Общие сведения

Клеевые соединения деревянных конструкций должны применяться и выполняться в соответствии с указаниями и рекомендациями соответствующей главы СНиП П-25-80 и Руководства по индустриальному изготовлению деревянных клееных конструкций для строительства.

Клеевое соединение полностью обеспечивает монолитность соединения. Применение клеевого соединения позволяет из маломерного пиломатериала создавать конструкции больших размеров, различных форм сечения и очертания. В клееных элементах больших сечений возможно рационально размещать пиломатериалы различного качества по высоте поперечного сечения в соответствии с напряженным состоянием элемента и требованиями табл. 6 относительно категорий элементов конструкций. Этим достигается повышенная прочность клееных элементов и их экономическая эффективность. Многослойные клееные элементы обладают повышенной прочностью еще и потому, что благодаря дробному распределению пороков древесины по сечению элемента и по длине отрицательное влияние их на работу древесины значительно понижается. Кроме того, недопустимые пороки могут быть вырезаны из досок при компоновке клееного пакета. Поскольку склеиванию подвергаются относительно тонкие, хорошо просушенные доски, снижаются внутренние усушечные напряжения и коробление и растрескивание элементов сводится к минимуму.

Клеевое соединение предназначено в основном для работы на сдвиг вдоль клеевых швов. В отдельных случаях клеевые швы подвергаются работе на растяжение перпендикулярно шву (на отрыв). Работа на отрыв понижает прочность клеевых соединений, поэтому ее следует ограничивать.

При склеивании деревянные элементы соединяются без ослабления их поперечного сечения. Сечениям может быть придана двутавровая, коробчатая и другая, наиболее рациональная для работы элементов форма.

Перечисленные выше преимущества клеевых соединений и клееных элементов дают основание считать клееные конструкции наиболее прогрессивной формой деревянных конструкций заводского изготовления.

Для несущих конструкций используется древесина (пиломатериалы) и фанера, а для ограждающих — древесина, фанера, листовой и волнистый стеклопластик, асбестоцемент.

Для клееных конструкций применяются пиломатериалы хвойных пород согласно ГОСТ 8486-66 «Пиломатериалы хвойных пород» с преимущественной поставкой их в рассортированном виде. Применение пиломатериалов лиственных пород допускается только по рекомендациям соответствующих технических условий.


Пиломатериалы должны иметь влажность во время изготовления и приемки конструкций 8...12% и удовлетворять требованиям ГОСТ 20850-75 «Конструкции деревянные клееные несущие. Общие технические требования».

Для изготовления прямолинейных элементов рекомендуется использовать пиломатериалы толщиной не более 50 мм (до острожки). Для гнутоклееных элементов толщина досок не должна превышать 1/180 радиуса изгиба и не должна быть более 40 мм. Ширину досок необходимо согласовывать с номинальной шириной клееного элемента с учетом суммарной величины припусков на сушку и механическую обработку (острожку) по ширине, которая принимается для пиломатериалов шириной, мм: от 80 до 100 — 10; от 110 до 180 — 15; от 200 до 250 — 20. Склеиваемые поверхности должны быть чисто остроганы непосредственно перед нанесением на них клея и запрессовкой пакета, шероховатость поверхности должна быть не ниже 6-го класса по ГОСТ 7016-75 «Древесина. Классы шероховатости и обозначения».

Для склеивания заготовок (досок или готовых блоков) по длине следует применять зубчатые (преимущественно) или усовые клеевые соединения. Применение усовых соединений усложняет процесс склеивания и увеличивает расход материала. Размеры применяемых зубчатых соединений (ГОСТ 19414-79) даны в табл. 10.


Рис. 49. Способы нагрева склеиваемых пакетов
Рис. 49. Способы нагрева склеиваемых пакетов
При нормальной температуре цеха (18...20° С) склеивание продолжается длительное время, цикл изготовления клееных элементов растягивается, требуются большие производственные площади, много сложных прессов и другого производственного оборудования. На современных предприятиях для ускорения процесса затвердения клея склеиваемая древесина нагревается. Склеиваемые элементы могут нагреваться различными способами, но в практике чаще применяются контактный и высокочастотный нагревы.

