Prevederi generale privind proiectarea constructiilor din lemn

PREVEDERI GENERALE PRIVIND PROIECTAREA CONSTRUCTIILOR DIN LEMN

1. Prescriptii generale de proiectare

La proiectarea constructiilor din lemn se vor adopta masuri si solutii constructive de protectie impotriva atacului ciupercilor si a insectelor xilofage si de evitare a umezirii.

Daca la punerea in opera materialul lemnos are o umiditate mare (dar maxim 20%) si nu exista posibilitatea de a fi uscat pe santier, se vor adopta solutii constructive, masuri de protectie si detalii de alcatuire care sa permita ventilarea elementelor de constructie fara a induce in structura de rezistenta deformatii periculoase sau cresterea eforturilor sectionale.

In cazurile in care constructiile sunt supuse actiunii unor medii corosive pentru metal, se recomanda folosirea unor subansambluri structurale fara piese metalice, de exemplu cu imbinari prin incleiere, cu cuie din lemn sau cu pene elastice.

Sistemele constructive se vor stabili astfel incat sa se asigure o executie si o montare simpla.

2. Prescriptii generale de alcatuire si calcul

Elementele sarpantei (astereala, sipci, capriori, pane, popi, contrafise, clesti si talpi) se calculeaza la incarcarile de calcul stabilite conform standardelor de actiuni, grupate in urmatoarele situatii de incarcare:

Ipoteza I: incarcarea permanenta + incarcarea din zapada;

Ipoteza a II­a: incarcarea permanenta + incarcarea exterioara din vant (la care se adauga efectul suctiunii interioare) + jumatate din intensitatea incarcarii din zapada;

Ipoteza a III­a: incarcarea permanenta + o forta concentrata (aplicata in pozitia in care produce cea mai defavorabila stare de solicitare) avand valoarea normata de 1000 N, majorata cu un coeficient al incarcarii n = 1,5.

Ipoteza a IV­a: incarcarea permanenta + incarcarea exterioara din vant (la care se adauga efectul presiunii interioare) - numai la acoperisuri foarte usoare

Observatii:

La calculul sipcilor nu se ia in considerare ipoteza a III­a, intrucat circulatia pe acoperisul in executie, in acest caz, se asigura pe podini de repartitie a incarcarilor sau numai pe capriori.

La calculul asterelei, daca distanta intre axele scandurilor este sub 15 cm se considera ca forta concentrata se distribuie la doua scanduri, iar daca distanta este mai mare de 15 cm, forta concentrata se repartizeaza unei singure scanduri. In cazul a doua straturi de scanduri suprapuse, sau in cazul unui strat de scanduri solidarizat cu rigle transversale, se considera ca forta concentrata se distribuie pe o latime de 50 cm.

Recomandari:

se vor evita imbinarile la care transmiterea eforturilor se face prin mai multe mijloace de asamblare cu rigiditati diferite (de exemplu chertari si tije);

se va urmari, pe cat posibil, o repartizare uniforma a eforturilor in toate elementele componente ale barelor compuse comprimate sau intinse;

la elementele comprimate, se recomanda ca imbinarile de continuitate sa fie amplasate in apropierea nodurilor si sa se realizeze transmiterea eforturilor direct prin imbinare cap la cap; eclisele de solidarizare vor avea o lungime de cel putin trei ori mai mare decat latimea elementelor innadite si vor fi fixate cu cel putin doua buloane cu diametrul mai mare sau egal cu 12 mm, amplasate de fiecare parte a rostului;

la elementele intinse, se recomanda ca eforturile sa se transmita centric, evitandu­se momentele datorate excentricitatii, iar imbinarile de continuitate vor fi amplasate in zonele cu solicitari reduse;

la grinzile cu zabrele, barele vor fi, pe cat posibil, centrate la noduri;

cand nu se pot folosi subansamble prefabricate, se recomanda adoptarea unor sisteme static determinate.

