Расчетные характеристики деревянных элементов каркаса

В процессе эксплуатации дома к деревянным элементам каркаса прикладываются нагрузки, направление которых зависит от действия тех или иных природных факторов. Это могут быть силы растягивания, сжатия, изгиба, сминания, скалывания и т.д. Древесина, как и любой другой строительный материал, обладает способностью до определенного момента сопротивляться приложенным нагрузкам, не допуская разрушения ее волокон. Величина критического сопротивления (R), после которого происходит разрушение волокон древесины, зависит от вида древесины и поперечного сечения конструктивного элемента в месте максимального приложения суммарной составляющей всех действующих сил.

В связи с тем, что деревянные элементы каркаса дома работают в условиях, которые отличаются от идеальных, при определении расчетного сопротивления следует учитывать эти параметры. Для этого полученное расчетное сопротивление умножают на поправочные коэффициенты. Расчет центрально-растянутых элементов для каркасных домов обычно не делается. Это связано с тем, что и без того малый предел прочности древесины при растяжении значительно снижается из-за наличия сучков и пороков. При растяжении деревянные конструкции разрушаются почти мгновенно, поэтому такие напряжения в каркасе домов допускать нельзя. При наличии центрально растянутых нагрузок деревянные элементы каркаса, подвергающиеся таким нагрузкам, следует заменять на металлические конструкции.

Сминание древесины происходит от сжимающих сил, которые действуют перпендикулярно поверхности (рис. 1). В большинстве случаев такие силы вызывают равномерное напряжение смятия, которое может быть общим и местным.

Рис. 1. Сминание древесины поперек волокон:
А — по всей поверхности; Б — по участку длины; В — на ограниченной площади

Общим называют смятие, которое возникает при действии сжимающей силы на всю поверхность элемента. Если же сила действует на часть поверхности, то при этом возникает местное сминание в пределах площади, на которую действует сила. Способность древесины сопротивляться силам сминания во много зависит от угла сминания (а), под которым понимают угол между направлениями действия сжимающей силы и волокон древесины. При а=0, то есть когда сминание происходит вдоль волокон, стенки клетки работают в наиболее благоприятной обстановке, а древесина имеет наибольшую прочность и деформативность. Расчетное сопротивление древесины сминанию (RCM) в этом случае в зависимости от сорта древесины находится в пределах 8,5—16 МПа.

В неблагоприятных условиях стенки клеток древесины находятся при сминании поперек волокон, то есть когда угол сминания равняется 90°. Под действием сминающих сил стенки клеток сплющиваются за счет внутренних пустот, что приводит к деформациям древесины. Возможны три варианта сминания древесины поперек волокон:
когда силы сминания прикладываются ко всей поверхности элемента (рис. 1, А) происходят наибольшие деформации клеток;
когда силы сминания приложены к части деревянного элемента по всей его ширине (рис. 1, Б);
когда силы сминания приложены к небольшому участку по длине и ширине элемента (рис. 1, В).

Пороки древесины в большинстве случаев не снижают ее прочности при сминании и в расчетах не учитываются.

Скалывание древесины вдоль ее волокон происходит в продольных сечениях элементов. Прочность древесины при скалывании очень мала, поэтому расчетное сопротивление древесины скалыванию вдоль волокон не должно превышать 2,4 МПа. При больших усилиях волокна, которые имеют сравнительно слабые связи между собой, разрушаются практически мгновенно. В местах приложения сил скалывания не допускаются трещины в конструктивных элементах деревянного каркаса.

Поперечный изгиб деревянных конструкций может возникать как под действием сил, направленных перпендикулярно продольной оси элемента, так и под углом. Предельные прогибы конструктивных элементов деревянного каркаса приведены в таблице 1.
Таблица 1. Предельные прогибы элементов деревянного каркаса


Примечание: 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.

Составные балки отличаются от целых тем, что они собираются из нескольких цельных элементов, соединенных между собой разного вида податливыми связями, обеспечивающими их совместную работу. К таким составным балкам относятся в первую очередь конструкции, состоящие из нескольких брусьев или досок. Расчет составных элементов на изгиб может быть сведен к расчету элементов цельного сечения с введением поправочных коэффициентов. В современных строительных конструкциях все больше и больше используются клееные конструкции, об особенностях которых мы расскажем ниже.