Итак имеется ячейка с размерами в свету 50х50 см, которую планируется зашить фанерой толщиной h = 1 см (вообще-то согласно ГОСТ 3916.1-96 толщина фанеры может быть 0.9 см, но мы для упрощения дальнейших расчетов будем считать, что у нас фанера толщиной 1 см), на фанерный лист будет действовать плоская нагрузка 300 кг/м 2 (0.03 кг/см 2). На фанеру будет наклеиваться керамическая плитка, а потому очень желательно знать прогиб фанерного листа (расчет фанеры на прочность в данной статье не рассматривается).
Соотношение h/l = 1/50, т.е. такая пластина является тонкой. Так как мы технически не сможем обеспечить такое крепление на опорах, чтобы лаги воспринимали горизонтальную составляющую опорной реакции, возникающую в мембранах, то и рассматривать фанерный лист, как мембрану, не имеет смысла, даже если ее прогиб будет достаточно большой.
Как уже отмечалось , для определения прогиба пластины можно воспользоваться соответствующими расчетными коэффициентами. Так для квадратной плиты с шарнирным опиранием по контуру расчетный коэффициент k 1 = 0.0443 , а формула для определения прогиба будет иметь следующий вид
f = k 1 ql 4 /(Eh 3)
Формула вроде бы не сложная и почти все данные для расчета у нас есть, не хватает только значения модуля упругости древесины. Вот только древесина - анизотропный материал и значение модуля упругости для древесины зависит от направления действия нормальных напряжений.
Так, если верить нормативным документам, в частности СП 64.13330.2011, то модуль упругости древесины вдоль волокон Е = 100000 кгс/см 2 , а поперек волокон Е 90 = 4000 кг/см 2 , т.е. в 25 раз меньше. Однако для фанеры значения модулей упругости принимаются не просто, как для древесины, а с учетом направления волокон наружных слоев согласно следующей таблицы:
Таблица 475.1 . Модули упругости, сдвига и коэффициенты Пуассона для фанеры в плоскости листа
Можно предположить, что для дальнейших расчетов достаточно определить некое среднее значение модуля упругости древесины, тем более, что слои фанеры имеют перпендикулярную направленность. Однако такое предположение будет не верным.
Более правильно рассматривать соотношение модулей упругости, как соотношение сторон, например для березовой фанеры b/l = 90000/60000 = 1.5, тогда расчетный коэффициент будет равен k 1 = 0.0843, а прогиб составит:
f = k 1 ql 4 /(Eh 3) = 0.0843·0.03·50 4 /(0.9·10 5 ·1 3) = 0.176 см
Если бы мы не учитывали наличие опирания по контуру, а производили расчет листа, как простой балки шириной b = 50 см, длиной l = 50 см и высотой h = 1 см на действие равномерно распределенной нагрузки,то прогиб такой балки составил бы (согласно расчетной схеме 2.1 таблицы 1):
f = 5ql 4 /(384EI) = 5·0.03·50·50 4 /(384·0.9·10 5 ·4.167) = 0.326 см
где момент инерции I = bh 3 /12 = 50·1 3 /12 = 4.167 см 4 , 0.03·50 - приведение плоской нагрузки к линейной, действующей по всей ширине балки.
Таким образом опирание по контуру позволяет уменьшить прогиб почти в 2 раза.
Для пластин, имеющих одну или несколько жестких опор по контуру, влияние дополнительных опор, создающих контур, будет меньше.
Например, если лист фанеры будет укладываться на 2 смежные ячейки, и мы будем рассматривать его как двухпролетную балку с равными пролетами и тремя шарнирными опорами, не учитывая опирание по контуру, то максимальный прогиб такой балки составит (согласно расчетной схемы 2.1 таблицы 2):
f = ql 4 /(185EI) = 0.03·50·50 4 /(185·0.9·10 5 ·4.167) = 0.135 см
Таким образом укладка фанерных листов как минимум на 2 пролета позволяет уменьшить максимальный прогиб почти 2 раза даже без увеличения толщины фанеры и без учета опирания по контуру.
Если учитывать опирание по контуру, то мы имеем как бы пластину с жестким защемлением по одной стороне и шарнирным опиранием по трем остальным. В этом случае соотношение сторон l/b = 0.667 и тогда расчетный коэффициент будет равен k 1 = 0.046 , а максимальный прогиб составит:
f = k 1 ql 4 /(Eh 3) = 0.046·0.03·50 4 /(0.9·10 5 ·1 3) = 0.096 см
Как видим, разница уже не столь значительная, как при шарнирном опирании по контуру, но в любом случае почти двукратное уменьшение прогиба при наличии жеского защемления по одной из сторон может оказаться очень полезным.
