Расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон

Вернуться на страницу»Расчеты КК и ДК»

Расчетные характеристики материалов

Согласно СП 64.13330.2011:

3.1 Расчетные сопротивления древесины сосны (кроме веймутовой), ели, лиственницы европейской и японской приведены в таблице 3. Расчетные сопротивления для других пород древесины устанавливают путем умножения величин, приведенных в таблице 3, на переходные коэффициенты тп, указанные в таблице 4.
Методика определения расчетных сопротивлений приведена в приложении Б.
Таблица 3

Таблица 4

3.2 Расчетные сопротивления, приведенные в таблице 3, следует умножать на коэффициенты условий работы:
а) для различных условий эксплуатации конструкций — на коэффициент тв, указанный в таблице 5;
б) для конструкций, эксплуатируемых при установившейся температуре воздуха до +35 °С, — на коэффициент тт = 1; при температуре +50 °С — на коэффициент тт = 0,8. Для промежуточных значений температуры коэффициент принимается по интерполяции;
в) для конструкций, в которых напряжения в элементах, возникающие от постоянных и временных длительных нагрузок, превышают 80 % суммарного напряжения от всех нагрузок, — на коэффициент тд = 0,8;
г) для конструкций, рассчитываемых с учетом воздействия кратковременных (ветровой, монтажной или гололедной) нагрузок, а также нагрузок от тяжения и обрыва проводов воздушных ЛЭП и сейсмической, — на коэффициент тн, указанный в таблице 6;
д) для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 50 см значения расчетных сопротивлений изгибу и сжатию вдоль волокон — на коэффициент тб, указанный в таблице 7;
е) для растянутых элементов с ослаблением в расчетном сечении и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении — на коэффициент то = 0,8;
ж) для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением, — на коэффициент та = 0,9;
и) для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов, в зависимости от толщины слоев, значения расчетных сопротивлений изгибу, скалыванию и сжатию вдоль волокон — на коэффициент тсл, указанный в таблице 8;
к) для гнутых элементов конструкций значения расчетных сопротивлений растяжению, сжатию и изгибу — на коэффициент тгн, указанный в таблице 9.

В связи с этим ныне существующие нормативные документы, регламентирующие расчет строительных конструкций, в частности СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции» рекомендуют при расчете деревянных конструкций определять расчетное сопротивление (прочность древесины) следующим образом:

1. По таблице 3 при соблюдении следующих условий:

1.1. Рассчитываются элементы из цельной древесины или клееные элементы не из однонаправленного шпона;

1.2. Элементы конструкции будут изготавливаться из сосны, или европейской лиственницы, или ели;

1.3. Влажность элементов в процессе эксплуатации не превышает 12%;

1.4. Установившаяся температура эксплуатации конструкции не превышает +35°С;

1.5. Расчет выполняется на основное сочетание нагрузок (режим В согласно таблицы В.1 — совместное действие постоянной и кратковременной снеговой нагрузок);

1.6. Высота сечения рассчитываемого элемента не превышает 50 см.

1.7. Сечение элемента является постоянным по всей длине.

1.8. Элементы конструкций не будут подвергаться глубокой пропитке антипиренами.

1.9. Если рассчитываются клеенные элементы, то толщина слоев составляет около 33 мм.

1.10. Рассчитываемые элементы являются прямолинейными.

1.11. Конструкции будут использоваться в сооружениях нормального уровня ответственности (2 уровень согласно приложению Г)

1.12. Планируемый срок эксплуатации конструкции до 50 лет.

Таблица 3. Значения расчетных сопротивлений для сосны, ели и лиственницы при влажности 12%, согласно СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011)

А теперь рассмотрим данные условия более детально, точнее, что следует делать, если одно из условий не выполняется.

1.1. Для элементов LVL из однонаправленного шпона

Значение расчетного сопротивления определяется по таблице 4:

Таблица 4. Значения расчетных сопротивлений для LVL из однонаправленного шпона (СП 64.13330.2011)

1.2.1. Для элементов, изготавливаемых из других пород древесины

Расчетное сопротивление определяется умножением расчетного значения из таблицы 3 на переходный коэффициент mп согласно таблицы 5:

Таблица 5. Переходные коэффициенты для других пород древесины, согласно СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011)

1.2.2. Для элементов из фанеры

Расчетное сопротивление определяется по таблице 6:

Таблица 6. Значения расчетных сопротивлений для фанеры, согласно СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011)

1.3. При повышенной влажности

В зависимости от условий эксплуатации расчетные значения сопротивлений, приведенные в таблицах 3, 4 и 6, умножаются на коэффициент mв согласно таблицы 7:

Таблица 7.

Классификация условий эксплуатации и соответствующая этим классам эксплуатационная влажность древесины определяются по таблице 1:

Таблица 1.

Рисунок Г-1. Диаграмма равновесной влажности древесины

Особенности учета условий эксплуатации при проектировании и изготовлении деревянных конструкций определяются по таблице Г.2:

Таблица Г.2.

1.4. При больших температурах

При установившейся температуре эксплуатации конструкций +50°С значения расчетных сопротивлений, приведенные в таблицах 3, 4 или 6 дополнительно умножаются на коэффициент mт = 0.8. Значение коэффициента при установившейся температуре эксплуатации до +35°С составляет mт = 1. Для промежуточных значений температуры коэффициент определяется интерполяцией.

1.5.1. При других сочетаниях нагрузок

Для конструкций, в которых напряжения, возникающие от действия постоянных и длительных временных нагрузок, превышают 80 % суммарного напряжения от всех нагрузок, расчетные сопротивления, определенные по таблицам 3, 4 или 6, следует дополнительно умножить на коэффициент mд = 0,8.

Примечание: В СП не оговаривается, как именно поступать в случаях, когда в основное сочетание нагрузок входят только постоянная и временная длительная или постоянная и кратковременная нагрузки, например при расчете междуэтажного перекрытия. Тем не менее в приложении В есть очень полезная таблица В.1:

Таблица В.1.

Из этой таблицы следует, что при режиме Г, рассматриваемом в данном пункте, коэффициент, учитывающий длительность воздействия нагрузки, равен 0.53. А при основном режиме В — 0.66. Соответственно отсюда и выводится поправочный коэффициент 0.53/0.66 = 0.803.

Таким образом, если рассматриваемые нагрузки не превышают 106÷107 секунд или 11.6-116 дней, то такие нагрузки можно отнести к кратковременным. А для очень кратковременных нагрузок можно использовать и повышающий коэффициент, что мы можем видеть при анализе следующего пункта.

1.5.2. При учете других кратковременных нагрузок

Если элементы конструкций рассчитываются с учетом воздействия ветровой, монтажной или гололедной нагрузок (рассматриваемых, как кратковременные), а также сейсмической нагрузки (особое сочетание нагрузок) или нагрузок от тяжения или обрывов проводов воздушных ЛЭП, то расчетное сопротивление следует дополнительно умножить на коэффициент mн, определяемый по таблице 8:

Таблица 8.

1.6. При высоте сечения рассчитываемого элемента более 50 см.

Как правило подобная ситуация может возникнуть при расчете клеенных элементов (см. п.1.1). В этом случае для изгибаемых, сжатых, сжато-изгибаемых и внецентренно сжатых элементов значения расчетных сопротивлений изгибу и сжатию вдоль волокон следует дополнительно умножить на коэффициент mб, определяемый по таблице 9:

Таблица 9.

1.7. При ослабленном сечении

При расчете растянутых элементов конструкции, имеющих ослабление в рассматриваемом (расчетном) сечении, а также при расчете изгибаемых элементов круглого сечения с подрезкой в рассматриваемом сечении соответствующие значения расчетного сопротивления следует дополнительно умножить на коэффициент mо = 0.8.

1.8. При глубокой пропитке элементов антипиренами под давлением

В этом случае значения расчетного сопротивления следует умножить на коэффициент mа = 0.9.

1.9. При другой толщине слоев клеенных элементов

Для сжатых, изгибаемых, сжато-изгибаемых и внецентренно сжатых клеенных элементов значения расчетного сопротивления следует дополнительно умножить на коэффициент mсл, определяемый в зависимости от толщины склеиваемых слоев по таблице 10:

Таблица 10.

1.10. Для гнутых элементов

Значения расчетных сопротивлений изгибу, растяжению и сжатию следует дополнительно умножить на коэффициент mгн, определяемый по таблице 11:

Таблица 11.

1.11. При использовании элементов в конструкциях других уровней ответственности

Как именно учитывать влияние другого уровня ответственности здания или сооружения, в СП 64.13330.2011 не объясняется, а приводятся лишь классификации деревянных конструкций по трем основным признакам:

— функциональному назначению;

— условиям эксплуатации;

— сроку службы.

По функциональному назначению

Деревянные конструкции делятся на 3 основных класса с учетом уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений, в которых данные конструкции используются. При этом должны соблюдаться требования ГОСТ 27751, раздел 5.

Впрочем данные эти уже устарели, так как относительно недавно вышла новая редакция ГОСТ 27751-14, актуализированная 12.02.2016 и теперь согласно разделу 10 «Учет ответственности сооружений» в зависимости от класса сооружений при расчете конструкций этих сооружений надо использовать коэффициенты надежности по ответственности. Минимальные значения коэффициентов надежности по ответственности приводятся в таблице 2:

Таблица 2. (согласно ГОСТ 27754-14)

В данном случае значения расчетных сопротивлений нужно делить на коэффициенты надежности по ответственности.

А теперь приведу на всякий случай саму классификацию зданий и сооружений по функциональному назначению согласно СП 64.13330.2011:

1.а) особо высокий уровень ответственности:

— объекты жизнеобеспечения городов и населенных пунктов;

— сооружения с пролетами более 100 м;

1.б) высокий уровень ответственности:

— здания государственных архивов, основных музеев, административных органов управления; здания хранилищ национальных и культурных ценностей;

— зрелищные объекты, крупные учреждения здравоохранения и торговые предприятия с массовым нахождением людей;

— здания высших и средних учебных заведений, школ, дошкольных учреждений;

— сооружения с пролетом более 60 м;

— общественные и административные здания высотой более 75 м;

— мачты и башни сооружений связи и телерадиовещания высотой более 100 м.

