Курсовая работа - Деревянное одноэтажное здание - файл n1.doc

Курсовая работа - Деревянное одноэтажное здание
скачать (1380.6 kb.)
Доступные файлы (3):
n1.doc8911kb.21.04.2010 22:27скачать
n2.bak
n3.dwg

n1.doc



Министерство науки и образования РФ

Череповецкий государственный университет

Инженерно-экономический институт


Кафедра СКиА


Пояснительная записка

к курсовому проекту

на тему: «ДЕРЕВЯННОЕ ОДНОЭТАЖНОЕ ЗДАНИЕ»

по дисциплине «КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС»

Выполнил: Ширяева Т.М.

Группа: 5 СП-31

Проверил: Лебедева И.А.

Череповец 2010

Содержание курсового проекта

Исходные данные для проектирования 4

1. Расчет и конструирование треугольной распорной системы 5

1.1. Геометрические размеры 5

1.2. Конструктивная схема кровли 5

1.4. Расчет сечения прогонов 8

1.5. Определение усилий в элементах системы 11

1.6. Подбор сечения верхнего пояса 13

1.7. Подбор сечения нижнего пояса 15

1.8. Расчет опорного узла 16

1.9. Расчет сварных швов 18

1.10. Расчет и конструирование конькового узла 19

2. Расчет и конструирование колонны 21

2.1. Исходные данные 21

2.2. Геометрические характеристики принятого сечения 24

2.3. Расчет и конструирование узла защемления колонны в фундаменте 25

3. Краткие указания по монтажу и изготовлению элементов покрытия 30

4.Мероприятия по защите конструкций от гниения и возгорания 31

Литература 36

Исходные данные для проектирования


Таб. 1

показатель

значение или иная характеристика

Класс ответственности здания II

II – согласно п.2 прил. 7 СНиП 2.01.07-85 коэффициент надежности по ответственности принимается равным 0.95.

Температурно-влажностный режим эксплуатации

А1. Условия эксплуатации: внутри отапливаемых помещений при температуре до 35 С, относительной влажности воздуха до 60%. Максимальная влажность древесины для конструкций: из клееной древесины – 9%; из неклееной древесины – 20%. Марка клея для склеивания древесины – ФРФ-50 (фенольно-резорциновый клей).

Шаг конструкций (поперечных рам)

В=4 м

Длина здания

L=40 м

Пролет здания

L=18 м

Высота до низа стропильных конструкций

м

Тип кровли, уклон

неутепленная, уклон

Район по снеговой нагрузке

V, кПа

Материал несущих конструкций

Древесина сосны (или ели) II сорта с расчетным сопротивлением изгибу, сжатию и смятию вдоль волокон МПа ( в зависимости от размера сечения)

Материал кровли

металлочерепица



Цель проекта – запроектировать и рассчитать поперечную раму здания, состоящую из треугольной распорной системы с клееным верхним и металлическим (стальным) нижним поясом и клееных колонн.

1. Расчет и конструирование треугольной распорной системы

1.1. Геометрические размеры


Расчетный пролет: мм.

Стрела подъема мм.

; ; .

Длина ската: мм.


1.2. Конструктивная схема кровли


Кровля – неутепленная: металлочерепица по обрешетке и прогонам.


Нагрузки на 1 м2 покрытия

Таб. 2

Вид нагрузки

Нормативная нагрузка, кПа

Коэффициент надежности по нагрузке

Расчетная нагрузка, кПа

Металлочерепица



1,2

0,06

Снеговая (V снеговой район)

2,0

1,6*

3,2

Собственный вес системы

кН

1,2

1,2 кН


Для снеговой нагрузки , так как .
При шаге 200 мм на одну доску обрешетки приходится (в проекциях на оси):

; ;

; .
При расчете не учитываю скатную составляющую нагрузки в виду ее малости (не учитываю косой изгиб обрешетки).

Расчет на сочетание нагрузок №1: .
Задаемся длиной обрешетки L=1 м. Тогда на 1 доску будет приходится нагрузка . Максимальный изгибающий момент, возникающий в доске, равен

Момент сопротивления сечения доски равен: . Тогда нормальное напряжение в сечении составит:

.
Расчет на сочетание нагрузок №2: , .