Ну а теперь мне хотелось бы сказать пару слов о том, почему модули упругости для фанеры различаются в зависимости от направления волокон, ведь фанера такой хитрый материал, в котором направления волокон в соседних слоях перпендикулярны.
Определение модуля упругости фанерного листа. Теоретические предпосылки
Если предположить, что модуль упругости каждого отдельно взятого слоя фанеры зависит только от направления волокон и соответствует модулю упругости древесины, т.е. пропитка, прессовка во время изготовления и наличие клея на значение модуля упругости не влияют, то сначала следует определить моменты инерции для каждого из рассматриваемых сечений.
В фанере толщиной 10 мм как правило имеется 7 слоев шпона. Соответственно каждый слой шпона будет иметь толщину примерно t = 1.43 мм. В целом приведенные сечения относительно перпендикулярных осей будут выглядеть примерно так:
Рисунок 475.1 . Приведенные сечения для фанерного листа толщиной 10 мм.
Тогда, принимая ширину b = 1, а b" = 1/24, мы получим следующие результаты:
I z = t(2(3t) 2 + t(2t 2) + 4·t 3 /12 + 2t(2t 2)/24 + 3t 3 /(24·12) = t 3 (18 + 2 + 1/3 + 1/3 + 1/96) = 1985t 3 /96 = 20.67t 3
I x = t(2(3t) 2 /24 + t(2t 2)/24 + 4·t 3 /(12·24) + 2t(2t 2) + 3t 3 /12 = t 3 (18/24 + 2/24 + 1/72 + 8 + 6/24) = 655t 3 /72 = 9.1t 3
Если бы модули упругости были одинаковыми во всех направлениях, то момент инерции относительно любой из осей составлял бы:
I" x = t(2(3t) 2 + t(2t 2) + 4·t 3 /12 + 2t(2t 2) + 3t 3 /12 = t 3 (18 + 2 + 1/3 + 8 + 1/4 =43 3 /12 = 28.58t 3
Таким образом, если не учитывать наличие клея и других вышеперечисленных факторов соотношение модулей упругости составило бы 20.67/9.1 = 2.27, а при рассмотрении фанерного листа, как балки, модуль упругости вдоль волокон наружных слоев составил бы (20.67/28.58)10 5 = 72300 кгс/см 2 . Как видим, технологии, используемые при изготовлении фанеры, позволяют увеличить расчетное значение модулей упругости, особенно при прогибе листа поперек волокон.
Между тем, соотношение расчетных сопротивлений при изгибе вдоль и поперек волокон наружных слоев (которые тоже можно рассматривать, как соотношение моментов инерции) гораздо ближе к определенному нами и составляет примерно 2.3-2.4.
Фанера - это прочный, многослойный материал из натуральной древесины. Физико-механические свойства и технические характеристики фанеры обусловлены самим процессом ее производства. А именно, нечетное количество листов тонкого древесного шпона склеиваются между собой с помощью клея.
Листы шпона располагаются таким образом, чтобы направление волокон древесины шло перпендикулярно друг другу. Это делает фанеру очень прочной на излом, растяжение и сколы (см. таблицу ниже).
Благодаря таким параметрам и доступной стоимости, устройство пола из фанеры часто используется в строительстве.
Предел прочности фанеры на изгиб
Спецификация на фанеру - таблица
Березовая, хвойная, ламинированная и комбинированная
(ТУ 5512-001-44769167-02 и ТУ 5512-002-44769167-98).
Следует отметить, что ввиду того, что фанера долгое время оставалась почти единственным доступным нашим соотечественникам материалом, она применялась повсеместно. Это, в свою очередь, привело к появлению различных видов и типов фанеры.
Разновидности фанеры
Виды фанеры определяются сферой ее назначения:
- строительная;
- мебельная;
- конструкционная;
- промышленная;
- упаковочная.
Типы фанеры зависят от применяемого в производстве клея:
- ФК - фанера водостойкая. При ее изготовлении используется кабамидный клей;
- ФСФ - фанера повышенной влагостойкости. Здесь листы шпона склеены между собой с применением фенолформальдегидного клея;
- ФБА - фанера неводостойкая. В данном случае для склеивания шпона использовался альбуминоказеиновый клей. Фанера ФБА обладает незначительной влагостойкостью, но очень ценится теми, кто на первый план выводит экологичность материала;
- ФБ - фанера, которая благодаря применению бакелитового лака может применяться в особенно влажных условиях и в воде.
