Клеефанерные балки с плоской стенкой
(схема 3 табл. 14). Выполняются из водостойкой фанеры с дощатыми поясами. Они применяются в покрытиях зданий пролетом до 18 м. Очертание балок принимают в зависимости от их назначения двускатными (в двускатных покрытиях) или с параллельными поясами (в односкатных покрытиях и перекрытиях); верхний пояс может быть криволинейного очертания.
Высоту балок в середине пролета назначают равной hcp=(1/8...1/12)l. Толщину фанерной стенки принимают не менее 8 мм и не менее 1/130 высоты стенки. Волокна наружных шпонов стенки рекомендуется располагать вдоль оси балки. Устойчивость фанерной стенки из плоскости обеспечивается ребрами жесткости, располагаемыми по длине балки на расстоянии а=(1/8...1/12)l, как правило, совпадающими со стыками фанерных листов (рис. 101, а). Стыки фанерных листов делают «на ус» длиной, равной десяти толщинам стенки, на зубчатый шип при большой толщине или впритык с накладками. Крайние панели для увеличения устойчивости стенки иногда устраивают с наклонными ребрами жесткости или усиливают двумя дополнительными листами фанеры.
Пояса клеефанерных балок конструируют из досок, причем слои, прилегающие к фанере, делаются составными шириной не более 100 мм (рис. 101, б). Это необходимо для уменьшения внутренних напряжений от усушечных деформаций по плоскости контакта разномодульных материалов.
В балках коробчатого сечения (рис. 101, в) допускается выполнять полки из досок плашмя (рис. 101, г). В этом случае верхний пояс может быть криволинейным. Если толщина полки больше 100 мм, в ней со стороны стенок устраиваются пропилы на 30...50 мм так, чтобы к стенке прилегали пакеты досок толщиной не более 100 мм.
При расчете балок с плоской стенкой проверяются нормальные напряжения в растянутом, сжатом поясах и фанерной стенке в расчетном сечении х с учетом приведенного момента сопротивления:
где φ — коэффициент продольного изгиба: находится как в § 26;
mф — коэффициент, учитывающий снижение сопротивления фанеры растяжению в стыке: Wпр.х=2·Iпр.х/hx, здесь hx=hоп+ix (i — уклон пояса).
В балках переменной высоты расчетное сечение находится от опоры на расстоянии
Приведенные (к древесине) геометрические характеристики сечения определяются по формулам:
Касательные напряжения в швах между поясами и стенкой проверяются по формуле
где Sд — статический момент пояса относительно нейтральной оси;
Iпр.ф — приведенный к материалу стенки момент инерции сечения;
n — число швов, связывающих стенку с поясами;
hп — высота пояса за вычетом зазора.
Следует иметь в виду, что практически на скалывание проверяется шов не между стенкой и поясом, а шов между крайними шпонами фанеры, так как здесь расчетная прочность соединения (0,6 МПа) намного меньше прочности клеевого соединения между фанерой и древесиной (2,4 МПа), см. рис. 55.
Опорное и наиболее опасное сечение фанерной стенки проверяются на срез, главные растягивающие напряжения и местную устойчивость по указаниям п. 6.14...6.20 [2].
Прогиб клеефанерных балок вычисляется по обычным формулам (см. § 27) с учетом приведенной жесткости:
где kж — коэффициент, учитывающий переменность сечения; находится как для дощатоклееных балок;
kτ — коэффициент, учитывающий влияние касательных напряжений на прогиб; находится по формуле
где hcp — высота сечения между осями поясов по середине пролета l.
Клеефанерные балки с волнистой стенкой
(схема 4 табл. 14) двутаврового сечения с одной или двумя стенками (рис. 102) могут применяться при пролетах до 12 м. Изготавливаются такие балки тремя способами:
1. В деревянных цельных поясах из брусьев, толстых досок или клеедощатых выбираются пазы синусоидального очертания, в которые вставляются изогнутые листы фанеры на клею.
2. В прямолинейные пазы шириной, равной высоте двойной волны стенки, заводится изогнутый лист и паз заливается эпоксидной смолой с наполнителем.
3. В прямолинейные пазы заводится прямой лист фанеры и затем деревянными клиньями листу придается нужная искривленная форма и паз заливается смолой.
Второй и третий способы связаны с большим расходом смолы, третий способ более трудоемкий.
Волнистая форма стенки придает ей достаточную устойчивость и позволяет обходиться без ребер жесткости. Ставятся только опорные ребра, благодаря чему балки с волнистой стенкой легче балок с плоской стенкой.
Особенность расчета балок с волнистой стенкой заключается в определении величин Wрасч и Iрасч в расчетном сечении. Податливость волнистой стенки учитывают коэффициентами:
По прочности и жесткости балки проверяются по формулам (27), (34).
На срез по нейтральной оси стенка проверяется с учетом местной устойчивости по формуле
где φв.ст — коэффициент устойчивости волнистой стенки,
здесь k1=0,55√EфGф;
k2 зависит от отношения высоты волны стенки к длине волны и для hв/lв — 1/12, 1/15 и 1/18 равен соответственно 0,45, 0,41, 0,39;
λв.ст — гибкость волнистой стенки, определяемая по формуле
Применение третьего способа изготовления балок позволяет придать стенке рациональную волнистую форму для обеспечения ее устойчивости [10]. Задавшись шириной пояса, по формуле (129) находят квадрат гибкости стенки. Определив для принятой в конструкции фанерной стенки k1, по формуле (128) при условии φв.ст=1 находят k2 и затем отношение hв/lв.
Прочность клеевого соединения стенки с поясом на скалывание проверяют по формуле
где bшв — глубина заделки стенки в паз.
Клеефанерные составные балки наиболее экономичны по расходу древесины и фанеры. Экономия, получаемая при применении их, составляет в среднем по сравнению с многослойными дощатоклееными — 20%.
Составные неклееные балки
Они могут быть: дощато-гвоздевые с перекрестной стенкой, брусчатые (бревенчатые) на пластинчатых нагелях, а также на призматических шпонках и колодках (схемы 5, 6, 7 табл. 14). Эти балки применяются для временных сооружений. С их конструированием и расчетом можно ознакомиться в Указаниях по проектированию деревянных конструкций временных зданий и сооружений (СН 432-71).