В статье рассматриваются способы расчета конструкций из древесины перекрестно клееной по различным методикам, используемым в разных странах в настоящее время.
Ключевые слова: Еврокод, зарубежные нормы, методики расчета, CLT, деревянные конструкции, перекрестно клееная древесина.
Введение
В настоящее время существует потребность в возведении зданий с применением новых материалов для решения различных инженерных задач. На территории Российской Федерации есть предприятия по производству CLT-панелей, необходим анализ методик расчета таких конструкций. Рассматриваются рекомендации по данной теме и способы расчета конструкций из древесины перекрестно клееной в разных странах с целью выявления более приемлемой методики для расчета таких конструкций в нашей стране. Выявляются сходства и различия в расчетах разных стран.
Методики расчетов
При расчете стеновых панелей CLT необходимо избегать растягивающих усилий в направлении, перпендикулярном преобладающему направлению волокон. CLT рассматривается как ортотропная пластина с тремя взаимно перпендикулярными плоскостями симметрии с разными свойствами в каждом направлении. Также следует избегать эксцентриситета приложения нагрузки. В нормативной документации Российской Федерации отсутствует конкретная методика расчета таких конструкций.
Расчет производится по предельным состояниям 1 и 2 групп. По 1 группе предельных состояний в основном панели рассчитываются при сжатии в разных направлениях, изгибе в одном или двух направлениях по нормальным и касательным напряжениям. Касательные напряжения рассматриваются в разных направлениях. Также для стен производится расчет на устойчивость. При расчетах используется эффективное сечение, для которого вычисляется эффективный момент инерции. Для плит нужно проводить большее количество проверок, возникает крутящий момент, нормальные и касательные напряжения действуют в разных направлениях. Стены нагружены в двух перпендикулярных плоскостях — вертикальной и горизонтальной нагрузкой. В несущих стенах преобладают вертикальные нагрузки.
Ни одна теоретическая методика не стала общепринятой для европейских проектировщиков и производителей. В европейских странах выделяют 5 классов длительности нагрузки: постоянная, долгосрочная, среднесрочная, краткосрочная и мгновенная (таблица 1). В Канаде выделяется краткосрочное, стандартное и долгосрочное воздействие (таблица 2), и приводится следующее уравнение для расчета коэффициента длительности нагрузки:
|
|
|
где PL — заданная долгосрочная нагрузка;
PS — заданная нормативная нагрузка, основанная на нагрузках S и L, действующих отдельно или в комбинации.
Таблица 1
Классы длительности нагрузки в европейских нормах
|
Класс продолжительности нагрузки |
Длительность нагрузки |
|
Постоянная |
> 10 лет |
|
Долгосрочная |
6 месяцев — 10 лет |
|
Среднесрочная |
1 неделя — 6 месяцев |
|
Краткосрочная |
< 1 недели |
|
Мгновенная |
Не определяется |
Таблица 2
Коэффициенты длительности нагрузки в канадских нормах
|
Продолжительность воздействия |
Коэффициент длительности, K D |
|
Краткосрочное |
1,15 |
|
Стандартное |
1,00 |
|
Долгосрочное |
0,65 |
В таблице 3 согласно [2] представлены 9 режимов длительности загружения.
Таблица 3
Режимы длительности загружения в российских нормах
|
Обозначение режимов нагружения |
Характеристика режимов нагружения |
Приведенное расчетное время действия нагрузки, с |
Коэффициент длительной прочности, m дл |
|
А |
Линейно возрастающая нагрузка при стандартных машинных испытаниях |
1–10 |
1,0 |
|
Б |
Совместное действие постоянной и длительной временной нагрузок, напряжение от которых превышает 80 % полного напряжения в элементах конструкций от всех нагрузок |
10 8– 10 9 |
0,53 |
|
В |
Совместное действие постоянной и кратковременной снеговой нагрузок |
10 6– 10 7 |
0,66 |
|
Г |
Совместное действие постоянной и кратковременной ветровой и (или) монтажной нагрузок |
10 3– 10 4 |
0,8 |
|
Д |
Совместное действие постоянной и сейсмической нагрузок |
10–10 2 |
0,92 |
|
Е |
Действие импульсивных и ударных нагрузок |
10– 1– 10– 8 |
1,1–1,35 |
|
Ж |
Совместное действие постоянной и кратковременной снеговой нагрузок в условиях пожара |
10 3– 10 4 |
0,8 |
|
И |
Для опор воздушных линий электропередачи — гололедная, монтажная, ветровая при гололеде, от тяжения проводов при температуре ниже среднегодовой |
10 4– 10 5 |
0,85 |
|
К |
Для опор воздушных линий электропередачи — при обрыве проводов и тросов |
10– 1– 10– 2 |
1,1 |
Таблица 4
Классы условий эксплуатации в Европе
|
Класс эксплуатации |
Климатические условия |
|
1 |
Температурные условия: 68°F (20°C); влажность > 65 % |
|
2 |
Температурные условия: 68°F (20°C); влажность > 85 % |
|
3 |
Показатели, превышающие значения, используемые для класса 2 |
В США и Канаде используются аналогичные формулы для расчета полного прогиба конструкций из CLT. В США приводится уравнение для расчета полного прогиба при длительном нагружении, когда конструкция регулируется прогибом и он должен быть ограничен. В Канаде максимальный прогиб при заданной нагрузке, действующей перпендикулярно плоскости панели, может быть рассчитан как сумма прогибов, обусловленных моментом и сдвигом, с учетом эффектов податливости. Общий прогиб может быть выражен как сумма прогибов при кратковременных и длительных нагрузках:
|
|
(2) |
где
для деревянных конструкционных панелей, используемых в сухих условиях эксплуатации (где содержание влаги в процессе эксплуатации составляет менее 16 %), для необработанных пиломатериалов или для выдержанных пиломатериалов, используемых во влажных условиях эксплуатации (где содержание влаги превышает 19 % в течение длительного периода времени);
Заключение
Панели CLT работают на изгиб и сжатие при воздействии на них вертикальных нагрузок и моментов. В большинстве случаев деформация происходит в ослабленном направлении конструкции, поэтому в методике расчета в Швеции применяются правила для изгиба и сжатия колонны [3].
Из-за меняющейся продольной и поперечной ориентации слоев с различными свойствами материала в поперечном сечении в Австрии учитывают параметры материала отдельных слоев для определения изгибной жесткости [4].
Таким образом, в работе были рассмотрены существующие методики расчета панелей из древесины перекрестно клееной в разных странах, уделено внимание их сходствам и различиям.
Литература:
1. CLT Handbook. — Cross-laminated timber, US edition, 2013. — 288 с.
2. СП 64.13330.2017. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-25–80 (с Изменениями N 1, 2, 3). М.: Стандартинформ, 2017.
3. The CLT Handbook. CLT structures — facts and planning. Swedish wood. — Stockholm, 2019. — 188 с.
4. Справочник по КМД. Технический университет г. Грац. — Грац, 2010. — 391 с.