И это только основные виды фанеры. Выделяют еще много ступеней классификации, в зависимости от толщины листа, количества слоев, вида древесины, сорта, степени отделки и вида дополнительной обработки.
1. Использование фанеры для устройства пола «+» и «-»
Преимущества фанеры:
- фанера, в отличие от ОСБ и ДВП относится к натуральным материалам, а не переработанным отходам производства. Следовательно, она более экологична;
- показатели влажности фанеры находятся в пределах 12-15%;
- фанера принимает на себя основной удар от переменных нагрузок. Таким образом, стяжка сохраняет свою целостность, а древесина получает микротрещины. Впрочем, они на качество пола не оказывают влияния;
- благодаря тому, что фанера изготавливается из древесины, она лучше контактирует с напольными покрытиями. Как следствие, срок эксплуатации последних увеличивается;
- фанера дает возможность получить пол, который будет соответствовать заданным характеристикам (плоскостность, качество поверхности) с меньшими затратами времени и ресурса;
- укладка фанеры на пол не требует особой подготовки и может выполняться в несколько этапов;
- фанера играет роль своеобразного утеплителя, позволяя снизить теплопотери через бетонную стяжку и плиты перекрытия;
- при значительном перепаде высоты по полу, использование стяжки не рекомендуется ввиду большого веса и стоимости. А вот фанера, напротив, будет идеальным вариантом;
- в зависимости от сорта и качества шлифовки, фанера может быть использована при устройстве чернового и чистового пола.
Но:
- фанера не подходит для помещений с существенным перепадом температур (например, для дач или домов не постоянного проживания), а также с высоким уровнем влажности (в ванной, бане, сауне, бассейне).
2. Какую фанеру стелить на пол
Для начала стоит уточнить два важных фактора.
- Первый момент - для какого вида пола предназначена фанера . Ведь пол, по сути, представляет собой двухслойную конструкцию, которая состоит из чернового (подкладочного) и чистового (лицевого) слоев покрытия.
- Второй момент - в какой комнате стелить фанеру . Так, например, в жилом помещении, а тем более спальне или детской комнате, допустимо использовать только фанеру марки ФК. В ее составе нет формальдегида. Следовательно, ее применение абсолютно безопасно, при удовлетворительных показателях влагостойкости. В производственном помещении с хорошей вентиляцией допустимо использовать фанеру марки ФСФ. Но только 1 класса эмиссии. Класс означает, что содержание формальдегида не превышает 100 мг. на 1 кг. листа фанеры.
В зависимости от вышеперечисленных моментов и будет решаться вопрос о том, какая фанера на пол лучше (какую использовать для пола).
3. Какую фанеру выбрать для пола
Выбирая фанеру на пол следует обратить внимание на параметры:
- марка фанеры . Как уже отмечалось, для жилых помещений лучше приобретать фанеру марки ФК. Ее показатели влагостойкости вполне отвечают условиям эксплуатации в жилых помещениях;
- класс фанеры (класс эмиссии). Для пола пригоден только класс Е-1;
- сорт фанеры для пола . Фанеру делят на 4 сорта. При этом стороны листа могут иметь разный сорт. Маркируется это так 1/1, 1/2, 2/2 и т.д. Для чернового пола годится фанера 3 и 4 сортов. Для чистового - 1 или 2 сорт;
- влажность фанеры . Качественным является лист с показателем влажности 12-15%;
- количество слоев фанеры . Толщина шпона в листе фанеры составляет от 1,7 до 1,9 мм. Следовательно, их количество определяет толщину листа. Чем больше слоев имеет лист, тем более прочным он является. Однако толщина фанеры выбирается с учетом ее назначения. Так для чернового пола нужна фанера толщиной 12-18 мм, для чистового 10-12 мм. При использовании фанере на производстве - не менее 25 мм. Обратите внимание, если фанера будет настилаться в два слоя, то толщина листа должна быть разделена на два;
- производитель фанеры . Европейские или отечественные производители предлагают материал хорошего качества. А вот фанера китайского производства вызывает нарекания со стороны пользователей и часто не отвечает заявленным характеристикам.
4. Укладка фанеры на пол
4.1 Фанера для чернового пола
Настелить черновой пол из фанеры - это самый быстрый, доступный и простой способ, имеющий к тому же несколько разновидностей.
.
Лист толщиной 10-12 мм. приклеивается на основание. Он используется при наличии ровной бетонной стяжки нормального качества. Главное, при укладке не забыть о деформационных швах. Зазор в 3-4 мм. между листами, а также между листом и стеной позволит фанере играть и приспосабливаться к окружающим условиям.
Такой способ монтажа может быть применен при перепаде высот. Достаточно использовать специальные крепежные элементы.
