Древесина осины однородного белого цвета, мягкая, легкая, менее прочная, чем у березы. При высыхании не коробится и мало трескается, но во влажном состоянии легко загнивает. В строительстве ее используют для возведения временных сооружений, а также для получения фанеры. Бук — спелодревесная порода. Древесина бука белого цвета с красноватым оттенком, очень прочная, с красивой текстурой на радиальном разрезе, хорошо гнется, но подвержена загниванию в условиях повышенной и переменной влажности, а при высушивании — короблению и растрескиванию. Бук применяют для изготовления паркета, фанеры, шпал и т. п., а также в мебельном производстве. Ольха — заболонная порода с мягкой древесиной, склонной к загниванию. Используют как и березу. Другие лиственные породы (липа, клен, тополь) в строительстве используют как местные материалы и главным образом для временных и неответственных построек и подсобно-вспомогательных изделий, а также в других отраслях народного хозяйства. Материалы. В несущих и ограждающих конструкциях применяют древесину, древесные пластики и плиты, стеклопластики, термопласты, тепло- и звукоизоляционные материалы и изделия, синтетические ткани, металлы, асбестоцемент и клеи, а также материалы для защиты древесины от влаги, биологического и химически агрессивного воздействия, огня.

3.Строениедревесины Основная масса древесины состоит из древесных волокон, расположенных вдоль ствола. Волокна состоят из удлинённых пустотелых оболочек отмёрших клеток – трахеидов. (мкм) Трахеида состоит из органического веществ – целлюлозы и легнина. Древесные волокна распологаются концентрическими слоями вокруг оси ствола образуя годичные слои толщиной в зависимости от древесины от 1 до 10 мм. Каждый годичный слой состоит из двух частей – Ранний слой («весенний», располог. внутри, более широкий и светлый, состоит из мягкой древесины) и Поздний слой («осенний» - наружний слой,узкий, более тёмный). Рассматривая структуру древесины, мы замечаем, что на некоторых участках однородность древесины нарушена и прочность снижена. Эти участки называют пороками. Основные пороки – гниль, трещины, сучки. Волокна, обходя сучки, образуют завиток. Сучки допускаются как пороки, но размеры их ограничены.

Древесина бывает I, II и III сорта. Требования к древесине каждого сорта даны ГОСТом. I сорт – допускается косослой 7%; диаметр сучков не больше ¼ ширины элемента;II сорт – допускается косослой 10%; диаметр сучков не больше ⅓ ширины;III сорт – допускается косослой 15%; диаметр сучков не больше ½ ширины. Изучая макроскопическое строение древесины, можно обнаружить, что у одних пород древесина окрашена равномерно, а у других центральная часть темнее наружной. Темноокрашенная часть называется ядром, а наружная светлая зона - заболонью. У некоторых пород центральная часть, не отличаясь по цвету от наружной, содержит (в растущем дереве) значительно меньше воды и называется спелой древесиной. Породы, имеющие ядро, называются ядровыми, а породы со спелой древесиной - спелодревесными. Если же между центральной и периферической частями древесины нет разницы ни в цвете, ни в содержании воды, то породы называются забеленными. Окрашенное ядро среди хвойных пород имеют лиственница, сосна, кедр, тис, можжевельник; среди лиственных - дуб, ясень, вяз, ильм, карагач, грецкий орех, тополь, ива, рябина и др. К заболонным породам относятся многие лиственные - береза, ольха, липа, граб, клен, самшит, груша, орешник и др. Спелую древесину среди хвойных пород имеют ель и пихта, а среди лиственных - бук, осина и некоторые другие. Строение – 1-кора 2-слой из живых клеток 3-заболонь (жёлтая часть) 4-ядро 5-сердцевина. Между корой и древесиной находится тонкий слой живых клеток, видимый только под микроскопом, называется камбием. Ежегодно он формирует годичный слой. Плотность и прочность зависит от содержания поздней древесины, кот. Должна быть в пределах 20% для конструкций древесины. Химический состав древесины – не зависит от породы дерева. Органическое вещество абсолютно сухой древесины содержит в среднем С – 49,5% О₂ – 44,2% (с применением азота) Н₂ - 6,3%. Эти химические элементы образуют сложные соединения: Целлюлозу 48-56%, Гемицеллюлозу 23-26%, Легмин 23-26%. Кроме этих элементов, входящих в состав клеточных оболочек, в состав древесины входят еще неорганические соединения, которые при сгорании образуют залу. Все остальные вещества называют экстрактивными (эферические масла, смолы и дубильные вещества).

