Расчёт деревянных конструкций ведётся по СП 64.13330, узлы на вклеенных стержнях — по СП 382, соединения на винтах — по СП 299. Для клеёных конструкций больших пролётов сечение обычно определяют прогиб и устойчивость плоской формы изгиба, а не прочность, поэтому подбор ведётся вместе со схемой раскрепления.
Когда нужен расчёт деревянных конструкций
Дерево вернулось в большие пролёты: клеёные балки и арки спортивных залов, бассейнов и складов, купола и сетчатые оболочки, перекрёстно-клееные панели, фермы на металлозубчатых пластинах, конструкции малоэтажных общественных зданий. Расчёт ведётся по СП 64.13330.2017 и устроен принципиально иначе, чем для стали и железобетона.
Отличие одно, но оно пронизывает весь расчёт: у древесины нет единого расчётного сопротивления. Оно назначается по породе и сорту, а затем умножается на длинный ряд коэффициентов условий работы, каждый из которых отражает реальное обстоятельство эксплуатации. По 6.9 СП 64 учитываются: условия эксплуатации по влажности, температура эксплуатации (при установившейся температуре ниже плюс 35 °С коэффициент равен единице, при плюс 50 °С — 0,8, между ними по интерполяции), высота сечения клеёных элементов свыше 50 см, ослабления и подрезки в расчётном сечении, глубокая пропитка антипиренами, толщина слоёв в клеёных элементах, гнутость элементов, срок службы конструкции, а для смятия поперёк волокон при определённых режимах нагружения — повышающий коэффициент 1,15.
Второе отличие — анизотропия. Древесина по-разному сопротивляется вдоль и поперёк волокон, и расчётное сопротивление скалыванию под углом к волокнам определяется отдельно. Именно скалывание, а не изгиб, чаще всего определяет сечение и особенно узел.
Исходные данные для расчёта деревянных конструкций
- Архитектурное решение и геометрия конструкций, пролёты, шаг несущих элементов, схема связей и раскрепления из плоскости.
- Условия эксплуатации по влажностному режиму — они напрямую задают коэффициент условий работы, и разница между отапливаемым залом и неотапливаемым складом здесь не формальность.
- Температурный режим эксплуатации; наличие технологических источников тепла.
- Порода и сорт древесины, тип конструкции: цельная, клеёная, перекрёстно-клеёная, из круглых лесоматериалов; для клеёной — толщина слоёв и класс по приложению А СП 64.
- Тип соединений: нагельные, на вклеенных стержнях, на металлозубчатых пластинах, клеевые.
- Требования по огнестойкости и предполагаемая защита — глубокая пропитка антипиренами под давлением сама по себе снижает расчётное сопротивление.
- Нагрузки по СП 20.13330.2016, срок службы конструкции.
Состав расчётов
Элементы
- Расчётные сопротивления по породе и сорту с применением всех коэффициентов условий работы по 6.9 СП 64 — с обоснованием каждого принятого коэффициента.
- Прочность при изгибе, растяжении, сжатии вдоль и поперёк волокон, смятии.
- Расчёт на скалывание изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов (7.10, 7.18 СП 64) — для клеёных балок большого пролёта и для узлов это обычно определяющая проверка.
- Устойчивость плоской формы деформирования: клеёная балка высокого сечения без раскрепления сжатой зоны теряет устойчивость раньше, чем исчерпывает прочность.
- Продольный изгиб сжатых и сжато-изгибаемых элементов с учётом податливости соединений.
- Расчёт по деформациям: для дерева прогиб и его нарастание во времени определяют сечение чаще, чем прочность.
Соединения
- Нагельные соединения: несущая способность нагеля, расстановка, смятие древесины, учёт податливости соединения в расчётной схеме.
- Соединения на вклеенных стержнях по СП 64 и СП 382.1325800.2017: несущая способность на выдёргивание и продавливание, требования к геометрии заделки, узлы линзообразных ферм и балок композитного сечения на наклонно вклеенных анкерах.
- Соединения на винтах и самонарезающих стержнях по СП 299.1325800.2017.
- Проверка узлов на скалывание и раскалывание — механизм разрушения, который в дереве наступает хрупко и без предупреждения.