Регулируемые полы из фанеры не требуют установки лаг, а перепад высот нивелируется крепежом, расположенным под фанерой.
Материал подготовлен для сайта www.сайт
Укладка фанеры на лаги или на балки перекрытия
.
Фанера, толщиной свыше 12 мм. крепится на подготовленное основание. Способ трудоемкий, обычно используется тогда, когда нужно утеплить пол или же поднять его на определенную высоту.
позволяют установить лист фанеры так, чтобы он мог компенсировать перепад высот по полу.
Довольно распространенной является ситуация, когда частично потеряли внешний вид, но тем не менее не вызывают нареканий. Тогда на них сверху укладывается напольное покрытие.
Но, чтобы чистовое покрытие не пришло в негодность, на доски следует уложить промежуточный пол (в данном случае, фанеру), который выровняет поверхность.
Укладка фанеры на деревянный пол выполняется с использованием метизов и отличается простотой и высокой скоростью выполнения работ.
Для того чтобы фанера, уложенная под ламинат, под линолеум или выполняла свои функции длительный период нужно придерживаться таких правил установки:
- надежно закрепить все листы с учетом деформационных зазоров;
- шляпки метизов «утопить» в лист;
- снять неровности при помощи шлифмашины;
- зашпатлевать углубления и трещины;
- уложить подложку.
А вот укладка фанеры под деревянный пол абсолютно не требуется. Ввиду массивности половой доски она может быть уложена на лаги или на ровную бетонную стяжку.
4.3 Чистовой пол из фанеры
Умельцы могут создать из фанеры настоящий дворцовый паркет. В этом случае, выдвигаются особые требования к качеству фанеры. Допускается использование только первого сорта, поверхность лицевой стороны листа должна быть шлифованной. Для создания красивого узора, фанеру обрабатывают морилкой, а уложенный фанерный паркет шлифуют и вскрывают несколькими слоями паркетного лака.
5. Фанера для пола - защита, эксплуатация и хранение
Чтобы пол из фанеры служит вам верой и правдой долгое время, нужно предусмотреть защиту листов еще на этапе монтажа. Работая с фанерой нужно учитывать:
- фанера нуждается в акклиматизации
. Только купленный материал не стоит использовать сразу же. Ему нужно дать время отлежаться в тех условиях, в которых он будет эксплуатироваться.
Период выдержки зависит от того, где, как, в каком положении, при каком температурном режиме и уровне влажности хранилась фанера. Период акклиматизации может составлять:
- сутки. Если разница температуры и влажности в месте продажи и установки минимальна, а листы хранились в сухом помещении, на ровной поверхности в горизонтальном положении;
- 3-5 дней. Если разность превышает 5-8°C и 10% (температура и влажность, соответственно);
- свыше недели. Если отклонения существенны или листы немного деформированы. Последнее устраняется путем придавливания стопки с листами тяжестями и использованием большего количества метизов на 1 м.кв. листа.
- сырость разрушает фанеру . Резкие колебания влажности могут нанести серьезный урон древесине, из которой изготовлена фанера. При этом постоянная влажность в помещение не может быть выше 70%, а кратковременная - 80%. Укладка фанеры на влажное основание недопустима. Чтобы проверить уровень влажности деревянного основания используют специальный прибор. А бетонное накрывают пленкой на сутки. Наличие конденсата под пленкой говорит о том, что с монтажом фанеры стоит повременить;
- укладываются листы фанеры при температуре 20-30°С . В этом случае лист находится в оптимальных для себя условиях;
- дополнительная обработка улучшает эксплуатационные характеристики фанеры . Так, например, антибактериальная грунтовка защитит лист от воздействия грибков и микроорганизмов. Пропитка шпатлевкой на основе ПВА повысит показатель ее влагостойкости. А нанесение акрилового лака увеличит прочность поверхностного слоя.
Заключение
Ознакомившись с видами и типами фанеры для пола, а также с нюансами ее выбора, хранения и правилами укладки, вы можете с уверенностью сказать, какая фанера лучше подойдет для устройства пола.
Область применения фанеры зависит от характеристик каждого из видов. Одним из главных параметров является прочность фанеры или устойчивость к разрушению.
Особенности
Это слоистый материал, где шпон из различных пород дерева чередуется с клеевым составом на основании смол. Соединяя слои в единое целое методом прессования, в результате получают полотна, обладающие разными свойствами, в том числе и устойчивостью к нагрузкам. Это происходит из-за некоторых отличий в технологии, особенностей древесины и клея. Особая технология производства позволяет получить такую продукцию, что если сравнить прочность фанеры и доски, то более устойчивой к нагрузкам окажется первая, и это качество используется не только в оформлении интерьеров, но и в строительстве и машиностроении.