Сосредоточенная сила считается приложенной к одной доске, т.к. шаг 200 мм >150 мм.

Задаемся длиной обрешетки L=1 м. Тогда на 1 доску будет приходится нагрузка . Максимальный изгибающий момент, возникающий в доске, равен
. Тогда нормальное напряжение в сечении составит:

.

Следовательно, длину доски обрешетки найдем для сочетания нагрузок №2.

, откуда .
. Приведя это выражение к квадратному уравнению вида , где за Х принята длина обрешетки Lоб, находим предельную длину обрешетки м.

Принимаю длину обрешетки , при этом прочность сечения доски при втором сочетании нагрузок обеспечена.

Проверим прогиб доски обрешетки при найденной длине для 1-го сочетания нагрузок:

На одну доску при ее длине 70 см приходится нагрузка .

Изгибающий момент в сечении:

.

.

, где

- (вдоль волокон);

- ;

- - нормативная нагрузка, равная .

;

. Следовательно, прогиб доски не превышает предельно допустимого. Прочность сечения при этом обеспечена.

1.4. Расчет сечения прогонов


При шаге поперечных рам 4 м применяю однопролетные прогоны длиной 4 м.

Прогоны также рассчитываем на 2 возможных сочетания нагрузок:

1). постоянная и временная от снега (расчет на прочность и прогиб);

2). постоянная и временная от сосредоточенного груза 1 кН с умножением последнего на коэффициент перегрузки n=1.2 (расчет только на прочность).

Наибольший прогиб прогона составляет (согласно таб.16 СНиП II-25-80).
Нагрузки на 1 м2 покрытия

Таб. 3

Вид нагрузки

Нормативная нагрузка, кПа

Коэффициент надежности по нагрузке

Расчетная нагрузка в проекции на ось У, кПа

Вес металлочерепицы

0,05

1,2

0,058

Вес обрешетки при шаге 0,2 м

0,031

1,1

0,034

Вес брусков 50х50

0,025

1,1

0,028

Итого постоянная

0,12

Снеговая

2,0

1,6

3,1

Сосредоточенная сила

1 кН

1,2

1,16 кН

Для снеговой нагрузки , так как .

Итого (в проекции на ось У) на один прогон при шаге прогонов 400 мм:


Расчет по 1-ой схеме нагружения: .
Максимальный изгибающий момент, возникающий в прогоне, равен

Максимальная поперечная сила в сечении:

кН.

Требуемый момент сопротивления сечения равен: .

Задаюсь шириной сечения мм. Тогда высота сечения м. Принимаю размер сечения прогона мм.

Момент сопротивления принятого сечения: м3;

Нормальное напряжение в сечении составит: .

Проверка на скалывание:

.

Устойчивость плоской формы деформирования:

;

.

Расчет прогона по II предельному состоянию:

; ;

. Следовательно, прогиб прогона не превышает предельно допустимое значение.

Расчет по 2-ой схеме нагружения: , кН.




Максимальный изгибающий момент, возникающий в прогоне, равен



Максимальная поперечная сила в сечении:

кН.

Т.к. полученные силовые характеристики существенно меньше тех, которые получаются при первой схеме нагружения, то дальнейшего расчета не привожу, т.к. прочность прогона обеспечена.

Окончательно принимаю к дальнейшему расчету сечение прогона мм. Прогон выполняется из неклееной древесины II сорта. Размер сечения соответствует сортаменту пиломатериалов из древесины 2 сорта ( по ГОСТ 24454).

Вес прогона на 1 м2 конструкции составляет:

.

1.5. Определение усилий в элементах системы


Нагрузки на 1 м2 плана здания

Таб. 4

Вид нагрузки

Нормативная нагрузка, кПа

Коэффициент надежности по нагрузке

Расчетная нагрузка , кПа

Постоянная (с учетом веса прогонов)

0.22/0,97=0,23

1,1

0,25

Собственный вес системы

0,21

1,1

0,23

Итого постоянная:

0,48

Снеговая

2,0

1,6

3,2


Для снеговой нагрузки , так как .

Собственный вес системы определяется из выражения:

.

Нагрузки на 1 м системы составляют:

Система рассчитывается на два варианта сочетания нагрузок:

1) постоянная и временная нагрузка на всем пролете

2) постоянная нагрузка на всем пролете и временная на половине пролета.