4.Прочность, жёсткость и твёрдость древесины К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твердость, жесткость, ударная вязкость и другие. Прочность -способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20...25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см2. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности. Прочность древесины при растяжении поперек волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперек волокон. Прочность древесины на растяжение поперек волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины. Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперек волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твердой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой. Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2. Прочность древесины при сжатии поперек волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперек волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза. Древесину испытывают на сжатие поперек волокон в радиальном и тангентальном направлениях. У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангентальном; у хвойных - наоборот, прочность выше при тангентальном сжатии. Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние - растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочности при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон. Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперек волокон и перерезание. Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангентальной плоскости на 10...30% выше, чем по радиальной. Предел прочности при скалывании поперек волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперек волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.Твердость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определенной формы. Твердость торцовой поверхности выше твердости боковой поверхности (тангентальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твердости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие - торцовая твердость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твердые - торцовая твердость 40,1 - 80 МПа (лиственница, сибирская береза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клен, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твердые - торцовая твердость более 80 МПа (акация белая, береза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис). Твердость древесины имеет существенное значение при обработке ее режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

5.Влажность древесины Влажность - свойство древесины, характеризующее количество содержащейся в ней влаги. Структура древесных волокон такова, что влага лучше всего проникает через торцевые поверхности. Влага, находящаяся в полостях клеток и межклеточном пространстве, называется свободной, а в клеточных стенках - связанной или гигроскопической. Под относительной влажностью подразумевается соотношение массы заключенной в ней влаги к массе сухой древесины. По степени влажности древесина может быть абсолютно сухой (влажность равна 0%), комнатно - сухой (влажность от 8 до 15%), воздушно - сухой (влажность от 16 до 20 %), полусухой (влажность от 21 до 23 %), сырой (влаги более 23 %), свежесрубленной (влажность от 40 до 75 %) и мокрой (влажность более 75 %). В древесине содержатся три вида влаги: связанная (гигроскопическая), свободная (капиллярная) и химически связанная. Древесина обладает свойством гигроскопичности — способностью изменять свою влажность в зависимости от температуры и влажности окружающей ее среды. Влагу из воздуха могут поглощать только клеточные стенки — микрофибриллы, поэтому связанная (гигроскопическая) влага находится в оболочках клеток. Максимальное количество связанной влаги, которое может находиться в клеточных стенках, называется пределом насыщения волокон древесины или пределом гигроскопичности. Предел гигроскопичности практически не зависит от породы древесины и при комнатной температуре (20°С) составляет 30%. При повышении температуры воздуха предел гигроскопичности понижается. При этом часть влаги, которая содержится в стенках клеток, перемещается в полости клеток и превращается в свободную влагу. Свободная влага находится в полостях клеток и межклеточных пространствах. Предельное количество свободной влаги, которое может содержаться в древесине, зависит от того, как велик объем пустот, который может быть заполнен водой, то есть от плотности древесины. Химически связанная влага входит в химический состав древесины. Ее количество невелико и составляет 2—3%. Химически связанная влага может быть удалена из древесины только при ее глубокой (химической) переработке. У лиственных пород изменение влажности по диаметру более равномерное, чем у хвойных пород. По высоте ствола у хвойных пород влажность заболони увеличивается от комля к вершине, а влажность ядра не изменяется. У лиственных пород от комля к вершине влажность заболони не изменяется, а влажность ядра вверх по стволу снижается. Колебания влажности в течение года больше, а влажность выше у молодых деревьев, чем у старых. Минимальное количество влаги содержится в деревьях в летние месяцы (июль — август), а максимальное - в зимний период (ноябрь — февраль). Содержание влаги в деревьях изменяется в течение суток: днем влажность меньше, чем утром и вечером.

Уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании называется усушкой. Усушка начинается после удаления всей свободной влаги и с начала удаления связанной (гигроскопической) влаги.

Усушка древесины по разным направлениям разная. Микрофибриллы в клеточной оболочке расположены преимущественно вдоль оси клетки, а связанная влага заполняет промежутки между микрофибриллами. При удалении связанной влаги из древесины больше изменяются поперечные размеры в радиальном и тангенциальном направлениях. В тангенциальном направлении усушка в 1,5—2 раза больше, чем в радиальном. Усушка в продольном направлении значительно меньше поперечной усушки, и ей обычно пренебрегают.

Максимальная усушка при удалении всей гигроскопической влаги называется полной. Полная усушка происходит при уменьшении влажности древесины от предела гигроскопичности до абсолютно сухого состояния (до 0%). Полная усушка древесины в продольном направлении составляет 0,1—0,3%, в радиальном — 3—5% и в тангенциальном направлении 6—10%. Величина усушки пропорциональна плотности - чем выше содержание клеточных стенок в единице объема, тем больше усушка, т.е. чем больше плотность древесины, тем больше усушка. малоусыхающие (коэффициент объемной усушки не более 0,4%): ель сибирская и обыкновенная, кедры сибирский и корейский, пихта сибирская, тополь белый; среднеусыхающие (коэффициент объемной усушки от 0,4 до 0,47%): вяз, дуб, бук восточный, липа мелколистная, осина, ольха черная, пихта белокорая, кавказская и маньчжурская, ясень, тополь черный; сильноусыхающие (коэффициент объемной усушки 0,47% и более): бук восточный, березы плакучая и белая, граб, лиственницы сибирская и даурская, клен остролистный.

6. Защита деревянных конструкций от гниения. Сохранность конструкций и сооружений во многом зависит от умения предотвратить загнивание древесины и поражений её древоточцами. В основе процесса гниения лежит: I – химическое превращение целлюлозы в глюкозу – гидратация целлюлозы; II – глюкоза, окисляясь, превращается в углекислый газ и воду.В результате этих химических реакций мы замечаем, что при загнивании единицы объёма древесины выделяется влага, способная увлажнить в 6 раз больше. Анализируем условия, благоприятные для жизнедеятельности грибов – влажность древесины от 18% до 70%, температура от 5˚С до 45˚С, кислород. Исключая одно из этих условий, приходим к защите древесины. Борьба с увлажнениями составляет основную суть строительных мероприятий. В силу этого возникает мысль установить основные источники увлажнения древесины в конструкциях: 1) непосредственное увлажнение древесины (изготовление конструкций из сырой древесины; в процессе транспортации и монтажа; в процессе эксплуатации) – в результате выходит из строя кровля. 2) гидрологическое увлажнение – при отсутствии надёжной гидроизоляции между фундаментом и наземными деревянными конструкциями. 3) конденсационное увлажнение – систематическая конденсация возникает на поверхности ограждающей конструкции отапливаемых зданий. При недостаточной теплоизоляции и неправильном расположении пароизоляции в ограждении. Перечисленные види увлажнения показывают возможность увлажнения конструкций, не допуская их при правильном проектировании, возведении и эксплуатации конструкций. Создание сквозного проветривания благоприятно сказывается на усыхании древесины. При влажности воздуха менее 75% влажность древесины всегда будет ниже 18%.Технологические меры защиты древесины сводятся к обработке химическим составом. Такая обработка осуществляется как в начальной стадии изготовления конструкций, так и в конечной, и заключается в глубокой пропитке древесины или поверхности её покрытия.