Параметры, определяющие прочность фанеры:
- Толщина;
- Вид древесины;
- Сортность;
- Клей для производства;
- Ламинирование.
Толщина
Стандартная толщина, которая может быть у продукции промышленного производства, обычно находится в пределах от 3 до 30 мм, хотя по договору с предприятием может быть изготовлены листы толщиной 40мм. Естественно, что фанера высокой прочности будет иметь толщину листа около 20 мм и выше.
Вид древесины, из которой изготавливается шпон
Для поизводства используют практически любую древесину – хвойный и лиственный шпон, которые придают ей разные качества. В первом случае используют сосну, лиственницу или кедр, а лиственные породы деревьев представлены в основном березой, ольхой или тополем. Если оценивать влияние породы дерева на устойчивость к разрушению, то преимущество имеет лиственная фанера, предел прочности ее выше из-за того, что древесина, используемая для ее производства более плотная.
Обратите внимание! Из-за различий в плотности даже похожие с виду полотна имеют разный вес. Например, при одинаковой толщине 21 мм хвойная стандартного размера 1,52 м на 1,52 м весит около 32 кг, а такой же лист, изготовленный из березового шпона, будет весить 34,5 кг.
Сортность
Сорт определяют по количеству дефектов на одном квадратном метре. Фанера, прочность на разрыв которой достаточно высока, не должна иметь дефекты, снижающие устойчивость ее к разрушению. Всего существует пять сортов, определяющих количество дефектов и их размер. Лучшей считается продукция элитных сортов, без присутствия на поверхности повреждений, и способна выдерживать значительные нагрузки. Достаточно прочной можно считать продукцию первого и второго сорта, ведь небольшое количество дефектов позволяет ее ламинировать или использовать как основу для отделочных материалов, в том числе как основу для напольного покрытия.
Обратите внимание! Чем ниже качество полотен, тем меньший запас прочности она имеет, поэтому ее используют или там, где не будет больших нагрузок или для выравнивания поверхности укрепленной другим материалом, например, если надо выровнять деревянный пол перед финишным покрытием, то можно использовать и листы четвертого сорта.
Клей для производства
В зависимости от того какие смолы использованы для производства клея, получают продукцию марки ФК или ФСФ, имеющие практически одинаковую прочность и разница между ними проявляется в том, как эти виды реагируют на влажность. Самой высокой прочностью обладает фанера, для производства которой используется бакелитовый клей. Обозначается такая продукция как ФБ, ФБС или БС и ее можно использовать практически для любых условий эксплуатации.
Обшивка лодки из бакелитовых листов
Ламинирование
Ламинирование, когда шпон перед склеиванием покрывают термореактивной пленкой, позволяет создать листы, имеющие очень высокую прочность и устойчивость к повреждениям. При этом стоимость материала вполне доступна, а внешний вид позволяет использовать практически везде, ведь мебель из таких листов неотличима от настоящей древесины, но в отличие от нее не боится повышенной влажности.
Обратите внимание! Ламинированные полотна могут быть не только темных оттенков. Популярны и яркие насыщенные оттенки, которые используют для создания оригинальных интерьеров.
Гибкость материала
Особым спросом пользуется гибкая фанера с уникальными свойствами, которые выделяют ее в особый вид. Она незаменима для создания элементов декора в интерьере и мебели с изогнутыми линиями, которые невозможно создать из других материалов.
Высокую прочность фанеры на изгиб обеспечивает древесина экзотических для наших широт деревьев – сейб и куруинг, которые кроме высокой гибкости обладают хорошей стойкостью к ударам и не боятся влажности. Изготавливают такие полотна особым способом, располагая все слои шпона так, чтобы волокна находились в одном направлении.
В чем преимущество гибкой фанеры:
- Высокая гибкость позволяет создавать формы, где полотна без повреждений могут быть согнуты на 180 о, что позволяет создавать элементы любой формы;
- Возможность обработки любыми способами, что не требует приобретения для работы с материалом специального оборудования;
- Имеет ровную поверхность, обладающую высокими декоративными характеристиками, что позволяет использовать ее для изготовления мебели, в том числе кухонной, учитывая устойчивость к повышенной влажности;
- Невысокая плотность делает материал достаточно легкой и позволяет изготавливать подвесные конструкции, не требующие усиленного крепления;
- Отсутствие запаха и смол, выделяющих вредные для здоровья соединения, что позволяет использовать ее даже для оформления детских комнат.
