На главную домой советы по ремонту квартиры
Поиск по сайту       Что это за доктор?       Записаться на прием

Новый модуль упругости древесины

Честно скажу, обновление модуля упругости древесины произошло совершенно незаметно для меня. И если бы не один из моих читателей, которому нужно было проверить на прочность и жесткость бревна, пролежавшие в перекрытии 150 лет, то я бы об этом никогда и не узнал.

Много лет я думал, что значение модуля упругости древесины давно определено и подтверждено экспериментально. Так в СП 64.13330.2011, основанных на СНиП II-25-80 "Деревянные конструкции", указания по определению модуля упругости  укладывались буквально в 2 строки:

"5.3 Модуль упругости древесины и LVL при расчете по предельным состояниям второй группы следует принимать равным: вдоль волокон Е = 10 000 МПа; поперек волокон Е90 = 400 МПа."

Вот так. Очень коротко, просто и максимально понятно. Лет 10 назад я даже ставил простенькие эксперименты с деревянными брусками и потом сравнивал теоретическое значение прогиба с фактическим. Расхождения были в десятых долях миллиметра. Т.е значение модуля упругости Е = 10 000 МПа - вполне приемлемое для расчетов, определено лет 50-80 назад, а может быть и раньше, и ждать каких-то прорывов в определении модуля упругости древесины не стоит.

Ну разве что можно добавить, что с годами возможно частичное разрушение древесины из-за гниения, жучков и т.п. Поэтому чем больше принимаемый срок службы деревянной конструкции, тем меньше следует принимать расчетное значение модуля упругости, хотя по факту модуль упругости не изменится, а уменьшатся размеры поперечных сечений рассматриваемых элементов.

Но составители новой редакции СНиП II-25-80, а именно СП.13330.2017, такой прорыв совершили и тем самым вывели на чистую воду всю наивность моих рассуждений.

Теперь, согласно СП.13330.2017 п.6.3 определение модуля упругости (модуль сдвига) древесины и древесных материалов следует производить по формуле:

ЕII (GII) = Ecp(Gcp) mдл,E Пmi (8)

где Е - средний модуль упругости при изгибе, МПа, согласно приложению В;

mдл,E - коэффициент для упругих характеристик, для режима нагружения Б (таблица 4) принимают равным 0,8, для остальных режимов нагружения - 1;

Пmi - произведение коэффициентов условий работы [6.9а), 6.9б) и 6.9и)].

Вот такие дела.

Что ж, попробуем определить новый модуль упругости древесины для бревен, используемых в качестве балок перекрытия (именно такая задача и стояла перед моим читателем).

Для начала определим коэффициент для упругих характеристик. Согласно таблицы 4 режим Б - это совместное действие постоянной и длительной временной нагрузок, напряжение от которых превышает 80% полного напряжения в элементах конструкций от всех нагрузок. Приведенное расчетное время действия нагрузки - 108-109 с, т.е. от 3 до 30 лет. Вряд ли такая ситуация возможна в случае с деревянным перекрытием. Даже если по деревянному перекрытию делается стяжка и укладывается керамическая плитка, то все равно сумма постоянной (собственный вес перекрытия) и длительной временной (вес стяжки и пирога пола) нагрузок как правило меньше 60-70% от всех нагрузок. Поэтому для дальнейших расчетов принимаем значение

mдл,Е = 1

Для определения коэффициента mв согласно п. 6.9.а) обращаемся к таблице 9, из которой узнаем, что нам сначала нужно определить условия эксплуатации согласно таблице 1. Из таблицы 1 мы узнаем, что есть 4 класса эксплуатации: 1-й - сухой (максимальная относительная влажность воздуха при температуре 20°С, до 40-50%), 2 - нормальный (максимальная влажность до 65%), 3 - влажный (до 75%) и 4 - мокрый (85% и больше). Если мы проектируем перекрытие для обычных жилых комнат, то согласно ГОСТ 30494-2011 в жилых помещениях нормой является влажность до 45-60%. Соответственно для 2 нормального режима согласно таблице 9

mв = 0.9

Согласно п. 6.9.б) для конструкций, эксплуатируемых при установившейся температуре воздуха ниже плюс 35 °С, - коэффициент