Elementele portante intinse cu sectiune simpla din lemn trebuie sa aiba aria sectiunii nete (rezultata in urma scaderii slabirilor din sectiune) de cel putin 4 000 mm2 si minimum 2/3 din aria sectiunii brute. Grosimea sectiunii slabite trebuie sa fie de minimum 38 mm, iar a sectiunii brute de minimum 58 mm, in cazul elementelor solicitate la intindere pentru care tensiunea normala maxima depaseste 70 % din rezistenta de calcul la intindere.

In cazul elementelor portante cu sectiune compusa, realizata din scanduri batute in cuie sau prin incleiere, este necesar ca grosimea minima a unei piese (scanduri) sa fie de 24 mm si sa aiba aria sectiunii transversale de cel putin 1.400 mm2. Grosimea pieselor care alcatuiesc elementele compuse incleiate nu este limitata inferior, iar superior se recomanda sa nu depaseasca 50 mm.

La grinzile incovoiate trebuie evitate slabirile amplasate in zone de solicitare maxima la forta taietoare; in cazurile in care acest lucru nu este posibil se recomanda ca adancimea maxima a chertarii in zona intinsa de la reazem (fig. 3.1.) sa se limiteze la valorile:

a = 0,1 h cand R/bh ≥ 0,5 N/mm2

a = 0,25h cand R/bh = 0,3 N/mm2 (3.1)

a = 0,5h cand R/bh ≤ 0,2 N/mm2

R fiind reactiunea, in N, iar b si h dimensiunile sectiunii transversale, in mm.

a = 0,3 h cand h ≥ 180 mm;

a = 0,5 h cand 120 mm < h < 180 mm; (3.2)

a = 0,5 h cand h ≤ 120 mm.

Observatie:

Pentru marimea a se va adopta valoarea minima rezultata in urma implicarii relatiilor (3.1) si (3.2).

Lungimea minima a chertarii (v. fig. 3.1.) trebuie sa indeplineasca conditiile:

c ≥ h si c1 ≥ 4a (3.3)

Se recomanda ca taierea sa se faca oblic (linia punctata din figura 3.1). In cazul in care in apropierea reazemelor actioneaza forte concentrate cu valori mari se interzice executarea chertarilor.

3. Stabilirea deschiderii de calcul

Deschiderea de calcul a elementelor de constructie din lemn se va stabili in functie de tipul elementului de constructie, schema statica adoptata si natura reazemelor, astfel:

La grinzile simplu rezemate care sprijina pe zidarie direct sau prin intermediul unor centuri (fig. 3.2), deschiderea de calcul se va considera egala cu lumina golului majorata cu 5 %; lungimea de rezemare a acestora direct pe zidarie se va determina prin calcul, astfel incat sa nu se depaseasca rezistentele de calcul in lemn la compresiune perpendiculara pe fibre si va fi de minim 200 mm.

La grinzile simplu rezemate care sprijina pe stalpi sau pe grinzi din lemn, deschiderea de calcul va fi egala cu distanta intre axele elementelor de reazem.

Deschiderile de calcul la grinzile continue se vor considera egale cu distantele intre axele reazemelor.

In cazul grinzilor cu contrafise (fig. 3.3) deschiderea de calcul va fi:

­ pentru traveile 1(n ­ 1), lc =lo + a;

­ pentru traveea n, lc =lo + 1,5a. (3.4)

Elementele de sarpanta (astereala, sipci, capriori si pane) se calculeaza ca grinzi simplu rezemate, avand deschiderea de calcul egala cu lumina intre reazeme, majorata cu 10 cm, insa cel mult distanta intre axele reazemelor.

4. Deformatii maxime admise

Deformatiile maxime finale ale elementelor incovoiate, stabilite pe baza relatiei (3.5) nu vor depasi valorile deformatiilor maxime admise, date in tabelul 3.1.

Deformatiile maxime finale de incovoiere (fig. 3.4) se stabilesc cu relatia:

fmax, final= f1 + f2 + fi + fc , (3.5)

in care:

­ f1 ­ sageata (deformatia transversala pe axa elementului) datorata incarcarilor permanente;

­ f2 ­ sageata datorata incarcarilor temporare;

­ fi ­ sageata datorata deformatiei imbinarilor;

­ fc ­ contrasageata initiala a grinzii neincarcate, care se stabileste prin calcul ca fiind sageata grinzii incarcata cu sarcinile permanente si cu 1/2 din sarcinile utile.

Deformatiile f1 si f2 se stabilesc ca valori finale tinand cont de fenomenul de fluaj si de umiditatea de echilibru a materialului lemnos, cu relatiile:

f1 = f1,mst (1+kdef);

f2 = f2,mst (1+kdef). (3.6)

Sagetile f1,mst si f2,mst se stabilesc pe baza incarcarilor normate neafectate de coeficientii incarcarilor, pentru sectiunea bruta a elementului, luand in considerare modulul de elasticitate mediu E.

Valorile coeficientului kdef, in functie de durata de actiune, a incarcarilor si de clasa de exploatare a constructiei sunt date in tabelul 3.2.

Deformatia din curgerea lenta a imbinarilor, fi, are valorile din tabelul 3.3, in functie de tipul imbinarilor si de diametrul tijelor.

Observatie:

­ d ­ reprezinta diametrul tijei;

­ L ­ efortul efectiv in tija;

­ L_cap ­ capacitatea de rezistenta minima a tijei.

Grinzile din lemn incovoiate, alcatuite cu sectiune simplu si utilizate la elemente de constructie cu deschideri reduse (l ≤ 6,00 m) se realizeaza, in mod obisnuit, fara contrasageata.

La grinzile cu sectiune compusa solicitate la incovoieri precum si la grinzile cu zabrele, se executa o contrasageata egala cu sageata produsa de incarcarile permanente plus jumatate din actiunile temporare. Grinzile cu zabrele executate fara tavan suspendat se vor executa cu o contrasageata de minim Lc /200 (Lc fiind deschiderea de calcul a grinzii).

5. Lungimi de flambaj si coeficienti de zveltete limita

Lungimile de flambaj, lf, ale barelor cu sectiune simpla solicitate la compresiune se iau din tabelul 3.4. in functie de tipul legaturilor mecanice la capete.

Lungimile de flambaj, lf, ale barelor grinzilor cu zabrele se iau conform tabelului 3.5

La structurile in cadre din lemn, lungimile de flambaj in planul cadrului pentru stalpi cu sectiune constanta se stabilesc in functie de conditiile de rezemare mecanica la extremitati.

In plan normal pe planul cadrului, lungimile de flambaj ale stalpilor se vor lua egale cu distanta dintre legaturile ce impiedica deplasarea pe aceasta directie.

Coeficientii de zveltete, λ_f, ai elementelor comprimate, definiti ca raportul dintre lungimea de flambaj si raza de giratie corespunzatoare sectiunii elementului pe directia de calcul la flambaj, nu vor depasi valorile maxime admisibile, λ_a , prevazute in tabelul 3.6.

CALCULUL BARELOR DIN LEMN CU SECTIUNE SIMPLA

Capacitatea de rezistenta a barelor simple din lemn, la diferite solicitari, se stabileste cu relatia generala de calcul:

Fi = Rci Si m_T (4.1)

in care:

Fi ­ este capacitatea de rezistenta a barei din lemn masiv la solicitarea i (intindere, compresiune, incovoiere, forfecare etc.) in N sau N mm;

Rci ­ rezistenta de calcul la solicitarea i, stabilita in fnctie de specia de material lemnos, clasa de calitate a lemnului si conditiile de exploatare a elementelor de constructii, in N/mm²;

Si ­ caracteristica sectionala (arie, modul de rezistenta), in mm² sau mm³;

m_T ­coeficient de tratare (v. paragraful 4.1.2).

Coeficientii de tratare, m_T, (tab. 4.1.) introduc in calcul modificarea rezistentelor materialului lemnos, in functie de metodele de prezervare, dimensiunile pieselor si clasa de exploatare a constructiilor.

Pentru a se evita supradimensionarea elementelor din constructie din conditia de stabilitate laterala, la proiectarea acestora se vor respecta rapoartele maxime indicate in tabelul 4.2.

a. Bare solicitate la intindere axiala paralela cu fibrele

Capacitatea de rezistenta a elementelor din lemn masiv solicitate la intindere axiala paralela cu fibrele, Tr, in N, se stabileste cu relatia:

Tr = Rct Anet m_T (4.2)

in care:

Rct ­ rezistenta de calcul a lemnului masiv la intindere axiala, stabilita in functie de specia de lemn, clasa de calitate a lemnului si conditiile de exploatare a elementelor de constructie, in N/mm²;

Anet ­ aria neta a sectiunii calculate

m_T ­ coeficientul de tratare a lemnului cu valoarea specificata in tabelul 4.1.

Aria neta a sectiunii barei intinse se calculeaza cu relatia:

Anet = Abrut ­ Aslabiri (4.3.)

in care:

Abrut ­ aria sectiunii brute a elementului, in mm2;

Aslabiri ­ suma ariilor tuturor slabirilor cumulate pe maxim 200 mm lungime, in mm².

Elementele portante cu sectiune simpla intinse din lemn trebuie sa aiba aria sectiunii nete (rezultata in urma scaderii slabirilor din sectiune) de cel putin 4 000 mm² si minimum 2/3 din aria sectiunii brute.

Grosimea sectiunii slabite trebuie sa fie de minimum 38 mm, iar a sectiunii brute de minimum 58 mm, in cazul elementelor solicitate la intindere pentru care tensiunea normala maxima depaseste 70 % din rezistenta de calcul la intindere.

b. Bare solicitate la compresiune axiala paralela cu fibrele

Capacitatea de rezistenta a elementelor din lemn masiv, cu sectiune simpla, solicitate la compresiune axiala paralel cu fibrele, Cr, in N, se stabileste cu relatia:

Cr = Rcc|| . Acalcul . φc. m_T (4.4)

in care:

Rcc|| ­ rezistenta de calcul a lemnului masiv la compresiune axiala, paralela cu fibrele, stabilita in functie de specia de material lemnos, clasa de calitate a lemnului si conditiile de exploatare a elementelor de constructie, in N/mm²;

Acalcul ­ aria sectiunii de calcul a barei slabite, in mm², stabilita conform relatiilor din continuare;

φc ­ coeficient de flambaj, subunitar, calculat conform indicatiilor din continuare;

m_T ­ coeficient de tratare a lemnului, cu valorile specificate in tabelul 4.1.

Aria de calcul la barele comprimate se stabileste in functie de Abrut si Anet (aria bruta, respectiv neta a sectiunii celei mai solicitate), astfel:

pentru sectiuni fara slabiri, sau cu slabiri ce nu depasesc 25 % din sectiunea bruta si nu sunt pe fetele paralele cu directia de calcul la flambaj (fig. 4. 1, a si b) :

Acalcul = Abrut;

pentru sectiuni cu slabiri ce depasesc 25 % din sectiunea bruta si nu sunt pe fetele paralele cu directia de flambaj (fig.4.1.,b):

Acalcul = 4 Anet/3 ≤ Abrut;

pentru sectiuni cu slabiri simetrice care sunt pe fete paralele cu directia de flambaj (fig. 4.1, c):

Acalcul = Anet.

Coeficientul de flambaj, φc, se calculeaza cu relatiile:

Lungimile de flambaj, lf, ale barelor comprimate se stabilesc in functie de conditiile de rezemare la capete si de legaturile pe lungimea barei care impiedica deplasarea la flambaj

Pentru barele la care λf ≤ 10, influenta flambajului nu este semnificativa; relatia pentru calculul capacitatii de rezistenta la compresiune centrica paralel cu directia fibrelor este, in acest caz:

Cr =Rcc|| . Acalcul .m_T (4.6)