При первом варианте сочетания нагрузок имеем:
Опорные реакции кН;

Усилие в затяжке кН.

Нормальная сжимающая сила в верхнем поясе у опор:

кН.

Нормальная сжимающая сила в середине верхнего пояса:

кН.

Изгибающий момент в четверти пролета:

.
При втором варианте сочетания нагрузок:

Опорные реакции кН;

кН.

Усилие в затяжке кН.

Нормальная сжимающая сила в верхнем поясе у опор:

кН.

Нормальная сжимающая сила в середине верхнего пояса:

кН.

1.6. Подбор сечения верхнего пояса


Верхний пояс рассчитывается как сжато-изгибаемый стержень, находящийся под воздействием внецентренно приложенной нормальной силы и изгибающего момента от поперечной нагрузки. В результате внецентренного приложения нормальной силы в опорном и коньковом узлах системы возникают разгружающие (отрицательные) моменты, за счет чего уменьшается изгибающий момент в верхнем поясе. Рекомендуется принимать высоту сечения верхнего пояса мм.

Для изготовления деревянных клееных конструкций рекомендуется в основном использовать пиломатериалы хвойных пород (сосна, ель). Толщину склеиваемых слоев в элементах, как правило, не следует принимать более 33 мм, которую получают при фрезеровании пиломатериалов толщиной 40 мм. Ширину пиломатериалов выбирают согласно номинальным размерам элемента с учетом суммарных припусков на усушку и механическую обработку. Эти припуски для пиломатериалов шириной от 125 до 175 мм составляют 15 мм.

Верхний пояс выполняется в виде клееного пакета из черновых заготовок по сортаменту пиломатериалов 2 сорта (ГОСТ 24454-80) сечением мм. После фрезерования черновых заготовок по пластям для склейки отбирают чистые доски сечением мм. Клееный пакет принимаем из 20 досок общей высотой мм. После склеивания пакета и фрезерования по боковым поверхностям его окончательное сечение составляет мм.

Задаемся эксцентриситетом приложения нормальной силы в опорном и коньковом узлах с учетом условия мм, принимаю мм.

Площадь поперечного сечения м2.

Момент сопротивления сечения м3.

Момент инерции сечения м4.

Расчет на прочность сжато-изгибаемых элементов производится по формуле:

, где

- при высоте пояса 66 см;

- при толщине досок 33 мм (толщина слоя);

- - коэффициент надежности по назначению.
Для шарнирно опертых элементов при эпюрах изгибающих моментов параболического и прямоугольного очертания изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок определяется по формуле:

, где

; - продольное усилие в ключевом шарнире;

;

- при эпюрах изгибающих моментов прямоугольного очертания, какое и получается от изгибающего момента .
Проверяем прочность принятого поперечного сечения верхнего пояса от первого варианта сочетания нагрузок:

; .

Гибкость верхнего пояса в плоскости действия изгибающего момента при длине ската мм составит:

.

Коэффициент , где коэффициент А=3000 для древесины.

.

.

.

.

Проверяем прочность принятого поперечного сечения верхнего пояса от второго варианта сочетания нагрузок:

Разгружающий момент в узлах .

.

.

.

.

1.7. Подбор сечения нижнего пояса


Нижний пояс выполняем из 2-х прутков арматуры класса А-III. Расчетное усилие в нижнем поясе получаем максимальным при первом сочетании нагрузок:

.

Расчетное сопротивление арматурной стали растяжению при диаметре арматуры более 10 мм равно .

Подбираем сечение стержней арматуры:

1) Приопорные стержни: см2. Принимаю с площадью каждого см2.

2) Центральный стержень: см2. Принимаю с площадью сечения см2.



1.8. Расчет опорного узла


Упорная плита – плита с ребрами жесткости, в которую упирается верхний пояс системы. Упорная плита рассчитывается на изгиб приближенно как однопролетная балка с поперечным сечением тавровой формы.

Для создания принятого эксцентриситета в опорном узле высота упорной плиты должна составлять:

мм.

Ширина упорной плиты принимается по ширине сечения верхнего пояса: мм.

