Основные расчетные характеристики материалов, необходимые для проектирования, следующие: расчетные сопротивления материалов, модули упругости материалов, модули сдвигов, показатели поперечной деформации (коэффициенты Пуассона).
Расчетное сопротивление R является предельным напряжением в материале реальных элементов конструкции, отличающихся от стандартных образцов размерами и наличием неизбежных пороков и дефектов в пределах допустимого их содержания. Кроме того, в расчетном сопротивлении отражено влияние длительного действия нагрузок и условий эксплуатации.
Лабораторные испытания большого числа стандартных образцов материала дают значения величин временных сопротивлений Rвр (пределов прочности). В результате статистической обработки находят среднее арифметическое значение Rвр временных сопротивлений и среднее квадратичное отклонение напряжений ?'. Определяют коэффициент изменчивости V= ?'/Rвр. Тогда минимально возможное значение временного сопротивления, которое называется нормативным сопротивлением материала,
В формуле (6) ? — коэффициент изменчивости, на который следует уменьшить среднее арифметическое значение пределов прочности для получения нормативного сопротивления с вероятностью значения искомой характеристики, достаточной для безопасной эксплуатации конструкции. Опыт эксплуатации деревянных конструкций показывает, что нормативное сопротивление древесины достаточно определять с вероятностью 97,4%. Это требует уменьшения среднего арифметического по (6) с учетом коэффициента изменчивости ? = 2,25. Для древесных пластиков ? = 2,5, для древесностружечных плит ? = 2,25.
Расчетные сопротивления R древесины и фанеры при влажности 12%, длительном действии нагрузок и нормальных температурных условиях эксплуатации определяют по формуле
Здесь k — коэффициент безопасности по материалу (не надо путать с коэффициентом безопасности для конструкций). Смысл его заключен в интегральной оценке влияния на прочность материалов рассмотренных выше факторов: неоднородности структуры и состава, наличия пороков и дефектов, масштабного фактора, длительного сопротивления. Пороки больше всего влияют на работу древесины при растяжении. Влияние увеличенных размеров строительных элементов по сравнению со стандартными образцами учитывается коэффициентом kразм, равном при сопротивлении растяжению вдоль волокон 0,75, сжатию вдоль волокон — 1, изгибу 0,9.
С учетом рассмотренных в § 10 и 13 коэффициентов kдл и kпор, коэффициент безопасности по материалу k для древесины сосны и ели находится по формуле
Отсюда значение коэффициента безопасности при сопротивлении растяжению вдоль волокон самое большое — k = 1/(0,67·0,36·0,75) = 5,5, при сжатии и смятии вдоль волокон — k = 1/(0,67·0,67) = 2,2, при изгибе имеет среднее значение — k = 1/(0,67·0,44·0,9) = 3,8. Вот почему, имея наибольшую механическую прочность вдоль волокон (Rвр — 100 МПа и Rн = 55 МПа), расчетное сопротивление этому виду работы древесины самое низкое — Rр = 10 МПа.
Расчетные сопротивления древесины сосны и ели, пригодной по допустимым порокам для проектирования деревянных конструкций групп A1, А2 и Б1 (см. § 16), защищенных от нагрева, даны в табл. 8. Для древесины других пород в табл. 1 приложения 2 приведены значения переходных коэффициентов к расчетным сопротивлениям.
Условия эксплуатации деревянных конструкций с учетом температурно-влажностного режима и воздействия кратковременных и особых нагрузок (ветровой, монтажной, сейсмической) учитываются коэффициентами условий работ, соответственно mв и mи, приведенными в табл. 1.
Тогда с учетом всех факторов расчетное сопротивление древесины сосны и ели и фанеры находится по формуле:
Учет специфического напряженного состояния гнутых элементов производится коэффициентом mгн по табл. 2 приложения 2.
Модуль упругости древесины вдоль волокон в конструкциях групп A1, А2 и Б1, защищенных от нагрева и находящихся под воздействием постоянных и временных нагрузок, независимо от породы, принимается Е — 10000 МПа. Для других условий вводится поправочный коэффициент по табл. 1.
Расчетные характеристики древесных пластиков даны в табл. 1 приложения 3.
Для пластмасс коэффициенты безопасности по материалу, как для древесины не установлены. Расчетные сопротивления их при длительном действии нагрузки и нормальных температурно-влажностных условиях находят по формуле
Сопротивление пластмасс длительным нагрузкам и коэффициенты длительного сопротивления kдл рассмотрены в § 10. Неоднородность структуры и состава пластмасс, масштабный и другие факторы, а также степень вероятности результатов лабораторных испытаний учитываются коэффициентом неоднородности kодн. При определении нормативного значения сопротивления по формуле (6) для сильно напряженных несущих конструкций из высокопрочных пластмасс (СВАМ, ДСП-Б, полимербетоны) с вероятностью характеристики 99,7% принимают ? = 3; для средненапряженных конструкций и элементов из полиэфирных стеклопластиков с вероятностью характеристики 98,7% принимают ? = 2,5; для малонапряженных элементов конструкций, например, заполнителей трехслойных панелей из жестких пенопластов принимают ? = 2,25 и т. д.
Расчетные характеристики пластмасс приведены в табл. 2 и 3 приложения 3.
Условия эксплуатации при повышенной температуре и влажности при проектировании для нахождения расчетного сопротивления учитываются коэффициентами, приведенными в табл. 2, 3, 4: