Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕРЕВЯННЫХ
СОЕДИНЕНИЙ НА МЕТАЛЛОЗУБЧАТЫХ ПЛАСТИНАХ 9
1.1 Характеристика металлических зубчатых пластин 9
1.2 Опыт применения МЗП в соединениях деревянных конструкций 13
1.3 Теоретические основы расчета узлов на МЗП 22
1.4 Современные САПР по проектированию деревянных ферм на МЗП 29
1.5 Экспериментально-теоретические исследования соединений на МЗП 32
2 НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНЕ УЗЛОВЫХ
СОЕДИНЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА МЗП 34
2.1 Напряженно-деформированное состояние узловых соединений на
металлических зубчатых пластинах при растяжении и работе на срез 35
2.2 Напряженно-деформированное состояние узловых соединений на
металлических зубчатых пластинах при работе на сдвиг 40
3 РАСЧЕТ СКВОЗНОЙ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ С УЗЛОВЫМИ
СОЕДИНЕНИЯМИ НА МЗП ПО СП 64.13330.2017 49
3.1 Исходные данные 49
3.2 Статический расчет 50
3.3 Конструктивный расчет элементов фермы 51
3.4 Конструктивный расчет узлов на МЗП 53
4.4 Статический расчет фермы в ПК «Лира» 63
4 РАСЧЕТ СКВОЗНОЙ СТРОПИЛЬНОЙ ФЕРМЫ С УЗЛОВЫМИ
СОЕДИНЕНИЯМИ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ ПЛАСТИНАХ В
MITEK 64
5 ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 73
ПРИЛОЖЕНИЕ А 78
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 92
Деревянное домостроение является не только одной из самых экологичных технологий строительства домов, но и наиболее экономически эффективной по сравнению с другими методиками строительства
В связи с этим деревянное домостроение - одно из приоритетных направлений развития российской лесной промышленности, отраженное в Стратегии развития лесного комплекса до 2030 года, утвержденной Правительством Российской Федерации осенью 2018 года.
Снижение трудовых и материальных затрат, а также прочное соединение цельнодеревянных индустриальных конструкций позволяют достичь металлозубчатые пластины (МЗП).
Металлические зубчатые пластины изготавливаются из листовой малоуглеродистой стали толщиной 1-2 мм, в которой методом холодной штамповки формируются зубья перпендикулярные к пластине. Чтобы минимизировать зазор между более частями в каждом соединении и обеспечить эффективную вставку плиты, древесина строгается по всем четырем сторонам. Толщина бруса колеблется обычно от 35 до 70 мм.
Компактные соединения на металлозубчатых пластинах обеспечивают высокую прочность и жесткость конструкции, не имеют выступающих деталей и высокотехнологичны. Соединения стропильных ферм на МЗП нашли широкое применение в малоэтажном, мансардном, промышленном строительстве, а также в реконструкции зданий и производстве пространственных конструкций и сооружений.
В России исследованиями МЗП в 80-х годах прошлого столетия занимался Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций (ЦНИИСК) им. В.А. Кучеренко, который опубликовал рекомендации по испытанию и расчету соединений на МЗП, которые позже вошли в ГОСТ Р 57157-2016 «Конструкции деревянные. Методы испытаний соединения на металлических
зубчатых пластинах» и ГОСТ 33082-2014 «Конструкции деревянные. Методы определения несущей способности узловых соединений».
Особенность расчета узла на МЗП при проектировании ферм состоит в сложных сочетаниях анизотропии прочностных и деформационных характеристик как самой МЗП, так и древесины с учетом вида их напряженного состояния (скалывания, смятия, растяжения, изгиба и др.). С учетом большого числа узлов на МЗП в решетчатой конструкции выполнение такого расчета вручную, без автоматизированной системы, весьма трудоемко. Как правило, это приводит к большим запасам по прочности и иногда экономически неоправданной унификации узлов.
В зарубежной практике производства и применения МЗП наиболее известна североамериканская компания MiTek [30], которая проектирует, производит и реализует деревянные стропильные фермы на МЗП. Компанией разработано собственное программное обеспечение для проектирования деревянных конструкций и автоматического подбора металлических зубчатых пластин для соединения в узлах. При этом методика расчета и проектирования соединений на МЗП закрыта для проектировщика.
Перспективность соединений деревянных конструкций на металлических зубчатых пластинах и внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР) подчеркивает необходимость уточнения существующих приемов расчета и технологии проектирования. Это определяет актуальность задачи, решение которой отвечает современным запросам строительства.
Целью настоящей работы является экспериментально-теоретические исследования напряженно-деформированного состояния узловых соединений на МЗП в сквозных деревянных конструкциях.
Для достижения поставленной цели в процессе проведения квалификационной научно-исследовательской работы необходимо решить следующие задачи:
- выполнить анализ существующих публикаций по рассматриваемой теме исследования
- провести экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния узловых соединений на МЗП для получения расчетного сопротивления
пластин;
- разработать модель сквозной деревянной конструкции с узловыми соединениями на МЗП для статического и конструктивного расчета фермы, элементов и узлов в программном комплексе Mitek 20/20;
- выполнить статический расчет модели, подобрать МЗП всех типовых узлов фермы;
- сравнить результаты подбора металлических зубчатых пластин.
В данной работы было исследовано напряженно-деформированное состояние узловых соединений на металлозубчатых пластинах.
В результате обзора отечественной и иностранной литературы были выявлены основные недостатки традиционного по СП 64.13330.2017 и автоматического в САПР методов подбора МЗП в узловые соединения. Перспективность соединений деревянных конструкций на металлических зубчатых пластинах и внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР) определило актуальность уточнения существующих приемов расчета и технологии проектирования.
Экспериментальное исследование МЗП на срез и растяжение показало, что несущая способность и податливость у металлической зубчатой пластины GNA20 меньше, чем у Т-150 и она в зависимости от расположения зубьев МЗП по отношению к направлению усилий сдвига изменяется в 1.1...1.3 раза.
В результате сравнения основных методов подбора МЗП выявлены преимущества автоматического подбора перед традиционным. Площадь металлических зубчатых пластин, использованных при расчете в MiTek, не может быть уменьшена, так как это сделает конструкцию потенциально опасной.