mт = 1

Согласно п. 6.9.и) и таблице 13 при расчетах на изгиб и сроке службы сооружения 75 лет

mс.с. = 0.9

Таким образом произведение всех ранее определенных коэффициентов составит:

mдл,Е·mв·mт·mс.с. = 1·0.9·1·0.9 = 0.81

Осталось дело за малым - определить средний модуль упругости для наших бревен по приложению В. Отправляемся в приложение В и смотрим, куда можно приткнуть наши бревна. Предположим, что бревна второго сорта, как минимум потому, что для бревен 1 сорта (класс прочности К26) в СП отсутствуют данные по расчетным сопротивлениям, есть только для 2 (К24) и 3 (К16) сорта.

Выбор оказывается небольшим. Есть таблица В.3, где приводятся физико-механические характеристики конструкционных пиломатериалов, установленные для классов прочности С14, С16, С18, С20, С22, С24, С27, С30, С35, С40, С45 и С50. Формально бревно - это не пиломатериал, а только заготовка да и как соотнести возможный второй сорт бревна с указанными классами прочности?

Можно предположить, что С24 соответствует К24, тогда среднее значение модуля упругости при изгибе составляет Еср = 11 ГПа (11000 МПа).

Если обратиться к таблице В.4, где согласно п.В.5 должны приводиться физико-механические характеристики ДК (как я понимаю, ДК - это деревянные конструкции), установленные для классов прочности К20, К24, К26, К28, К32 и К36 (но приводятся только для классов прочности К24, К28, К32 и К36), то среднее значение модуля упругости для К24 составит Еср = 1600 ГПа.

И тут мы обнаруживаем в таблице как минимум 2 ошибки или опечатки. По логике, исходя из значений модуля упругости для К28, К32 и К36, значение среднего модуля упругости для К24 должно составлять 11600 ГПа, а если еще немного подумать, то не 11600 ГПа, а 11600 МПа (или 11.6 ГПа). Тут наборщик текста явно допустил еще одну ошибку, не может модуль упругости древесины быть в 70 раз больше, чем модуль упругости стали. 

Итак у нас есть 2 возможных значения среднего модуля упругости. Оба получены не прямым путем, а с использованием предположений и допущений. Тем не менее разница между этими значениями относительно мала и это опять же позволяет предположить, что ход наших рассуждений был в принципе правильным.

Для дальнейших расчетов примем минимальное из полученных значений, а именно Еср = 11000 МПа. Тогда

ЕII = 11000·0.81 = 8910 МПа.

А теперь вернемся к опытам, о которых я упоминал в начале статьи. Из всех коэффициентов, которые рассматривались выше, для рассматриваемого опыта следует изменить значение только одного коэффициента - mс.с. = 1. Тогда:

ЕII(о) = 11000·0.9 = 9900 МПа.

Как видим, разница между принятым мной 10 лет назад значением модуля упругости и определенным по требованиям СП.13330.2017 составляет 1%. Стоило ли ради этого 1 процента так долго возиться с определением модуля упругости? Тем более, что параметры поперечного сечения скорее всего изменяются по длине бревна и потому определение момента инерции поперечного сечения скорее всего будет выполнено с погрешностью до 3-5%?

К сожалению ответа на этот вопрос я не знаю. Это вам решать.

Все эти соображения я изложил своему читателю, старому опытному проектировщику, на что получил вполне логичный ответ в том смысле, что он прекрасно знает, что раньше модуль упругости древесины принимался равным 10000 МПа. Но! Он госслужащий, поэтому если он будет производить расчет по устаревшей версии СП любой чиновник из надзорных органов первым делом укажет на то, что СП 64.13330.2011 с 01.08.2020 прекратил свое действие. Расчет следует производить согласно требований СП 64.13330.2017.

То, что бревна пролежали в обследуемом перекрытии 150 лет, т.е. заложены были задолго до появления современных СНиПов, ГОСТов и сопромата - это не аргумент. А вот СП64.13330.2017 с кучей ошибок, опечаток и нестыковок - аргумент. Потому что документ. Официально принятый и утвержденный. С подписями и печатями.