Клеёные конструкции
- Особенности расчёта клеёных элементов, в том числе из фанеры с древесиной.
- Учёт высоты сечения и толщины слоёв через соответствующие коэффициенты условий работы.
- Гнутоклеёные элементы: понижение расчётных сопротивлений растяжению, сжатию и изгибу в зависимости от отношения радиуса кривизны к толщине слоя.
- Проверка клеевых швов на скалывание.
Огнестойкость и долговечность
- Предел огнестойкости с учётом скорости обугливания и уменьшения расчётного сечения; клеёное дерево большого сечения ведёт себя при пожаре предсказуемо, и это считается, а не принимается на веру.
- Защита от увлажнения и биоповреждений, конструктивные меры; требования к узлам примыкания к другим материалам.
Порядок выполнения
Сначала фиксируются условия эксплуатации и назначаются коэффициенты условий работы. Это не последний штрих, а первый шаг: одна и та же балка в разных условиях имеет разную несущую способность, и подбор сечения без этого бессмысленен.
Затем — расчётная схема с учётом податливости соединений. Для деревянных конструкций она заметно влияет на распределение усилий и на перемещения; жёсткие узлы в дереве встречаются редко.
Дальше — расчёт элементов с обязательной проверкой устойчивости плоской формы деформирования и скалывания, затем расчёт по деформациям с учётом длительности нагружения.
После подбора сечений — расчёт узлов и соединений, где проверяются не только крепёжные элементы, но и сама древесина на смятие, скалывание и раскалывание. Завершают работу расчёт огнестойкости и требования к защите, транспортированию и монтажу — клеёные элементы большого пролёта легко повредить при подъёме.
Что входит в результат
Расчётно-пояснительная записка с обоснованием породы, сорта и всех коэффициентов условий работы, расчётом элементов по прочности, устойчивости и деформациям, расчётом узлов и соединений, проверкой огнестойкости. Задание конструкторам: сечения, схемы раскрепления, узлы, требования к клеевым соединениям и к защите. Файл расчётной модели ЛИРА 10 (2024). Ответы на замечания экспертизы.
На что смотрит экспертиза
Обоснование каждого коэффициента условий работы, особенно по влажностному режиму и сроку службы. Наличие проверки устойчивости плоской формы деформирования для балок большой высоты. Расчёт на скалывание, а не только на изгиб. Учёт податливости соединений в расчётной схеме. Проверка узлов по древесине, а не только по металлическим элементам. Расчёт предела огнестойкости. Для вклеенных стержней — соответствие геометрии заделки требованиям свода правил.
Типовые ошибки расчётной модели
Расчётное сопротивление принято табличным, без коэффициентов условий работы — сечение занижено в разы. Устойчивость плоской формы деформирования не проверена, хотя раскрепление сжатой кромки в проекте отсутствует. Узел задан жёстким, тогда как нагельное соединение податливо, и перемещения занижены. Скалывание в опорной зоне не проверено. Прогиб посчитан без учёта длительности нагружения и податливости соединений. Пропитка антипиренами предусмотрена, но понижающий коэффициент не применён.
Выполненные работы
Публичных кейсов по деревянным конструкциям на сайте пока нет. Родственные задачи — большепролётные покрытия и расчёт узлов, определяющих работу системы — разобраны в разделе уникальных и большепролётных сооружений.
Срок и от чего зависит трудоёмкость расчёта
Основное — число типов узлов: в деревянных конструкциях узел определяет и схему, и несущую способность, поэтому считается каждый тип. Второй фактор — клеёные элементы переменного сечения и гнутоклеёные: для них добавляются проверки по высоте сечения, толщине слоёв и кривизне. Третий — требования по огнестойкости: расчёт с учётом обугливания меняет сечения и иногда всю компоновку.
Стоимость привязывается к составу работ и фиксируется в предложении. Предложение действует на указанный в нём период и офертой не является.
Нормативная база
СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» · СП 382.1325800.2017 «Конструкции деревянные клеёные на вклеенных стержнях» · СП 299.1325800.2017 «Конструкции деревянные с узлами на винтах» · СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» · СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии» · ГОСТ 30247.0-94, ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость» · ГОСТ 27751-2014