7. Защита деревянных конструкций от возгорания. Возникновению пожаров и распространению огня в зданиях с деревянными конструкциями способствует технологическое оборудование и принадлежности, а так же хранящиеся материалы и инвентарь. В условиях повышенной температуры происходит термическое разложение древесины с выделением: углеводорода, окиси угля, окиси азота, кислорода и т.д. Начинается разложение древесины при температуре 150˚-160˚. Огнестойкость конструкции – способность её в условиях пожара длительно сохранять свои эксплуатационные качества. Предел огнестойкости – время от начала горения до потери несущей способности конструкции, или до повышения температуры на необгоревшей стороне ограждающих элементов выше 140˚. Для огнестойкости деревянных конструкций существенную роль играет скорость прогорания древесины вглубь. Эта величина ν = 0,6 – 1 мм/мин. Противопожарными нормами для расчёта огнестойкости скорости прогорания для элементов сечения 120х120 мм и более принята ν = 0,7. Защита деревянных конструкций от горения делится на 2 вида мероприятий: строительные и технологические. Строительные – профилактические.

8. Метод расчёта элементов деревянных конструкций по предельным состояниям. Данный метод разработан в 1955 г. в СССР и является самым прогрессивным методом. В нём более понятно и правильно оценивается несущая способность конструкций и надёжность их работы под нагрузкой. Это достигается чётким установлением пределов допустимой работы конструкции. Предельное состояние – это такое состояние, при достижении которого конструкция перестаёт удовлетворять эксплуатационные требования, т.е. теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам, или получают недопустимые деформации. Различают 2 группы предельных состояний: при достижении предельных состояний I группы конструкции теряют несущую способность (прочность или устойчивость). Основные условия при расчёте по I группе предельных состояний может быть представлена в виде неравенства:

Σⁿ_i=1n_i * Nⁿ_i ≤ f(S, γ_s, γ_d*m_gn Rⁿ ) – это сумма расчётных усилий в элементе от нагрузок в наиболее неблагоприятных условиях, комбинациях. S – характеризует геометрическую характеристику сечения (площадь, момент сопротивления и т.д.) зависящую от напряжённого состояния. R^{n –} нормативное сопротивление материала с коэфицентами, учитывающие: m_gn – длительный характер работы конструкции и необходимую надёжность этой конструкции. Это основное условие может быть представлено следующей формулой: σ ≤ R (прочность) σ ≤ σ_кр (устойчивость) При расчёте на прочность напряжение, возникающее от расчётной величины внешних нагрузок не должны превышать расчётного сопротивления материалов. При расчёте на устойчивость напряжение, возникающее от внешних нагрузок не должно превышать критических напряжений. Требования расчёта по II группе предельных состояний сводятся в тому, чтобы деформации (перемещения) от воздействия нормативных нагрузок не превышали допустимые значения, установленные в СниПе II-25-80 (таблица 16)f/l ≤[f/l] 9. Нормативные и расчётные сопротивления, нагрузки, сочетания нагрузок. Основными характеристиками прочности являются нормативное и расчётное сопростивление (R^н, R). R^н устанавливается на основании данных кратковременных испытаний образцов натуральных лесоматериалов в целом виде, где за нормативное значение принимается наименьшая величина прочности. R вычисляется по формуле: R = (R^н/( γ_sγ_d))* m_gn, где: γ_s – коэфицент надёжности по условиям работы γ_d – коэфицент надёжности по материалам m_gn = 0,66 – коэфицент длительного сопротивления, который предусматривает совместное действие постоянных и временных снеговых нагрузок. Нагрузки, в зависимости от продолжительности их действия делятся на временные и постоянные. Постоянные: вес зданий, частей здания, вес и давление грунтов. Временные делятся на: длительные, кратковременные, особые. Длительные – вес временных перегородок, вес стационарного оборудования. Кратковременные – вес людей, ремонтных материалов, снеговые, ветровые, от подвижного оборудования. Особые – сейсмические нагрузки, воздушные, взрывные нагрузки, возникающие при авариях оборудования. По величине нагрузки делятся на нормативные и расчётные. Нормативные – это среднестатистические величины по многолетним и многократным наблюдениям, которые приведены в СНиПе2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».Одновременное воздействие одной или нескольких временных нагрузок учитывается путём сочетания нагрузок: основные и особые.В основных сочетаниях при 2-х и более кратковременных расчётные величины этих нагрузок умножаются на коэфицент сочетания 0,9.При составлении особых сочетаний расчётные величины кратковременных нагрузок или соответствующих им усилий умножаются на коэфицент сочетаний 0,8.

10. Расчет элементов на центральное сжатие. Подбор сечения

Анализ предельных состояний показывает, что при центральном сжатии элемент достигает два предельных состояния и оба первой группы.

1расчет на прочность.

Сигма меньше или равно Rc- прочность.

2расчет на устойчивость.

Сигма меньше или равно сигма кр. – устойчивость.

4.2 Центрально сжатые элементы

Разрушение центрально сжатых стержней может произойти от потери прочности или от потери устойчивости. Проверку прочности стержня делают в наиболее ослабленном сечении по формуле:

N/Fнт £ Rс (5)

Проверку устойчивости стержня делают в зоне, опасной на продольный изгиб, по формуле:

N/jFрасч £ Rс (6)

где N - расчетное продольное усилие в стержне;

Rс - расчетное сопротивление сжатию древесины вдоль волокон;

Fнт = Fбр - Fосл - площадь сечения нетто, определяемая как и для растянутых элементов;

Fрасч - расчетная площадь поперечного сечения элемента при проверке устойчивости.

Входящий в формулу (6) коэффициент продольного изгиба j представляет собой отношение критического напряжения sкр, то есть напряжения, при котором стержень теряет устойчивость, к пределу прочности Rпр древесины на сжатие вдоль волокон и выражается формулой:j = sкр/Rпр = p2E/l2 * 1/Rпр (7) Здесь критическое напряжение определено но формуле Эйлера sкр = p2E/l2 , действительной в пределах пропорциональности материала, то есть при напряжениях, примерно, не выше sп.п. = 0,5R = 175 кг/см2 и гибкостях не менее

l = Ö p2E/sп.п. » 75

В выражение коэффициента j входит отношение E/Rпр модуля упругости к пределу прочности материала. По исследованиям ЦНИПС это отношение для древесины не зависит ни от породы и степени влажности, ни от длительности действия нагрузки; его можно считать постоянным и равным E/Rпр = 312. Подставив эту величину в формулу (7), находим j = 3100/l2, при l > 75 (8) Полученная зависимость не будет действительной за пределами пропорциональности материала, так как модуль упругости древесины уменьшается и отношение E/Rпр становится переменным.

Коэффициент продольного изгиба за пределом пропорциональности на основании исследований ЦНИПС определяют по формуле Д. А. Кочеткова j = 1 – 0.8*(l/100) 2 , при l £ 75 (9)

В формулах (8) и (9) единственным аргументом является гибкость стержня l = lо/r, то есть отношение расчетной длины к радиусу инерции поперечного сечения стержня в плоскости его возможного выгиба при потере устойчивости. Расчетная длина стержня lо зависит от способа закрепления его концов. Если оба конца закреплены шарнирно, то расчетная длина равняется действительной (1о=1). При неподвижном закреплении одного конца элемента и другом шарнирном расчетная длина принимается 1о=0,81. При обоих неподвижно закрепленных концах 1о=0.651. Если один конец элемента закреплен неподвижно, а другой свободен, lо=2l; для последнего случая при распределении нагрузки по всей длине lо =1,12l.

Радиус инерции сечения стержня определяется по общей формуле: r = Ö Iбр/Fбр (10) Для прямоугольного сечения г=0,289/h, где h - сторона сечения в плоскости возможного выпучивания стержня.Для круглого сечения r = 0,25d, где d = диаметр стержня в середине опасной зоны или у защемленного конца.Центрально сжатые стержни менее чувствительны к порокам древесины, чем растянутые, и выполняются из древесины второй категории. Концентрация напряжений в сжатых элементах тоже не столь опасна, как в растянутых. Объясняется это наличием пластичности в работе древесины на сжатие, способствующей выравниванию напряжений в местах их концентрации, что предотвращает преждевременное разрушение материала.

Деформации, происходящие от провисания под действием собственного веса или от вибраций, снижают несущую способность сжатых элементов, а потому должны быть ограничены. Для этого гибкость сжатых элементов по нормам не должна превышать:

а) основных элементов (поясов, опорных стоек и опорных раскосов ферм, колонн) - 120;

б) второстепенных элементов - 150; в) связей - 200.