А в СП 64.13330.2017 Таблица В.3 - для пиломатериалов классов прочности С (бревно - лесоматериал, который может иметь только сорта), классы прочности определяются согласно ГОСТ. Таблица В.4 - для клееных деревянных конструкций, потому что классы прочности К относятся к клееным деревянным конструкциям и на это есть свой ГОСТ. Все. Круг замкнулся. Миссия невыполнима.

Я подумал, подумал и дал следующий ответ:

Если стоит задача рассчитать бревна согласно требований СП 64.13330.2017, то, полагаю, это можно сделать следующим образом:

1. Значение среднего модуля упругости определяется по таблице В.4 так как в этой таблице даются "физико-механические характеристики ДК, установленные для классов прочности К20, К24, К26, К28, К32 и К36" (но приводятся только для классов прочности К24, К28, К32 и К36 и это один многих косяков составителей СП).

2. Почему ДК - это деревянные конструкции? Ответ на этот вопрос в самом начале СП:

СВОД ПРАВИЛ

ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Timber structures

Дата введения 2017-08-28

1 Область применения

1.1 Настоящий свод правил распространяется на методы проектирования и расчета конструкций из цельной и клееной древесины (далее - ДК), применяемых в общественной, жилищной, промышленной и других отраслях строительства в новых, эксплуатируемых и реконструируемых зданиях и сооружениях.

1.2 Настоящий свод правил не распространяются на проектирование ДК гидротехнических сооружений, мостов, фундаментов и свай...

4 Общие положения

4.1 ДК подразделяют (классифицируют) по основным признакам: функциональному назначению, условиям эксплуатации, сроку службы (приложение А)...

4.3 ДК должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности (1-я группа предельных состояний) и по деформациям, не препятствующим нормальной эксплуатации (2-я группа предельных состояний), с учетом характера и длительности действия нагрузок.

4.4 ДК следует проектировать с учетом особенностей изготовления, а также условий их эксплуатации, транспортирования и монтажа.

4.5 ДК в условиях постоянного или периодического длительного нагрева допускается применять, если температура окружающего воздуха не превышает 50 °С. Для конструкций из клееной древесины (далее - КДК) температура выше 35 °С допускается при относительной влажности воздуха не менее 50 %

Таким образом таблица В.4 может использоваться как для ДК в целом, так и для КДК в частности.

3. Как соотносятся сорта цельной древесины (в данном случае бревен) с классами прочности К? Ответ в пункте В.2 и таблице В.1:

 В.2 Для древесины сосны и ели, отсортированной по сортам, временные и нормативные сопротивления приведены в таблице В.1

Т а б л и ц а В.1 Вид напряженного состояния ... элементов классов/сортов К26/1 К24/2 К16/3 

Примечания: 1 Размеры поперечных сечений испытуемых образцов пиломатериалов принимают в соответствии с их толщиной по сортаменту. 2 Временные сопротивления следует определять по результатам испытаний согласно действующим нормам. 3 Прочность древесины брусьев и круглых лесоматериалов допускается оценивать визуально по сортообразующим признакам и дополнительным требованиям приложения Г.  

А вот тут для определения сорта уже можно воспользоваться ГОСТ 9463-2016 "ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ КРУГЛЫЕ ХВОЙНЫХ ПОРОД".

А вообще мне кажется, что вся эта неразбериха возникла из-за слишком поспешного и не совсем корректного перехода от советских сортов древесины, которых всего 3 и их можно определить визуально, к европейским классам прочности, которых явно больше, при этом визуальный метод оценки годится только для классов, имеющих относительно низкую прочность.

Если так пойдет и дальше, то еще пара редакций СП и новое поколение проектировщиков уже не сможет рассчитать бревно, пролежавшее в перекрытии 150 лет, т.е. уложенное в перекрытие еще тогда, когда сопромата еще почти и не было, а уж различных СНиПов и ГОСТов, так тем более. И тогда действительно круг замкнется.

На этом пока все.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье "Записаться на прием к доктору"

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Для Украины - номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 4128 9630

На главную домой

Категории:
Оценка пользователей: Нет
Переходов на сайт:1
Комментарии:

Комментариев нет

Добавить свой комментарий:

Имя:

E-Mail адрес:

Комментарий:

Ваша оценка:

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).







советы по строительству и ремонту




Доктор Лом. Первая помощь при ремонте, Copyright © 2010-2022