4.1. Настилы

Деревянные настилы являются несущими элементами деревянных ограждающих покрытий. Они принимают участие в обеспечении устойчивости основных несущих конструкций в целом и в восприятии основных вертикальных и ветровых нагрузок. На изготовление настилов расходуется большая часть древесины, используемой при сооружении деревянных покрытий и, соответственно, их экономное проектирование во многом определяет экономическую эффективность покрытия в целом.

Наиболее распространенным видом деревянных настилов являются дощатые. Они могут изготовляться как в цехах деревообрабатывающих предприятий, так и на строительных площадках. Поскольку местные дефекты настилов не снижают прочности покрытия в целом, то для их изготовления может применяться древесина 2-го и 3-го сортов, что снижает стоимость. Основными недостатками таких настилов являются трудоемкость изготовления и ограниченная несущая способность. Дощатые настилы изготовляют из досок на гвоздях и укладывают на стропила или прогоны при расстоянии между ними не более 3 м. Рабочие доски настилов должны иметь длину, достаточную для их опирания не менее чем на три опоры, с целью увеличения их изгибной жесткости по сравнению с однопролетным опиранием.

Дощатые настилы могут быть одинарными или двойными. Одинарные могут состоять из отдельных досок, уложенных плашмя вплотную или с зазорами (для лучшего проветривания - не менее 2 см), и из брусков, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (такие настилы называют обрешеткой). Двойные настилы состоят из верхнего - защитного, и нижнего - рабочего слоев. Рабочий слой представляет собой разреженный или сплошной ряд более толстых досок и несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие. Защитный настил представляет собой сплошной ряд досок минимальной толщиной 16 мм и шириной 100 мм. Их укладывают на рабочий настил под углом 45 ^о...60 ^о и крепят к нему гвоздями. Защитный настил образует сплошную поверхность, обеспечивает совместную работу всех досок рабочего настила, распределяя сосредоточенные нагрузки. Такая конструкция обеспечивает повышенную жесткость настилов и надежное пространственное раскрепление нижележащих элементов. Применяют также настилы из сплошных однослойных щитов, соединенных снизу раскосами и поперечинами, имеющие меньшую жесткость, чем двойные.

Выбор конструкции настила зависит от вида кровли и теплоизоляционных свойств покрытия. При рулонной кровле настил должен иметь сплошную ровную дощатую или фанерную поверхность, на которую непосредственно можно наклеивать рулонный ковер. Утеплитель при этом может быть жестким и располагаться поверх настила под кровлей или быть мягким и размещаться в полостях между стропильными ногами. При чешуйчатой кровле в виде волнистых листов или черепичных плиток настил должен иметь для них отдельные опоры в виде досок или брусьев обрешетки, такие настилы кроме прочего обеспечивают вентиляцию конструкций, что способствует высыханию древесины и препятствует ее загниванию.

Настилы и обрешетку кровли рассчитывают на прочность и прогиб:

• от собственного веса и веса снега;

• от собственного веса и сосредоточенного груза 1 кН (100 кгс) (вес человека с инструментом).

В зависимости от принятой конструкции настила сосредоточенный груз прикладывается (распределяется):

• при двух настилах - рабочем и защитном, - или при однослойном настиле с распределительным бруском, подшитым снизу в середине пролета, сосредоточенный груз считают распределенным на ширину 0,5 м рабочего настила;

• при сплошном настиле или при расстоянии между осями досок или брусков не более 15 см сосредоточенный груз считают распределенным на две доски или на два бруска;

• при обрешетке из досок, брусков, расположенных на расстоянии более 15 см в осях, сосредоточенный груз считают приложенным к одной доске или бруску.

При расчете настила обычно рассматривается полоса шириной 1 м, однако может приниматься и другая произвольная ширина.

Проверку прочности настилов производят по обычной для поперечного изгиба формуле

,

где М - изгибающий момент в рассматриваемом сечении; W_нт - момент сопротивления расчетной полосы настила (при разреженном настиле или обрешетке вводят коэффициент заполнения - вычитают зазоры); R_и - расчетное сопротивление древесины изгибу.

Проверку жесткости производят по формуле

,

где k - коэффициент, зависящий от вида нагрузки; P_н - нормативная нагрузка, действующая на полосу настила; l - пролет настила; Е - модуль упругости древесины; I_бр - момент инерции брутто, f_доп - предельное значение прогиба настила.

Расчет настилов и обрешеток производят с учетом их неразрезности. Расчетную схему условно принимают в виде двухпролетной неразрезной балки с пролетами, равными расстоянию между стропильными ногами (или прогонами при опирании настила на прогоны).

При загружении двухпролетной балки собственным весом и снеговой нагрузкой (рис. 2.9), наибольший изгибающий момент на средней опоре составит:

,

где g - расчетная погонная нагрузка от собственного веса; р - расчетная погонная нагрузка от веса снега; l - расстояние между стропилами (прогонами).

Рис. 2.9. Расчетная схема загружения настила собственным весом и временной нагрузкой.

Максимальный прогиб балки определяется по формуле

,

где g_н - нормативная погонная нагрузка от собственного веса; р_н - нормативная погонная нагрузка от веса снега.

Для сплошного рабочего настила из досок толщиной t_н (для полосы шириной 100 см):

;

.

При загружении балки собственным весом и сосредоточенным грузом (весом человека), пример представлен на рисунке 2.36, наибольшее значение момента при наиневыгоднейшем загружении будет в пролете на расстоянии 0,432l от опоры:

,

где Р_чел - расчетная сосредоточенная нагрузка от веса человека, приходящаяся на полосу настила шириной 1 м.

Расчетная нагрузка от веса человека определяется умножением 1 кН (100 кгс) на коэффициент надежности по нагрузке 1,2.

• при двойном настиле действие сосредоточенной нагрузки от настилов распространяется на защитный настил, его размеры принимаются по конструктивным соображениям, и его работа заключается в распределении нагрузки на несколько досок или брусков рабочего (рассчитываемого) настила на ширину

• 0,5 м, следовательно, 

• при сплошном одиночном настиле действие сосредоточенного груза распространяется на две доски, следовательно,  , где b - ширина доски в метрах;

• при обрешетке из брусков вес человека передается на один брусок, следовательно,   , где S - расстояние между брусками в метрах.

Проверка на прогиб для второго загружения не производится.

При незначительных уклонах кровли (до 10 ^о должно быть учтено. в расчете обычно не учитывают, и расчет ведут на вертикальные нагрузки. При больших уклонах кровли влияние угла ) угол наклона к горизонту

Собственный вес кровли и настила вычисляют сначала на 1 м² поверхности кровли. Снеговую нагрузку по действующим нормам определяют на 1 м²горизонтальной проекции кровли p_c. При наклонных кровлях все действующие нагрузки должны быть приведены к одному измерению. Снеговая нагрузка на 1 м² поверхности кровли вычисляется по формуле

Полная нагрузка на 1 м² кровли

,

где g - постоянная нагрузка на 1м² поверхности кровли; p_c - снеговая нагрузка на 1м² горизонтальной проекции кровли.

Вертикальные силы при расчете наклонной кровли раскладывают на два направления:

• нормальное к скату   (нормальная составляющая),

• параллельное скату   (скатная составляющая).

Влияние угла наклона на расчетную нагрузку представлено на рисунке 2.10

Рис. 2.10. Влияние угла наклона на расчетную нагрузку.

При сплошном одинарном или двойном настиле скатной составляющей обычно пренебрегают и рассчитывают рабочий настил только на нормальную составляющую.

Погонную нагрузку (нагрузку на единицу длины полосы настила) получают умножением нагрузки q на ширину полосы настила (обычно 1 м).