Для студентов учреждений высшего профессионального образования по направлению подготовки «Строительство»

Ф. А. БОЙТЕМИРОВ

конструкции из дерева и пластмассУЧЕБНИК

В ы с ш е е п р о ф е с с и о н а л ь н о е о б р а з о в а н и е

БАКАЛАВРИАТ

Р е ц е н з е н т ы:проф. кафедры «КДиП» МГСУ, д-р техн. наук Д.К.Арленинов;

Заслуженный деятель науки России, д-р техн. наук, проф., советник ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко Л.М.Ковальчук

УДК 624.07(075.8)ББК 38.55я73

Б777

Оригинал-макет данного издания является собственностьюИздательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом

без согласия правообладателя запрещается

© Бойтемиров Ф.А., 2013© Образовательно-издательский центр «Академия», 2013© Оформление. Издательский центр «Академия», 2013ISBN 978-5-7695-9536-3

Бойтемиров Ф.А.Конструкции из дерева и пластмасс : учебник для студ.

учреждений высш. проф. образования / Ф.А.Бойтемиров. — М. : Издательский центр «Академия», 2013. — 288 с. — (Сер. Бакалавриат).

ISBN 978-5-7695-9536-3

Учебник создан в соответствии с требованиями Федерального государ-ственного образовательного стандарта по направлению подготовки «Строи-тельство» (квалификация «бакалавр»).

Рассмотрены уровень и перспективы развития конструкций из дерева и пластмасс. Приведены физико-механические свойства древесных материалов и конструкционных пластмасс. Изложены основы расчета и конструирования элементов и соединений современных клееных ограждающих и несущих кон-струкций. Освещены вопросы обеспечения пространственной неизменяемо-сти, технологии изготовления, транспортирования, хранения, монтажа, экс-плуатации и восстановления деревянных конструкций. Рекомендованы меры по защите конструкций от биопоражения и возгорания.

Для студентов учреждений высшего профессионального образования.

УДК 624.07(075.8)ББК 38.55я73

Б777

Предисловие

Производство и применение легких и эффективных строительных конструкций остается одним из важнейших прогрессивных направ-лений в строительстве. Современные легкие деревянные конструк-ции заводского изготовления являются очень перспективными для нашей страны, обладающей огромными запасами «деловой» древе-сины. Современные конструктивные решения обычно отличаются рациональным сочетанием древесины, высокопрочных клеев, фане-ры и других компонентов.

В учебнике представлен систематизированный материал по осно-вам проектирования таких конструкций для модуля «Конструкции из дерева и пластмасс», изучаемого в учреждениях высшего учебно-го профессионального образования России по профилю подготовки «Промышленное и гражданское строительство» направления 62 «Строительство». Описаны прочностные и деформационные свой-ства конструкционных материалов, приведен расчет элементов кон-струкций и рассмотрены различные виды традиционных и новых соединений. Уделено внимание вопросам рационального примене-ния и повышения долговечности конструкций из цельной и клееной древесины. Представлены основы расчета и проектирования совре-менных ограждающих конструкций — клеефанерных плит, а также несущих деревянных конструкций (балок, стоек, арок, рам, ферм) и наиболее распространенных пространственных конструкций. Рас-смотрены различные виды конструкционных пластмасс и особенно-сти работы пневматических и тентовых конструкций. Освещены во-просы обеспечения пространственной неизменяемости, технологии изготовления, транспортирования, хранения, монтажа, эксплуатации и обследования деревянных конструкций. Приведены меры по за-щите конструкций от биопоражения и возгорания.

Учебный материал изложен с учетом последних достижений нау-ки и техники. При работе над учебником использованы результаты научно-исследовательских работ ведущих отечественных инженерно-строительных вузов (МГСУ, МГАКХиС, НГАСУ (Сибстрин) и др.), научно-исследовательских и проектных организаций (ЦНИИСК, ЦНИИПРОМЗДАНИЙ и др.), а также многолетний опыт учебно-методической и научно-исследова тельской работы кафедры строи-тельных конструкций МГАКХиС.

4

Гл а в а 1

ОБщИЕ сВЕдЕНИя О дРЕВЕсИНЕ И пЛАсТМАссЕ

1.1. Краткая история развития конструкций из дерева и пластмасс

Древесина как строительный материал известна человечеству с глубокой древности. Первобытные люди при помощи каменного то-пора строили первые жилища, оборонительные и другие сооружения, состоящие из простейших элементов в виде частокола из заострен-ных бревен, балок и стоек, которые известны как свайные построй-ки. В Древнем Риме деревянные конструкции получили широкое применение при строительстве гражданских зданий, соборов, двор-цов и разнообразных мостов балочного и арочного типов. Примером может служить мост через р. Тибр (630 лет до н. э.).

Сохранились описания деревянных конструкций, воспроизве-денных на каменных памятниках Индии во II в. до н. э. Появление новых конструктивных форм отмечено в XVI в., чему способствова-ли достижения в области математики и механики. Великий итальян-ский архитектор Позднего Возрождения Андреа Палладио (1508 —1580) способствовал зарождению элементарной теории стержневых систем. А.Палладио явился творцом новых сквозных конструкций, в частности, им были предложены и осуществлены комбиниро-ванные ригельно-подкосные системы в арочных и балочных мо-стовых фермах. Однако позднее эти конструктивные формы не получили дальнейшего развития из-за недостаточных сведений об их работе и несовершенства узловых соединений, а более эффек-тивные шпоночные и гвоздевые соединения, изобретенные еще Аполлодором Дамасским в начале II в. не нашли в них своего при-менения.

Огромные площади, занятые лесами хвойных пород, легкость за-готовки и простота обработки древесины способствовали распро-странению деревянных конструкций в России. Древнерусское зод-чество в период с X по XVII в. создало целый ряд выдающихся по своей художественной ценности образцов гражданских и оборони-тельных сооружений. К их числу относятся, например, церковь свя-

5

той Софии в Новгороде и царский дворец в Коломенском (1667 —1681 гг.) под Москвой.

Большой вклад в развитие деревянных конструкций внес гени-альный «механикус» Российской академии наук Иван Петрович Ку-либин (1735—1818), разработавший оригинальный проект однопро-летного арочного моста пролетом 298 м через р. Неву в Санкт-Петер-бурге (рис. 1.1). С гениальной интуицией И.П.Кулибин нашел чет-кую статическую схему и экспериментально установил оптимальную форму конструкции большепролетного арочного моста в виде ком-бинированной системы, состоящей из основной несущей арки и арочной фермы жесткости многорешетчатого типа. В соединениях элементов применялись простейшие лобовые упоры и болты. Ре-зультаты испытания 30-метровой модели в 1/10 пролета 27 декабря 1776 г. в присутствии специальной комиссии под руководством Лео-нарда Эйлера полностью подтвердили техническую возможность по-стройки грандиозного по тому времени моста. Несмотря на то что мост не был построен, предложенные идеи оказали благотворное вли-яние на дальнейшее развитие деревянных строительных конструк-ций.

Внедрение продольной распиловки круглого леса в конце XVII в. способствовало появлению в России стержневых конструкций с ис-пользованием дощатых и брусчатых элементов. Таким примером мо-жет служить каркас шпиля здания Адмиралтейства в Санкт-Петербурге высотой 72 м, возведенного в 30-х гг. XVIII в. по проек-

Рис. 1.1. Проект деревянного моста пролетом 298 м через р. Неву в Санкт-Петербурге (авт. И.П.Кулибин, 1776 г.)

6

ту архитектора И.К.Коробова и сохранившегося до настоящего вре-мени.

Ярким примером применения древесины в качестве стропильных конструкций является покрытие над московским Манежем в виде брусчатых треугольных ферм пролетом 49,6 м, построенном инжене-ром Л.Карбонье в 1817 г. по проекту А.А.Бетанкура. По своей схеме фермы покрытия (рис. 1.2) представляли собой совокупность несколь-ких вписанных одна в другую ригельно-подкосных систем. Эти брусча-тые фермы до пожара 2004 г. в Манеже по праву считались в нашей стране самыми большепролетными подобными системами покрытий.

Большой вклад в развитие отечественной инженерной школы внес Дмитрий Иванович Журавский (1821—1891), гениально сочетавший глубокие теоретические разработки с практикой строительства. Ему удалось не только разработать теорию расчета деревянных брусчатых ферм с крестовой решеткой и стальными тяжами системы американ-ского инженера Р. Гау, но и усовершенствовать их конструкцию, впервые рационально сочетая два различных конструкционных ма-териала. Разработанный Д.И.Журавским способ расчета раскосных ферм удостоился в 1855 г. премии Российской академии наук и был реализован, например, при строительстве девятипролетного моста через р. Мсту Московско-Петербургской железной дороги с проле-тами неразрезных ферм по 60,8 м (рис. 1.3).

Д.И.Журавский, в частности, предложил формулу для определе-ния касательных напряжений в изгибаемых элементах, а также раз-работал метод расчета составных брусчатых балок, сплачиваемых по высоте сечения при помощи шпонок. Его теоретический вклад в ме-тоды расчета статически определимых и статически неопределимых систем имеет непреходящее значение для всей отечественной строи-тельной науки.

Рис. 1.2. Брусчатые фермы покрытия московского Манежа пролетом 49,6 м (авт. А.А.Бетанкур, 1817 г.)

7

Огромную роль в создании деревянных сетчатых пространствен-ных конструкций сыграл Владимир Григорьевич Шухов (1853—1939). Для покрытия одного из павильонов Нижегородской промышленной выставки 1896 г. впервые были использованы легкие и экономичные сетчатые своды с затяжкой пролетом 21 м из трех слоев накрест уло-женных досок толщиной 12,7 мм, соединенных между собой гвоздя-ми. В деревянном тонкостенном дощатом своде удачно сочетались ограждающие и несущие функции. Позднее эта идея была исполь-зована для создания кружально-сетчатых сводов системы С. В. Пе-сельника, сферических и многогранных купольных конструкций.

Дальнейшим развитием идеи сетчатых систем явился новый тип пространственной конструкции, который, несмотря на параболиче-ское очертание поверхности, мог быть образован из прямолинейных элементов. По этому принципу возводились многие градирни и баш-ни различного назначения, как металлические так и деревянные. Сетчатая поверхность в виде гиперболоида вращения с помощью прямолинейных стержней, расположенных перекрестно и соединен-ных болтами в местах пересечений, была получена В.Г.Шуховым при сооружении деревянной башни-градирни высотой 36 м.

В довоенный период отечественными учеными под руководством Г.Г.Карлсена были заложены основы современной системы норма-тивных документов по проектированию деревянных конструкций. Это способствовало широкому распространению деревянных кон-струкций в промышленном строительстве.

Получили массовое распространение различные дощато-гвоздевые несущие конструкции, применявшиеся в покрытиях зданий и как вспомогательные конструкции при возведении большепролетных по-крытий. Пространственные дощато-гвоздевые конструкции в виде свода-оболочки могли перекрывать пролеты до 100 м. Такие кон-

Рис. 1.3. Деревянный мост через р. Мсту на Московско-Петербургской же-лезной дороге пролетом 60,8 м (авт. Д.И.Журавский, 1842—1851 гг.)

8

струкции на вязких гвоздевых соединениях соответствовали потреб-ностям и возможностям строительства того периода, были эконо-мичны, просты и надежны.

В 1932 г. инженером В.С.Деревягиным была разработана брусча-тая конструкция составной балки на дубовых пластинчатых нагелях. Применение составных балок для сжато-изгибаемых элементов ме-таллодеревянных с использованием стального нижнего пояса при-вело к появлению различных сквозных систем пролетом до 24 м, об-ладающих повышенной эксплуатационной надежностью и удобством перевозки к месту монтажа.

Успехи научных исследований в области разработки и производ-ства водостойких и биостойких строительных клеев позволили после Великой Отечественной войны наладить заводское производство клееных деревянных конструкций. В связи с этим начались интен-сивные разработки и внедрение широкого спектра клееных несущих и клеефанерных ограждающих конструкций. Деревянные клееные конструкции массового производства имеют в разных странах сход-ную номенклатуру, в основном содержащую такие несущие конструк-ции, как балки, арки, рамы и стропильные фермы, а также плиты покрытия и стеновые панели.

Новые высокопрочные и стойкие синтетические клеи дали воз-можность производить водостойкую строительную фанеру, а также создавать клееные деревянные конструкции практически любых не-обходимых форм и размеров, отличающиеся архитектурной вырази-тельностью и различными другими достоинствами.

В 1940-х гг. для несущего каркаса складов калийной соли приме-нили трехшарнирные стрельчатые арки пролетом 45 м и высотой 22,5 м, которые, как показали проведенные обследования, проде-монстрировали надежность и долговечность при неблагоприятных условиях эксплуатации в щелочной среде. При участии Г.Н.Зубарева были разработаны первые типовые конструкции с использованием клееной древесины — металлодеревянные фермы, у которых верх-ний пояс был деревянный, а нижний, растянутый, пояс выполнялся из стали.

В нашей стране массовое производство деревянных клееных кон-струкций началось в 1973 — 1976 г., когда было построено 26 пред-приятий общей мощностью около 100 тыс. м3 в год. В этот период наибольшую эффективность продемонстрировали сооружения, на-ходящиеся в условиях агрессивной среды, которые использовались для хранения и перегрузки калийных солей и других минеральных удобрений. Около полусотни складов минеральных удобрений про-летом 45 м и высотой 23 м эксплуатируются в Пермской обл. с 1960 г. до настоящего времени.