Геометрические характеристики плиты таврового сечения:



Статический момент относительно оси «0-0»:


0

0


Расстояние от центра тяжести сечения до оси «0-0»: мм.

Расстояние от центра тяжести сечения до верхней грани плиты:

мм.

Расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести ребра:

мм.

Момент инерции поперечного сечения относительно оси «Х-Х»:



Моменты сопротивления:

мм3; мм3;

Напряжение смятия древесины в листе упора верхнего пояса в плиту:

.

Пролет плиты принимается равным расстоянию в осях между вертикальными фасонками, т.е.:

мм.

Изгибающий момент в однопролетной балке таврового сечения:

.

Напряжение при изгибе составит:

.

Опорная плита – горизонтальная плита, рассчитывается как однопролетная балка с двумя консолями на изгиб под действием напряжения смятия ее основания.

Требуемая ширина опорной плиты определяется из условия смятия древесины колонны вдоль волокон:

см, где

см – длина опорной плиты.

Ширина опорной плиты принимается в соответствии с действующим сортаментом с округлением в большую сторону, но не менее 100 мм, поэтому принимаю мм.

Тогда:

.

Изгибающий момент в консольной части опорной плиты при расчетной ширине 10 мм:

;

Изгибающий момент в пролете опорной плиты:



Требуемая ширина опорной плиты составляет:

м.

Принимаю толщину плиты мм.

1.9. Расчет сварных швов


Все сварные швы, кроме указанных, выполняются ручной электродуговой сваркой электродами типа Э-42 при катете шва мм.

1) Сварные швы, прикрепляющие пластинки ребра упорной плиты к вертикальным фасонкам.

Усилие, приходящееся на одну пластинку: кН.

м,

где: =180 МПа – расчетное сопротивление шва;

- коэффициент глубины проплавления шва;

- коэффициент условия работы;

- коэффициент условия работы шва;

- коэффициент надежности по назначению.

Фактическая длина шва: > 0,181 м.

2) Сварные швы, прикрепляющие нижний пояс из арматуры к вертикальным фасонкам.

Усилие, приходящееся на одну пластинку: кН.

м,

Длину шва принимаем не менее ширины опорной плиты: м.

1.10. Расчет и конструирование конькового узла


Торцы верхнего пояса в коньковом узле подвержены сжимающему воздействию горизонтальной силы, достигающей максимального значения при первом варианте сочетания нагрузок. Торцы стыкуются простым лобовым упором.

кН.

Размеры площадки смятия назначаем из расчета на обеспечение приложения силы, сжимающей верхний пояс, с тем же эксцентриситетом мм, что и в опорном узле. Для этого в верхней части сечения устраиваем зазор высотой м.

Площадь смятия в коньковом узле составит:

м2.

Смятие в коньковом узле происходит под углом . Сопротивление смятию древесины при таком угле составит:
МПа.

Напряжение смятия в узле: .

При нессиметричном загружении снегом лишь одного из скатов покрытия в коньковом узле возникает поперечная сила, которая воспринимается соединительной подкладкой на болтах. Подкладка выполняется из клееного пакета досок.

Поперечная сила в узле при нессиметричном загружении временной нагрузкой равна:

кН.

Усилия в ближайших к узлу болтах равны: кН.

Усилия в дальних от узла болтах: кН.

Требуемая площадь сечения болтов определяется по формуле

мм2.

Диаметры всех болтов принимаются по 24 мм с см2.

.

Требуемая площадь смятия под шайбой

мм2,

где = 4 МПа – расчетное сопротивление смятию древесины под шайбами под углом 90є.

Принимается шайба размерами 120х120х10 мм: мм2.

Давление под шайбой на ширине 10 мм кН/мм.

Момент в шайбе кН·мм.

Требуемая толщина шайбы .



2. Расчет и конструирование колонны

2.1. Исходные данные


Поперечник здания представляет собой двухшарнирную раму м, высотой в шарнирном узле м, шагом м.

Расчетные нагрузки:



Для определения веса колонны зададимся предварительными размерами сечения колонны, исходя из предельной гибкости. Определим массу колонны:

;

м;

мм (ширина верхнего пояса ригеля), плотность древесины кг/м3.

Вес колонны кН.

Нагрузка от стеновых панелей: кН.

Нагрузка от покрытия:

кН.

Нагрузка от снега:

кН.

Максимальная вертикальная нагрузка на колонну

25.86 +9.73+ 7,56 +0,9·124.54 +3,67=158.91 кН.

Нагрузка от ветра принимается равномерно распределенной по высоте колонны:

кН/м – активное давление;

кН/м - пассивное давление.

Представленная схема рамы является однажды статически неопределимой системой. При бесконечно большой жесткости ригеля за лишнее неизвестное удобно принять продольное усилие в нем, которое определяется по известным правилам строительной механики:

.

Усилие в ригеле от равномерно распределенной ветровой нагрузки равно:

кН;

Усилие от сосредоточенных ветровых нагрузок на уровне верха колонн в том случае, когда в качестве несущей конструкции покрытия применена треугольная распорная система, равна 0.

Нагрузку от стеновых панелей условно считаем приложенной посередине высоты колонны, тогда усилие от нее в ригеле составит:

кН; где: кНּм;

мм – расстояние между осью стеновых панелей и осью колонны.

Изгибающий момент в колонне на уровне верха фундамента:

кНּм;

кНּм.

Расчетная сила в колонне на уровне верха фундамента:


Уточненные геометрические размеры сечения колонны.

Принимаем пакет из досок шириной после фрезеровки мм в количестве 16 штук.

Общая высота сечения колонны: мм, что составляет ;

Окончательно принимаем сечение колонны мм, мм.


У


2.2. Геометрические характеристики принятого сечения


м2;

м3;

м; м;

м4; м3.

Проверяем принятое сечение на расчетное сопротивление нагрузок:

Изгибающий момент от действия нагрузок:

где

Гибкость колонны в плоскости рамы где м – расчетная длина колонны.

Коэффициент продольного изгиба .

Действующий изгибающий момент кНּм.

Напряжение МПа;

МПа.

Расчет на устойчивость плоской формы деформирования.

Для сжато-изгибаемых элементов расчет производится по формуле:

, где

; ; .

Ставим связи в плоскости колонн, соединив их попарно в середине высоты. Уменьшится расчетная длина и гибкость при этом составит: ; ;

и - коэффициенты, которые вводятся в расчетную формулу при наличии в элементе закреплений из плоскости деформирования со стороны растянутой от момента М кромки. В нашем примере такими закреплениями являются стеновые панели.



, где

для прямолинейных элементов;

, так как в нашем примере .

Подставляя полученные значения в формулу, получаю:



2.3. Расчет и конструирование узла защемления колонны в фундаменте


Защемление узла осуществляется при помощи натяжных болтов и пластинчатых анкеров. Расчет анкеров производится по максимальному растягивающему усилию при действии постоянной нагрузки с коэффициентом надежности вместо и ветровой нагрузки.

Минимальная сжимающая сила кН.

Изгибающий момент в заделке

кНּм;



Принимаем высоту сечения колонны в основании мм.

Принимаем длину базы мм.

Задаемся толщиной анкерной полосы мм. Усилия в анкерных полосах и наклонных тяжах, с помощью которых обеспечивается защемление колонны к фундаменту, определяем исходя из необходимости обеспечения равновесия всех сил, действующих в узле. При расчете узла принимаем, что прочность бетона фундамента достаточна для восприятия всех действующих на него усилий, т.е. расчетное сопротивление бетона сжатию не менее расчетного сопротивления древесины сжатию .

МПа – расчетное сопротивление листовой стали С235.

Проводим условное сечение по линии Ф-Ф, заменяя базу фундамента усилиями и .

МПа.

Условия равновесия узла:

;

;

;

;

;

;



или

Дискриминант



В данном случае действительным значением будет м.

Требуемая площадь сечения анкерной полосы м2.

Растягивающее усилие в анкерах кН.

Реакция сжатия колонн основанием кН.

Принимаем сечение анкерных полос из конструктивных соображений и с учетом возможной коррозии стали равным 10х40 мм.

Ставим по 2 полосы с каждой стороны сечения колонны.

Площадь сечения анкерных полос м2м2.

Усилие в наклонных тяжах кН.

Требуемая площадь одного наклонного тяжа мм2.

Принимаем тяжи диаметром 25 мм, мм2мм2.