При двустороннем контактном нагреве склеиваемый пакет находится между горячими плитами (рис. 49, а) и тепло пакету передается путем теплопроводности. Применение контактного нагрева сокращает выдержку склеиваемых элементов в запрессованном состоянии в 4...6 раз и в свободном в 10 раз по сравнению с холодным склеиванием. Контактный нагрев выполняется на обычных прессах с подогревом плит электричеством или паром без специального оборудования — в этом его преимущество. Однако контактный нагрев имеет и ряд недостатков:

  • относительно длительную выдержку (до 60 мин), препятствующую осуществлению конвейеризации производства;
  • при конвекционном прогреве толстых пакетов требуется большой перепад начальных температур плит, величина которого ограничена, так как при t=200° древесина обугливается;
  • толщина склеиваемых пакетов ограничена (до 150 мм);
  • пересыхание внешних слоев досок, что вызывает нежелательные усадочные напряжения в клеевом пакете, вследствие этого и неодновременного схватывания клея в швах по толщине пакета в них развиваются внутренние напряжения, ослабляющие прочность соединения.
Высокочастотный нагрев позволяет избежать этих недостатков. Склеиваемый пакет практически по всей толщине прогревается одинаково. Более того, вследствие повышенной диэлектрической проницаемости клеевой шов поглощает больше электрической энергии и прогревается значительно быстрее древесины. Это способствует значительному ускорению процесса склеивания, продолжительность которого может быть доведена до 1...5 мин. Применение токов высокой частоты для ускорения схватывания стало возможным с использованием термореактивных клеев. Затраты на создание промышленных высокочастотных нагревательных установок при автоматизированном конвейерном производстве массовых клееных деревянных конструкций полностью себя оправдывают.

Суть высокочастотного нагрева заключается в следующем. Склеиваемый пакет помещается между металлическими электродами (рис. 49, б), к которым подводится энергия от высокочастотного генератора. В результате образуется электрический конденсатор, у которого обкладками являются электроды, а диэлектриком — находящийся между ними склеиваемый пакет из досок.

Клееные элементы

Рис. 50. Расположение досок по качественным категориям в клеедощатых элементах
Рис. 50. Расположение досок по качественным категориям в клеедощатых элементах
Склеиванием могут быть получены прямолинейные и криволинейные стержни, которые применяются как балки или элементы верхних поясов ферм и арок. Стержни могут быть получены любой длины. Расположение материала в клееных элементах по качественным категориям в поперечном сечении и продольном направлении показано на схемах рис. 50.

Рис. 51. Внутренние напряжения в клеевых швах между досками
Рис. 51. Внутренние напряжения в клеевых швах между досками
В клееном пакете из досок каждая доска при своем стремлении покоробиться в том или ином направлении (от усушки или разбухания) встречает упругое противодействие со стороны расположенных рядом других досок. В результате этого на поверхности доски возникают нормальные и тангентальные напряжения. От них в клеевых швах между досками развиваются отдирающие и касательные напряжения (рис. 51).

Рис. 52. Укладка досок в сечениях элементов
Рис. 52. Укладка досок в сечениях элементов
В зависимости от взаимного расположения годовых колец смежных досок в пакете (несогласованного, рис. 52, а, и согласованного, рис. 52, б) в клеевых швах могут преобладать либо касательные, либо нормальные напряжения. При компоновке пакета необходимо располагать доски так, чтобы коробление их вызвало минимальные растягивающие напряжения поперек клеевых швов (рис. 52, б), т. е. направление годовых слоев должно быть согласовано, или нужно применять сплачивание досок по высоте и ширине (рис. 52, в).

Рис. 53. Стыкование досок по длине
Рис. 53. Стыкование досок по длине
Отдельные доски пакета стыкуются зубчатыми соединениями преимущественно с зубьями, выходящими на кромку (рис. 53), при этом расстояние между зубчатыми соединениями в одной доске должно быть не менее 1500 мм. Стыки соседних досок в пакете располагаются вразбежку с расстоянием между ними не менее 20 толщин стыкуемых досок. По ширине клееного пакета швы склеиваемых кромок следует располагать в разбежку со сдвижкой склеиваемых кромок не менее чем на 4 см по отношению к швам в соседних слоях досок (рис. 52, в).