В последнее время появился такой материал из березового шпона, и такая фанера предел прочности при изгибе имеет выше, чем обычная за счет специально разработанной технологии, которая почти в два раза снижает плотность материала.
Элемент опалубки перекрытия, воспринимающий давление бетона и все остальные нагрузки, это фанера. Выше упомянутые виды фанеры имеют в зависимости от направления работы разные значения как для модуля упругости, так и для предела прочности на изгиб:
- в перекрытиях с низкими требованиями к поверхности f - в перекрытиях с более высокими требованиями к поверхности f Прогиб фанеры (0 зависит от нагрузки (толщины перекрытия), характеристик самой фанеры (модуль упругости, толщина листа) и условий опирания.
В приложении 1 (рис. 2.65) показаны диаграммы на основные виды фанеры, поставляемые фирмой PERI - березовая фанера (Fin-Ply и PERI Birch) и хвойная фанера (PERI-Spruce). Диаграммы составлены для толщины листа 21 мм. При этом пунктиром выделены области, где прогиб превышает 1/500 пролета. Все линии заканчиваются при достижении предела прочности фанеры. Основные диаграммы составлены для стандартных листов, работающих как многопролетные неразрезные балки (минимум три пролета).
Для ходовых размеров листов получаются следующие варианты шага поперечных балок.
Таблица 2.7
При оценке прогибов при доборе: для березовой фанеры принимают те же значения для модуля упругости и предела прочности, как и для основных листов, так как не всегда известно, в каком направлении кладутся доборные листы. Для хвойной фанеры,
у которой при повороте листа резко меняются эти характеристики.
По диаграмме (рис. 2.65) для березовой фанеры с 3 или больше пролетами мы по оси X находим наше значение толщины перекрытия (20 см) и определяем значения для прогибов:
Для нашей длины листа приемлемы два варианта - либо 50 см, либо 62,5 см. Остановимся на втором варианте, так как он дает экономию по количеству поперечных балок. Максимальный прогиб при этом составляет 1,18 мм. Смотрим в диаграмму для однопролетной системы. При такой схеме линия для пролета 60 см как раз на значении толщины перекрытия в 20 см заканчивается (предел прочности фанеры). Прогиб при этом составляет 1,92 мм.
Из этого следует, что для избежания завышенных деформаций добора следует либо ограничить пролет этого добора до 50 см, либо поставить под этот добор дополнительную поперечную балку (расчетная схема равномерно нагруженной 2-пролетной балки имеет самые маленькие значения по прогибам, но она имеет увеличенный по отношению к многопролетным схемам опорный момент).
Определение пролета поперечных балок (шаг продольных балок Ь)
Согласно выбранному в предыдущем пункте шагу поперечных балок проверяем по соответствующей нашему типу балок табл. 2.11 максимально допустимый пролет этих балок. Как уже выше упоминалось, эти таблицы составлены с учетом всех расчетных случаев, для поперечных балок прежде всего момент и прогиб.
При выборе шага продольных балок необходимо учесть, что крайняя продольная балка находится на расстоянии 15-30 см от стены. Увеличение этого размера может привести к следующим неприятным результатам:
- увеличению и неравномерности прогибов на консолях поперечных балок;
- возможности опрокидывания поперечных балок во время арматурных работ.
Уменьшение усложняет управление стойками и создает опасность соскальзывания поперечных балок с продольных.
По той же причине, а также с учетом нормальной работы конца балки (особенно при использовании балок-ферм) назначается минимальный нахлест балок в 15 см на каждой стороне. Фактический шаг продольных балок ни в коем случае не должен превышать допустимое значение по табл. 2.11 и 2.12. Вспомните, что пролет в формуле для определения момента присутствует в квадрате, а в формуле прогиба даже в четвертой степени (соответственно формулы 2.1 и 2.2).
Пример
Для простоты выбираем прямоугольное помещение внутренними размерами 6,60x9,00 м. Толщина перекрытия 20 см, фанера PERI Birch толщиной 21 мм и размерами листа 2500x1250 мм.
Допустимое значение для пролета поперечных балок при их шаге в 62,5 см найдем по табл. 2.11 для балок-ферм GT 24. В первом столбце таблицы найдем толщину 20 см и двигаемся вправо до соответствующего шага поперечных балок (62,5 см). Находим предельно допустимое значение пролета 3,27 м.
Приводим расчетные значения момента и прогиба для этого пролета:
- максимальный момент в момент бетонирования - 5,9 кНм (допустимо 7 кНм);
- максимальный прогиб (однопролетная балка) - 6,4 мм = 1/511 пролета.