Подбор сечения уголка.

Уголок рассчитывается на изгиб как однопролетная балка.

Расчетный пролет уголка м.

Изгибающий момент в уголке

где кН/м;

кНּм.

Принимаем к расчету равнополочный уголок 70х70х8 мм.

Геометрические характеристики поперечного сечения уголка по ГОСТ 8509-86:

мм4; мм; мм3.

Расчетное сопротивление изгибу проката из стали марки С235

МПа.

Напряжение .

Проверка базы колонны на смятие под уголками

Смятие происходит под углом 45є к волокнам древесины.

МПа.

Площадь смятия под уголком м2.

Напряжение .

Проверка на скалывание

Расчет на скалывание по клеевому шву, соединяющему накладки и колонну, производится на усилие , которое определяется как разность усилий, действующих на накладку сечением .

Т.к. то

кН, где

МПа.

Напряжение скалывания

м ;- плечо сил скалывания.

Напряжение на поверхности фундамента без учета накладок составляют:



-3.75МПа; +2.84 МПа;

м. Плечо сил м;

МПа.

Напряжение скалывания .

Для соединения полутяжей применяю стыковые накладки сечением 150х150х12 мм из стали марки С235.


3. Краткие указания по монтажу и изготовлению элементов покрытия


Клееные элементы покрытия изготовляются из пиломатериала II и III качественных категорий с влажностью не более 15%. Пиломатериал III категории используется для средней части сечения пояса. Для верхней и нижней зон в пределах 0.1 высоты пояса (но не менее 2-х досок в каждой зоне) используется материал II категории, для связей - III категории.

Стыки досок в крайних зонах сечения пояса (по 0.1 высоты сечения) осуществляются на «ус» или зубчатым шипом. В остальной части сечения склеивание по длине может выполняться зубчатым шипом или впритык с плотной приторцовкой сжатых досок и с посадкой на клей.

В одном сечении элемента допускается стыкование не более 25% всех досок, а в наиболее напряженной зоне - не более одной доски. Вдоль элемента расстояние между стыками смежных досок должно быть не менее 20 толщин доски. Стыки досок не должны образовывать ступенек, направленных в одну сторону.

Ферма перевозится на стройплощадку в виде отдельных изготовленных на заводе элементов. Сборка фермы производится на строительной площадке.

В качестве основных материалов для изготовления КДК используются: пилома­териалы хвойных пород (сосна, ель); синтетические водостойкие клеи; защитные со­ставы.

Пиломатериалы. Для изготовления несущих КДК пригодны хвойные пиломате­риалы 1, 2 и 3-го сортов, с влажностью 10± 2%, длиной от 2 до 6,5 м. Толщина слоев (заготовок) после острожки для прямолинейных элементов должна быть не более 32... 34 мм, для армированных элементов не более 42 мм, для гнутоклееных (криволиней­ных) элементов толщина слоев (16...32 мм) зависит от внутреннего радиуса кривизны элемента.

Синтетические водостойкие клеи. В состав любого клея входят следующие компоненты: смола, отвердитель, наполнитель и тех­нологические добавки. Все клеи классифицируются по типу смолы. В основном исполь­зуются фенолформальдегидные смолы и их сочетания.

Важнейшими технологическими характеристиками клеев являются: вязкость, ра­бочая жизнестойкость - время, в течение которого клей имеет заданные пределы вяз­кости, и время отверждения (полимеризации).

В начальный период освоения в производстве КДК широко использовался клей марки КБ-3, как наиболее дешевый и достаточно надежный при соблюдении всех тре­бований технологического процесса. Однако клей КБ-3 имеет много недостатков: ма­лый срок хранения смолы, нестабильность свойств, токсичность, трудность очистки оборудования от остатков клея и др. Опыт применения этого клея показал, что даже незначительные отклонения от требуемых техническими условиями режимов приго­товления и использования клея приводят к появлению расслоений по клеевым швам в процессе эксплуатации конструкций, снижению их надежности и долговечности.

4.Мероприятия по защите конструкций от гниения и возгорания


Склонность древесины к гниению и возгоранию делает деревянные конструкции недолговечными и ненадежными. Поэтому принимаются меры по снижению горючести и повышению биостойкости древесины.