Рис. 54. Стыкование клееных пакетов по длине
Рис. 54. Стыкование клееных пакетов по длине
В клееных пакетах доски стыкуются зубчатым соединением с зубьями, выходящими на пласть и на кромку составляющих пакеты досок (рис. 54).

При примыканиях элементов под углом 30...45° между волокнами допускается применять клеевые соединения досок шириной не более 15 см с восприятием отрывающих усилий болтами, шурупами или гвоздями. При примыканиях элементов под углом меньше 30° и больше 45° клеевые соединения не допускаются.

Рис. 55. Эпюры внутренних напряжений и характер разрушения клеефанерного элемента
Рис. 55. Эпюры внутренних напряжений и характер разрушения клеефанерного элемента
При склеивании досок с фанерными элементами конструкции желательно, чтобы направление волокон наружных шпонов фанеры совпадало с направлением волокон древесины доски. Если угол между волокнами составляет 90°, ширина досок должна быть не менее 10 см (во избежание возникновения значительных внутренних напряжений в клеевом соединении разномодульных материалов, рис. 55).

Укрупнительная сборка большепролетных конструкций из отдельных клееных элементов или блоков производится с помощью монтажных стыков, устраиваемых, как правило, в узлах, где изгибающие моменты равны нулю или малы. Стыки, воспринимающие сжимающие усилия от расчетных нагрузок, конструируются впритык при тщательной приторцовке стыкуемых элементов и с постановкой монтажных накладок на болтах. В растянутых стыках можно применять клееные накладки со стальными тяжами (рис. 56).

Рис. 56. Растянутые монтажные стыки клеедощатых элементов
Рис. 56. Растянутые монтажные стыки клеедощатых элементов
Чтобы лучше воспринимать отдирающие усилия, уголки хомутов стягиваются между собой поперечными стяжными болтами (рис. 56, а, б), а в стыках (соединениях) ставятся обжимные клинья (рис. 56, в) или устраиваются скосы на концах накладок (рис. 56, г).

В узлах решетчатых конструкций могут применяться соединения на вклеенных стальных штырях, которые допускаются в конструкциях групп эксплуатации A1, А2, Б1 и Б2 при температуре, не превышающей 35° С. Для этих соединений используется арматура периодического профиля класса А-II и выше диаметром 12...25 мм.

Стержни предварительно очищенные и обезжиренные вклеиваются в просверленные отверстия (или в профрезерованные пазы). Диаметры отверстий при диаметре стержней 12...14 мм принимаются более диаметра вклеенных стержней на 4 мм, а при диаметре стержней более 14 мм — на 5 мм.

Рис. 57. Соединения на вклеенных стальных штырях
Рис. 57. Соединения на вклеенных стальных штырях
Стержни вклеиваются с помощью состава ЭПЦ-1 на основе эпоксидной смолы.

В зависимости от конструкции соединения (стыка) и действующих в нем усилий штыри работают на продавливание или выдергивание вдоль (рис. 57, а), поперек и под углом (рис. 57, б) к волокнам деревянных элементов.

Расчетная несущая способность вклеенного штыря определяется по формуле



где Рск — расчетное сопротивление древесины скалыванию;
d — диаметр вклеенного штыря;
l — длина заделываемой части штыря (для стержней из арматуры класса А-II — l = 20d; A-III — l = 25d);
kc — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в заделке, определяемый по формуле



Вдоль волокон древесины Rск — 0,21 МПа; поперек волокон — в соединениях элементов из цельной древесины Rск90 = 1 МПа; в соединениях элементов из клееной древесины Rск90 = 0,7 МПа; под углом к волокнам Rск определяется по формуле табл. 8.

Для древесины других пород расчетные сопротивления, приведенные выше, умножаются на коэффициенты, указанные в приложении 2.

Рис. 58. Правила расстановки штырей
Рис. 58. Правила расстановки штырей
При расстановке штырей расстояние между осями вклеенных штырей, работающих на выдергивание или продавливание вдоль волокон, s2 должно быть не менее 3d, а расстояние до наружных граней s3 — не менее 2d (рис. 58, а). Расстояние между осями вклеенных штырей, работающих на выдергивание поперек волокон (и под углом к волокнам), s4 должно быть не менее 3,5d, а работающих на выдергивание вдоль элемента s1 — не менее 6d, расстояние до наружных граней s5 — не менее 3d (рис. 58, б).