Если продольные балки ставим параллельно длиной стороне помещения, получаем:
6,6 м - 2 (0,15 м) = 6,3 м; 6,3:2 = 3,15 м 3,27 м; 8.7:3 = 2,9 мПолучаем три пролета с длиной балок 3,30 м (минимум 2,9 + 0,15 + 0,15 = 3,2 м). Поперечные балки менее нагружены - чаще всего это уже признак перерасхода материала.
В некоторых случаях, например, при необходимости установки опалубки вокруг заранее установленного крупногабаритного оборудования приходится рассчитывать балки. При этом следует учитывать следующие предпосылки. Как расчетная схема в системах типа «MULTIFLEX» рассматривается всегда только однопролетная шарнирно опертая балка без консолей, так как при установке опалубки и во время бетонирования всегда имеем промежуточные стадии, где балки работают именно по такой схеме. Для больших пролетов балок без дополнительной поддержки возможна потеря устойчивости уже при маленьких нагрузках. Любая опалубка перекрытия после бетонирования должна вытаскиваться из-под готового перекрытия, иногда из замкнутого помещения, поэтому желательно ограничивать длину балок (проблема веса и маневренности).
В случае отсутствия значений в таблице ею все же можно воспользоваться. Например, чтобы увеличить пролет, хотите уменьшить шаг балок - в результате должны проверить допустимость пролета. Например, балки решили ставить с шагом 30 см, толщина перекрытия составляет 22 см. Расчетная нагрузка составляет согласно таблице 7,6 Н/м2. Умножаем эту нагрузку на шаг балок: 7,6-0,3 = 2,28 кН/м. Делим эту величину на один шаг поперечных балок, которые в таблице присутствуют: 2,28:0,4 = 5,7 ~ 6,1 (нагрузка на перекрытия толщиной 16 см); 2,28:0,5 = 4,56 - 5,0 (нагрузка на перекрытия толщиной 12 см).
В первом случае находим для толщины перекрытия 16 см и шага балок 40 см пролет 4,07 м, во втором случае - толщина 12 см и шаг 50 см - 4,12 м.
Можем принимать меньшее из двух значений минус разность этих значений (учет изменения временной нагрузки, которая присутствует только в расчете на момент), не теряя время на длительные расчеты. В конкретном примере получается при точном расчете
4,6 м, а приняли 4,02 м.
Страница 9 из 30
Особенности расчета клееных элементов из фанеры с древесиной
4.23. Расчет клееных элементов из фанеры с древесиной следует выполнять по методу приведенного поперечного сечения.
4.24. Прочность растянутой фанерной обшивки плит (рис. 3) и панелей следует проверять по формуле
где М - расчетный изгибающий момент;
R ф.р - расчетное сопротивление фанеры растяжению;
m ф - коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках фанерной обшивки, принимаемый равным при усовом соединении или с двусторонними накладками: m ф = 0,6 для фанеры обычной и m ф = 0,8 для фанеры бакелизированной. При отсутствии стыков m ф = 1;
W пр - момент сопротивления поперечного сечения, приведенного к фанере, который следует определять в соответствии с указаниями п. 4.25.
4.25. Приведенный момент сопротивления поперечного сечения клееных элементов из фанеры с древесиной следует определять по формуле
где y о - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до нижней грани обшивки;
I пр - момент инерции сечения, приведенного к фанере:
, (40)
где I ф - момент инерции поперечного сечения фанерных обшивок;
I д - момент инерции поперечного сечения деревянных ребер каркаса;
Е д /Е ф - отношение модулей упругости древесины и фанеры.
При определении приведенных моментов инерции и приведенных моментов сопротивления расчетную ширину фанерных обшивок следует принимать равной b рас = 0,9b при l ³ 6a и b рас = 0,15 b ,
при l < 6а (b - полная ширина сечения плиты, l - пролет плиты, а - расстояние между продольными ребрами по осям).
4.26. Устойчивость сжатой обшивки плит и панелей следует проверять по формуле
где при ³ 50;
при > 50
(а - расстояние между ребрами в свету; d - толщина фанеры).
Верхнюю обшивку плит дополнительно следует проверять на местный изгиб от сосредоточенного груза Р = 1 кН (100 кгс) (с коэффициентом перегрузки n = 1,2) как заделанную в местах приклеивания к ребрам пластинку.
4.27. Проверку на скалывание ребер каркаса плит и панелей или обшивки по шву в месте примыкания ее к ребрам следует производить по формуле
где Q - расчетная поперечная сила;
S пр - статический момент сдвигаемой части приведенного сечения относительно нейтральной оси;
R сп - расчетное сопротивление скалыванию древесины вдоль волокон или фанеры вдоль волокон наружных слоев;
b рас - расчетная ширина сечения, которую следует принимать равной суммарной ширине ребер каркаса.
4.28. Расчет на прочность поясов изгибаемых элементов двутаврового и коробчатого сечений с фанерными стенками (рис. 4) следует производить по формуле (17), принимая W рас = W пр, при этом напряжения в растянутом поясе не должны превышать R р, а в сжатом -jR с (j - коэффициент продольного изгиба из плоскости изгиба).
4.29. При проверке стенки на срез по нейтральной оси в формуле (42) значение R ск принимается равным R ф.ср, а расчетная ширина b рас
b рас = åd ст, (43)
где åd ст - суммарная толщина стенок.
При проверке скалывания по швам между поясами и стенкой в формуле (42) R ск = R ф.ск, а расчетную ширину сечения следует принимать равной
b рас = nh п, (44)
где h п - высота поясов;
n - число вертикальных швов.
4.30. Прочность стенки в опасном сечении на действие главных растягивающих напряжений в изгибаемых элементах двутаврового и коробчатого сечений следует проверять по формуле
, (45)
где R ф.р. a - расчетное сопротивление фанеры растяжению под углом a определяемое по графику рис. 17 прил. 5;
s ст - нормальное напряжение в стенке от изгиба на уровне внутренней кромки поясов;
t ст - касательные напряжения в стенке на уровне внутренней кромки поясов;
a - угол, определяемый из зависимости
Устойчивость стенки с продольным по отношению к оси элемента расположением волокон наружных слоев следует проверять на действие касательных и нормальных напряжений при условии
где h ст - высота стенки между внутренними гранями полок;
d - толщина стенки.
Расчет следует производить по формуле
, (48)
где k и и k t - коэффициенты, определяемые по графикам рис. 18, 19 прил. 5;
h рас - расчетная высота стенки, которую следует принимать равной h ст при расстоянии между ребрами а ³ h ст и равной а при a < h ст.
При поперечном по отношению к оси элемента расположении наружных волокон фанерной стенки проверку устойчивости следует производить по формуле (48) на действие только касательных напряжений в тех случаях, когда
Б. Расчет элементов деревянных конструкций по предельным состояниям второй группы
4.31. Деформации деревянных конструкций или их отдельных элементов следует определять с учетом сдвига и податливости соединений. Величину деформаций податливого соединения при полном использовании его несущей способности следует принимать по табл. 15, а при неполном - пропорциональной действующему на соединение усилию.
Таблица 15
4.32. Прогибы элементов зданий и сооружений не должны превышать величин, приведенных в табл. 16
Таблица 16
Элементы конструкций | Предельные прогибы в долях пролета, не более |
1. Балки междуэтажных перекрытий | |
2. Балки чердачных перекрытий | |
3. Покрытия (кроме ендов): | |
а) прогоны, стропильные ноги | |
б) балки консольные | |
в) фермы, клееные балки (кроме консольных) | |
д) обрешетки, настилы | |
4. Несущие элементы ендов | |
5. Панели и элементы фахверка |
Примечания: 1. При наличии штукатурки прогиб элементов перекрытий только от длительной временной нагрузки не должен превышать 1/350 пролета.
2. При наличии строительного подъема предельный прогиб клееных балок допускается увеличивать до 1/200 пролета.
4.33. Прогиб изгибаемых элементов следует определять по моменту инерции поперечного сечения брутто. Для составных сечений момент инерции умножается на коэффициент k ж учитывающий сдвиг податливых соединений, приведенный в табл. 13.
Наибольший прогиб шарнирно-опертых и консольных изгибаемых элементов постоянного и переменного сечений f следует определять по формуле
, (50)
где f о - прогиб балки постоянного сечения высотой h без учета деформаций сдвига;
h - наибольшая высота сечения;
l - пролет балки;
k - коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, принимаемый равным 1 для балок постоянного сечения;
с - коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.
Значения коэффициентов k и с для основных расчетных схем балок приведены в табл. 3 прил. 4.
4.34. Прогиб клееных элементов из фанеры с древесиной следует определять, принимая жесткость сечения равной 0,7 ЕI пр. Расчетная ширина обшивок плит и панелей при определении прогиба принимается в соответствии с указаниями п. 4.25.
4.35. Прогиб сжато-изгибаемых шарнирно-опертых симметрично нагруженных элементов и консольных элементов следует определять по формуле
где f - прогиб, определяемый по формуле (50);
x - коэффициент, определяемый по формуле (30).
| Содержание |
|---|