4.1 Защита от гниения

Гниение древесины происходит в тех случаях, когда на ней начинают развиваться грибы, использующие древесину как питательную среду. Для их развития необходимы определенные условия: влажность древесины не менее 18…20 %; свободный доступ кислорода; температура + 5…+ 40 °С.

Если какое-либо условие не выполняется, гниения древесины не происходит. Наиболее радикальный и реальный с конструктивной точки зрения путь защиты древесины от гниения — сухой режим эксплуатации (влажность древесины должна быть не более 15%).

Если этот путь невозможен, то можно сделать древесину ядовитой или не съедобной для грибов. Последний прием называют антисеп-тированием (от греч. septikos — вызывающий гниение). Этот путь защиты древесины использовался с давних времен. Например, древесину обжигали до образования на поверхности слоя древесного угля. Более эффективна пропитка древесины антисептиками.

Антисептики — ядовитые вещества, применяемые против дерево-разрушающих грибов: они или замедляют рост грибов, или вызывают их гибель.

Вещества-антисептики должны удовлетворять следующим требованиям: – ядовитость по отношению к грибам; – легкость проникновения в древесину; – стойкость во времени (не испаряться и не вымываться); – не быть ядовитыми для человека и животных; – не оказывать разрушающего действия на древесину и металлы.

По физическому состоянию и методам использования антисептики могут быть: – водорастворимыми; – маслорастворимыми; – газообразными; – пастообразными.

В строительстве чаще других применяются как минеральные, так и органические водорастворимые антисептики. Они без цвета и без запаха, не препятствуют склейке и окраске древесины.

Минеральные антисептики:

Фтористый натрий (NaF) — сильный антисептик; легко проникает в древесину и трудно вымывается; недостатком является низкая растворимость в воде (насыщенный раствор NaF при 15°С-4,6).

Кремнефтористый натрий (Na2SiF6) — по антисептирующим свойствам близок к NaF, но растворимость его еще ниже (при 15 °С – 0,6 %; при 60 °С – 2,4 %).

Хлористый цинк (ZnCl2) — сильно гигроскопичная соль, хорошо растворимая в воде. Концентрированный раствор разрушает древесину, поэтому и для пропитки, и для обмазки применяют растворы и пасты концентрацией не выше 5 %; антисептические свойства слабые; вымывается легко.

Медный купорос (CuS04) — антисептик средней силы; хорошо растворим в воде (28 % при 15 °С) и хорошо проникает в древесину; для пропитки и обмазки используют растворы концентрацией 5…10 %. Купорос, кроме того, применяется для протравливания старых штукатурных покрытий потолков и стен перед покраской.

Органические антисептики. Основной вид органических антисептиков — продукты переработки дегтя: антраценовое масло, креозот и др. Эти вещества обладают резким дегтярным запахом и признаны канцерогенами, поэтому их допустимо применять только для пропитки конструкций вне зданий (шпалы, столбы линий электропередач и т. п.).

Для пропитки конструкций зданий используют производные фенола — вещества, получаемого из дегтя. Сам фенол из-за его летучести для целей антисептирования древесины не применяется (используется в медицине при антисептирующей обработке помещений в виде водного раствора — «карболки»). Фенолы используют в виде нитропроизводных — динитрофенол, а чаще в виде натриевых и кальциевых солей: динитрофенолят натрия и кальция и фенолят натрия.

4.2 Защита от возгорания

Древесина относится к сильногорючим и легковоспламеняемым материалам. Возгорание древесины при контакте с открытым огнем происходит при температуре 260…290 °С, а при нагреве выше 350 °С газы, выделяющиеся из древесины, способны самовозгораться. Для предупреждения возгорания древесины применяют специальные меры конструктивного характера, сводящие к минимуму вероятность нагрева древесины и ее контакта с огнем. Другой путь защиты древесины — снижение возгораемости самой древесины.

Снижение возгораемости древесины вплоть до перевода ее в группу трудносгораемых можно достичь двумя путями: покрытием древесины огнезащитными составами и пропиткой древесины антипирена-ми (от греч. руг— огонь).

Огнезащитные покрытия могут быть в виде обмазок, красок и лаков. Обмазки состоят из неорганических связующих (глина, известь, гипс), наполнителей (слюда, асбест и т. п.) и антипиренов. Обмазки наносят слоем 2…3 мм на деревянные конструкции, к которым не предъявляются декоративные требования. Огнезащитные краски образуют более декоративные покрытия. Огнезащитная функция заключается в образовании оплавленных стекловидных пленок, предотвращающих доступ кислорода к древесине и защищающих ее от нагрева. Огнезащитные лаки используются в тех случаях, когда необходимо сохранить видимой природную текстуру дерева. При контакте с огнем лаковая пленка вспучивается (наподобие «воздушной кукурузы») и образует теплоизолирующее трудносгораемое покрытие на поверхности древесины.

Огнезащитные пропитки — растворы солей и некоторых других веществ — антипиренов, которыми пропитывают древесину.

При нагреве до температуры возгорания древесины антипирены действуют по следующим схемам: – разлагаются с выделением газов, не поддерживающих горение (Н20, С02, NH3 и др.); – плавятся с образованием газонепроницаемой стеклообразной пленки; – вспучиваются, а затем обугливаются, образуя теплоизолирующее покрытие.

Пока протекают эти процессы, древесина не загорается.

Наиболее распространенные антипирены: фосфат и сульфат аммония, бура (Na2B407 * 10Н2О), поташ (К2С03), борная кислота (Н3В02). В последнее время в качестве антипиренов предложены эле-ментоорганические соединения, содержащие галогены и фосфор (например, трихлорэтилфосфат).

Так как технология пропитки антисептиками и антипирена-ми одинаковая, то часто проводят комплексную обработку древесины против гниения и возгорания. Для этого используют, например, водный раствор, содержащий 15 % антипиренов (ди-аммоний фосфата 7,5 %, серно-кислого аммония — 7,5 %) и 2 % антисептика — фтористого натрия.

Пропитка древесины может быть поверхностная или глубокая. Проводится она до окраски деревянных конструкций или столярных изделий.

Поверхностная пропитка производится путем 2—3-кратной обработки деревянных элементов концентрированными растворами с помощью кисти или распылителя. Ее производят обычно в построечных условиях на готовых конструкциях. Недостаток такой обработки — возможность вымывания пропитывающего состава и появления высолов на конструкции. Механическая обработка (острожка, шлифование) после пропитки не допускается, так как при этом снимается пропитанный слой древесины.

Глубокая пропитка обеспечивает проникновение антисептиков и антипиренов в глубину, древесины, что повышает надежность пропитки. Ее производят в заводских условиях; при этом пропитывают обычно подкрашенным раствором.

Используют два метода глубокой пропитки: – Метод горячехолодных ванн: обрабатываемую древесину сначала помещают в горячий раствор. В нем из древесины выходит воздух и пары воды. Затем древесину перемещают в холодный раствор; в порах древесины при этом образуется разряжение и туда активно засасывается раствор. – Автоклавно-диффузионный метод: древесину помещают в автоклав (толстостенную герметически закрывающуюся емкость), в котором создают разряжение 0,06…0,08 МПа. Затем туда подают пропиточный состав с температурой не ниже 70 °С и постепенно поднимают давление.

Литература


  1. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 1999. – 30 с.

  2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М.: Госстрой СССР, 1986.

  3. СНиП II-23-81*.Стальные конструкции / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2000. – 96 с.

  4. Справочник снабженца, выпуск 12. М.: Информационное Бюро «Торгового дома металлов ЛТД», 200. –148 с.

  5. Методические указания по расчету и проектированию деревянных конструкций. М.: МИСИ, 1993. – 95 с.

  6. Лекционный и практический материал в изложении доцента Степанова Бориса Абрамовича.

  7. А. В. Калугин. “Деревянные конструкции” - М. : Изд-во АСВ, 2003. - 223 с.



* Коэффициент надежности по нагрузке f для снеговой нагрузки следует принимать равным 1,4. При расчете элементов конструкции покрытия, для которых отношение учитываемого нормативного значения равномерно распределенной нагрузки от веса покрытия (включая вес стационарного оборудования) к нормативному значению веса снегового покрова S0 менее 0,8, следует принимать равным 1,6 ( п. 5.7 СНиП 2.01.07-85).



Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации