Гарантией надежности конструкции является коэффициент безопасности, найденный как отношение разрушающей нагрузки Рф, полученной в результате испытания конструкции, к проектной несущей способности Рп [4]
Коэффициент безопасности представляет собой показатель, характеризующий как уровень развития методов проектирования, так и культуру производства и эксплуатации конструкций. Этот показатель определяет эффективность использования ресурсов материала и, следовательно, экономичность конструкции.
Природу и состав коэффициента безопасности конструкций изучают на основании метода расчета строительных конструкций по предельным состояниям. Это изучение состоит из теоретических и экспериментальных исследований и натурных наблюдений за конструкциями.
Коэффициент безопасности находится как произведение дифференциальных значений отдельных коэффициентов
Коэффициент K1 характеризует длительную прочность древесины. Для несущих конструкций среднее значение коэффициента K1=1,88·0,8 (здесь 0,8 — поправка к значению Рп, найденному при кратковременном испытании).
Коэффициент К2 характеризует качество изготовления конструкций, в зависимости от следующих основных факторов:
- применения для изготовления конструкций лесоматериалов, несоответствующих по качеству требованиям СНиП, техническим нормам и указаниям проекта;
- неудовлетворительного качества распиловки лесоматериалов, нарушения допусков по толщине и ширине досок, несоблюдения чистоты подготовки поверхности и т. д.;
- отклонения технологических операций при изготовлении от технических регламентов и др.
Учитывающий эти факторы коэффициент К2 находится статистическими методами оценки изменчивости качества конструкций по данным испытаний на заводе. По результатам исследований на современных заводах клееных конструкций К2=1,42.
Коэффициент К3≈1,3 и учитывает несовершенство методов расчета конструкций — условность расчетной схемы, вероятностный характер расчетных механических показателей материалов и внешних нагрузок, концентрацию напряжений, дополнительные напряжения и т. д.
Факторы, определяемые коэффициентами K1 и К3, имеют объективный характер. Это реологические свойства древесины, проявляющиеся при длительном действии внутренних напряжений в материале, неоднородность структуры и анизотропия механических свойств материала, случайные факторы эксплуатации. Поэтому бороться с этими факторами сложно и в теории расчета по предельным состояниям они учитываются системой коэффициентов: коэффициентами условий работ, коэффициентами перегрузок и т. д., значение которых оправдано.
Однако не следует путать указанные объективные факторы с субъективными — ошибками проектирования, которых можно избежать, соблюдая правила, изложенные в учебной и нормативной литературе.
Рассмотрим основные неточности проектирования (те, которые могут привести к аварийным ситуациям и, поэтому подлежат обязательной повторной проверке):
- ошибки расчета — неправильность подбора сечений, расчета связей в составных стержнях или узловых соединений, отсутствие учета дополнительных напряжений в элементах (например, при внецент-ренном решении узлов) и т. д.;
- ошибки конструирования — применение нерациональных схем конструкций (например, для несущих конструкций пониженная конструктивная высота), пренебрежение мерами борьбы с гниением, недостаточная пространственная жесткость, различные отступления при конструировании от расчета, отсутствие на чертеже указаний о качестве материала и т. д.
В большой мере поддается корректировке коэффициент К2. Почти все факторы, объясняющие его появление, или в значительной мере исправимы, или вообще устранимы. По мере улучшения производственного процесса стабильность качества изготовления конструкций будет повышаться, что приведет к уменьшению значения К2. Этому способствует культура производства, строгое соблюдение технологии и тщательный пооперационный контроль качества изготовления конструкций. Руководство [2] при проверке клеевых соединений в зоне концентрации скалывающих напряжений учитывает возможный не-проклей понижающим коэффициентом 0,6, на который умножается расчетная площадь клеевого шва, что значительно увеличивает размеры поперечного сечения элементов, тем самым существенно снижая экономическую эффективность клееных конструкций.
Одновременно с повышением качества изготовления необходимо повысить культуру эксплуатации деревянных конструкций, с тем чтобы, как можно больше уменьшить коэффициент K1.
Рассмотрим подробнее вопросы производства и контроля качества деревянных клееных конструкций.