Принципы усиления деревянных конструкций

Деревянные конструкции, защищенные современными средствами от гниения и возгорания, позволяют снизить стоимость строительства и обеспечить высокую долговечность здания. В стране разработаны и находят применение несущие и ограждающие конструкции из клееной древесины для покрытий производственных зданий в виде клееных сегментных металлодеревянных ферм, трехшарнирных арок, панелей покрытия, оболочек и складок.

Клееные конструкции находят применение в первую очередь в теплых и холодных помещениях с наружным отводом воды, без фонарей, в зданиях с нормальным температурно-влажностным режимом, в которых опасность загнивания древесины является минимальной. Небольшой вес деревянных стропильных конструкций не требует больших фундаментов, что снижает их материалоемкость и стоимость.

В современном промышленном и сельскохозяйственном строительстве для покрытий применяют клееные двускатные малоэлементные безраскосные фермы треугольного очертания пролетом 12 и 18 м (рис.3.46, а) и металлодеревянные треугольные фермы пролетов 9 и 12 м, в которых элементы, работающие на сжатие, делают деревянными, а на растяжение - металлическими (рис. 3.46, б).

Рис.3.47. Варианты клеедеревянных стропильных конструкций

а) - двускатная безраскосная ферма треугольного очертания пролетом от 9 до 18 м; б) - металлодеревянная треугольная фермы пролетов 9 и 12 м ; в) - стрельчатая арка для пролетов 18 - 24 м; г) - армодеревянная рама пролетом от 12 до 30 м

Стрельчатые клееные деревянные арки позволяют перекрывать пролеты от 12 до

24 м и более. Пояса арок собирают из криволинейных элементов (полуарок), а затяжки устраивают в плоскости конструкции пола. Такие конструкции хорошо себя зарекомендовали при строительстве складов минеральных удобрений и прирельсовых складов для различной продукции (рис.3.46, в).

Деревянные рамы сплошного сечения выполняют по трехшарнирной схеме, используя для изготовления элементов рамы отходы досок толщиной 50 мм, соединенных на клею. Рамы выполняют сборно-разборными, состоящими из четырех элементов (двух стоек и двух полуригелей) или двух полурам (рис.3.46, г). Рамы позволяют перекрывать пролеты зданий от 12 до 30 м.

Необходимость усиления деревянных конструкций возникает при изменении условий эксплуатации, увеличения технологических нагрузок, при отнесении конструкций к 3-й и 4-й категориям технического состояния и другим причинам. В период эксплуатации из строя могут выходить отдельные участки несущего элемента при сохранении прочностных свойств на большей его части. В этом случае производят замену отдельных участков несущих элементов, которую называют протезированием.

При незначительных биологических повреждениях древесины элемента конструкции (загнивание на глубину от 1 до 3 см) рекомендуется механическим способом снять загнивший поверхностный слой древесины с захватом здоровых слоев на глубину 2-3 см и обработать этот участок антисептиком.

В случае значительного гнилостного поражения элемента конструкции (на глубину до ¼ сечения элемента) загнившая часть древесины удаляется полностью с захватом здоровых слоев на 2-3 см и прилегающих участков длиной до 0,3 м здоровой на вид древесины. Проверочным расчетом решается вопрос об усилении ослабленного сечения металлическими или деревянными накладками (рис3.50).

При грибковом повреждении древесины элемента конструкции на глубину более ¼ сечения (опорные части балок и ферм) пораженную часть необходимо полностью выпилить с захватом прилегающих участков длиной до 0,5 м здоровой древесины.

Усиление деревянных конструкций осуществляется при отсутствии временной снеговой нагрузки на покрытие и технологической - на перекрытие.

а)

б)

Рис.3.50. Усиление деревянных балок деревянными (а) и металлическими (б) накладками

1- накладка; 2- поперечины из швеллера; 3- усиливаемая балка; 4- болты; 5- гвозди;

6- антисептированная подкладка; 7- теплоизоляционный слой

Выбор способа усиления зависит от технического состояния и типа конструкции, приведенных в табл.3.1.

Таблица 3.1

Основные способы усиления деревянных конструкций

Наиболее эффективным считаются способы усиления деревянных конструкций, изменяющие статическую схему их работы (введение затяжек, установка дополнительных стоек, опор или подкосов). Эти способы рекомендуется применять при наличии свободного пространства под усиливаемой конструкцией.

Деревянные балки с механическими ослаблениями, надрывами растянутых волокон или недопустимыми прогибами (более 1/200 L) рекомендуется усиливать деревянными накладками на болтах, изменять конструктивную схему введением шпренгеля или путем установки промежуточных стоек (рис.3.51. При ремонте опорных частей балок, используют деревянные или стальные протезы.

Рис.3.51. Усиление деревянных балок

а – введением шпренгеля; б – установкой промежуточной стойки

.

Клеедеревянные арки усиливают с помощью установки затяжек (рис.3.52, а), а металлодеревянные – путем превращения в металлодеревянные фермы (рис.3.52, б).

Растянутые элементы деревянных ферм (нижний пояс, раскосы и стойки) усиливают с помощью деревянных накладок на болтах или натяжных металлических хомутов, а также стальных тяжей. Деформированные сжатые элементы ферм усиливают постановкой накладок и прокладок на гвоздях и болтах. Для усиления опорных узлов используют стальные протезы.

Клееные деревянные конструкции усиливаются в случае механического повреждения сечения и в случае значительного расслоения клеевых швов. При механическом повреждении ослабленные участки ферм перекрываются стальными накладками на болтах и глухарях или путем наклейки дополнительных досок с клеегвоздевой запрессовкой.

Рис.3.52. Усиление клеедеревянных и металлодеревянных арок с помощью установки затяжек

Расслоение швов является следствием некачественного изготовления конструкции. Наиболее характерные места возникновения этих дефектов в стрельчатых клеедеревянных арках приведены на рис.3.53.

Рис.3.53. Наиболее характерные места расслоения швов

в клееных деревянных арках

При местном расслоении отдельных слоев на глубину до 1/3 сечения опорных узлов усиление производится с помощью накладок из бакелизированной фанеры марки ФБС на эпоксидном клее с гвоздевой или шурупной запрессовкой (рис.3.54, узел1).

Поверхность усиливаемого участка в местах приклеивания накладок предварительно фрезеруется.

Рис.3.54. Усиление местного расслоения опорного участка на глубину

до 1/ 3 сечения арки

В случае сквозного расслоения клеевых швов на участках длиной от 2 до 4 м усиление осуществляется путем установки системы из стальных уголков и стяжек (узел 3) или стальных пластинчатых нагелей (узел 4) с последующим стягивания усиливаемого участка металлическими хомутами (рис.3.55).

Рис.3.55. Варианты усиления клееных деревянных арок при сквозном расслоении нескольких клеевых швов

3-3 – усилением металлическими уголками; 4-4 – то же, стальными пластинчатыми нагелями

При наличии многих сквозных трещин на локальном участке клееной арки усилить такой участок можно с помощью натяжных хомутов (рис.3.56), которые устанавливают взаимно перпендикулярно по диагонали с двух сторон сечения арки, а затем создают в них натяжение с помощью гаек динамометрическими ключами. Для установки натяжных хомутов с двух сторон сечения арки устанавливают опорные уголки, а по бокам арки- квадратные пластины, к которым на сварке прикрепляют 4 конца натяжных хомутов.

Рис.3.56. Вариант усиления клееной деревянной арки при наличии многих сквозных трещин на локальном участке

При наличии многочисленных сквозных расслоений практически по всей длине арки необходимо ее заменить на новую конструкцию.