Примечание: Объекты с высоким уровнем ответственности, при проектировании и строительстве которых используются не прошедшие практическую проверку принципиально новые конструктивные решения, следует относить к особо высокому уровню ответственности 1.а).

2. Нормальный уровень ответственности:

— жилые здания и другие объекты массового строительства, не вошедшие в 1а, 1б и 3 классы;

— основные объекты машиностроения, перерабатывающих и других отраслей;

3. Пониженный уровень ответственности:

— склады временного содержания;

— теплицы, парники, мобильные здания (сборно-разборные и контейнерного типа);

— бытовки вахтового персонала и другие подобные сооружения с ограниченными сроками службы и пребыванием в них людей.

Для различных элементов зданий допустимо применять различные уровни ответственности.

По условиям эксплуатации

Классификация возможных условий эксплуатации и учет этих условий достаточно подробно рассматривались в п.1.3.

По сроку службы

Как правило расчетный срок службы здания или сооружения определяется проектировщиком при согласовании с заказчиком, тем не менее в таблице Г1 приводятся примерные сроки эксплуатации зданий (согласно ГОСТ 27751-14, таблица 1):

Таблица Г1.

А как учесть при расчетах планируемый срок эксплуатации, мы узнаем из следующего и на этот раз последнего пункта.

1.12. При других сроках эксплуатации

Значения расчетного сопротивления дополнительно умножаются на коэффициенты надежности по сроку службы, определяемые по таблице 12

Таблица 12. Коэффициенты срока службы для древесины, согласно СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011)

Примечание: В СП, как и в старом, ныне не действующем СНИПе, почему-то указывается, что значения расчетного сопротивления следует разделить на коэффициент надежности по сроку службы, что на мой взгляд противоречит логике: чем больше планируемый срок службы, тем меньшее значение расчетного сопротивления следует принимать, а если следовать рекомендациям СП, то выходит наоборот. Тем не менее рекомендации нормативных документов следует выполнять.

Как видим, определение расчетного сопротивления древесины — задача не из самых простых, тем не менее попробуем рассмотреть как можно это сделать на следующем примере:

2. Пример определения расчетного сопротивления древесины

Планируется междуэтажное перекрытие по деревянным балкам в ванной комнате дома для круглогодичного проживания. Для расчета балок перекрытия необходимо определить расчетное сопротивление древесины:

2.1. Балки планируются из цельной древесины.

Определение расчетных сопротивлений можно производить по таблице 3.

2.2. Для балок будет использоваться древесина хвойных пород, предположительно сосна.

Использование поправочных коэффициентов, учитывающих породу древесины, не требуется.

2.3. В перекрытии ванной комнаты возможна повышенная влажность при эксплуатации, поэтому это помещение следует отнести ко 2 классу условий эксплуатации. Тогда по таблице 7 mв = 0.9.

2.4. Ожидаемая температура эксплуатации не превышает +35°С.

Использование коэффициента mт при определении расчетных сопротивлений не требуется.

2.5.1. При постоянной нагрузке от собственного веса перекрытия в ванной комнате 212.46 кг/м2, максимально возможной суммарной временной нагрузке 348 кг/м2 и длительной нагрузке от собственного веса ванны около 0.2·348 = 69.6 кг/м2 сумма постоянной и длительной нагрузок составит 212.2 + 69.6 = 282.06 кг/м2, что составляет 282.06·100%/(212.46 + 348) = 50.3%.

Это меньше 80%, поэтому вводить понижающий коэффициент mд при определении расчетного сопротивления не требуется.

2.5.2. Другие возможные кратковременные нагрузки в расчете не участвуют.

2.6. Ожидаемая высота сечения балок значительно меньше 50 см.

При определении расчетных сопротивлений коэффициент mб можно не учитывать.

2.7. Балки перекрытия будут прямоугольного сечения сплошными без ослаблений.

При определении расчетных сопротивлений использование коэффициента mо не требуется.

2.8. Балки не будут подвергаться глубокой пропитке антипиренами под давлением.

При определении расчетных сопротивлений использование коэффициента mа не требуется.

2.9. Балки из цельной древесины не являются клеенными элементами.

2.10. Балки не будут предварительно выгибаться.

2.11. Жилые дома относятся ко 2 классу или нормальному уровню ответственности.

Использование коэффициента, учитывающего уровень ответственности здания, не требуется (но и не запрещается).

2.12. Хочется, чтобы балки прослужили лет 70-80.

В этом случае значение коэффициента, учитывающего срок службы конструкции можно определить интерполяцией: γн(сс) = 0.95.

В итоге значение расчетного сопротивления изгибу для балок перекрытия из древесины 2 сорта составит:

Rи = 13·0.9·0.95 = 11.115 МПа (113.3 кгс/см2)

Для других помещений значение расчетного сопротивления может быть больше, а может быть и меньше — от сочетания нагрузок зависит.