Отечественным достижением в развитии клееных конструкций явился Дворец спорта в г. Архангельске пролетом 63 м, проект кото-рого был разработан при участии М.Ю.Заполя и В.И.Травуша. Сег-

9

ментные клеедеревянные арки с размерами поперечного сечения 32 × 160 см размещались с шагом 6 м и передавали распор на ниже-расположенные железобетонные конструкции.

В последние годы практика строительства пополнилась ориги-нальными конструктивными формами в различных зданиях и соору-жениях. В покрытии здания аквапарка в Абзаково Челябинской обл. применены уникальные деревянные клееные балки пролетом 36 м (рис. 1.4).

Представляет интерес универсальный перегрузочный комплекс для экспорта минеральных удобрений, по своим габаритным разме-рам и конструктивным особенностям не имеющий аналогов в Евро-пе, сооруженный в 2002 г. на территории морского порта в Санкт-Петербурге. Накопительная способность этого сооружения достига-ет 150 тыс. т. Несущие конструкции каркаса комплекса из клееной древесины, разработанные специалистами ЦНИИСК под руковод-ством С.Б.Турковского, представляют собой трехшарнирные сбор-ные рамы пролетом 63 м и высотой 45 м, опертые на железобетон-ные фундаменты распорного типа. Длина склада 300 м (рис. 1.5).

Каждая полурама для удобства изготовления и транспортирова-ния была изготовлена в виде трех фрагментов сечением 14 × 157 см,

Рис. 1.4. Деревянные клееные балки покрытия аквапарка пролетом 30 м в Абзаково Челябинской обл. (2003 г.)

10

которые собирались на строительной площадке в цельную конструк-цию при помощи пары равнопрочных монтажных стыков системы ЦНИИСК. Использование жестких монтажных стыков стало воз-можным благодаря новым типам соединений деревянных конструк-ций на вклеенных в древесину под различными углами стальных стержнях.

В Москве построено круглое в плане складское сооружение в виде ребристо-кольцевого купола диаметром по карнизу 70 м и высотой 23 м. В 2004 г. появился первый в стране крытый конькобежный центр на 10 тыс. зрителей в Крылатском, который перекрыт ради-альными двухпролетными металлодеревянными фермами по 50,4 м общим пролетом более 100 м. За последние десятилетия по всей стра-не построено большое количество спортивно-зрелищных сооруже-ний малых и средних пролетов.

Достижением, отражающим потенциальные возможности совре-менных деревянных конструкций, являются пространственные кон-струкции пролетом в сотни метров. В 1983 г. возведен один из круп-нейших в мире деревянных куполов диаметром основания 161,5 м и высотой 47,8 м. Пролеты таких куполов могут достигать больших значений. Подтверждением этому служат покрытия существующих стадионов в четырех городах США, имеющих диаметр нижнего рас-порного кольца ребристо-сетчатого купола, равный 257 м. Стрела

Рис. 1.5. Большепролетные сборные деревянные рамы терминала пролетом 63 м в Санкт-Петербурге (2002 г.)

11

подъема покрытия достигает 76 м (рис. 1.6). Той же компанией был создан проект купола ребристо-сетчатого типа диаметром 300 м.

Сохраняет свое значение построечное изготовление несложных деревянных конструкций в небольших объемах вблизи мест их стро-ительства. Актуальны и производственно-вспомогательные здания малых пролетов различного функционального назначения из цель-ной древесины: круглого леса, бруса или пиломатериалов, возводи-мые в районах, где древесина является доступным строительным ма-териалом. Такие здания пролетом, не превышающим 12 м, сооружа-ют прямо на строительной площадке, применяя традиционные гвоз-девые и болтовые соединения.

Дощатые элементы стропильных систем покрытия вспомогатель-ных зданий и малоэтажных домов часто соединяют при помощи по-явившихся за рубежом металлических зубчатых пластин типа «Гэнг-Нейл» различной несущей способности. Строительство сборных за-городных домов каркасного типа, которые можно собирать вручную из элементов каркаса, изготавливаемых в заводских условиях, в по-следнее время становится все более популярным. Одним из путей обеспечения расширяющегося строительства высококачественными деревянными конструкциями является их массовое заводское изго-товление с последующей сборкой на строительных площадках.

Интенсивное развитие синтетических полимерных материалов во второй половине ХХ в. открыло дорогу эффективному использова-нию полимеров в строительных конструкциях в сочетании с обще-

Рис. 1.6. Проект покрытия стадиона в виде деревянного ребристо-сетчатого купола диаметром 257 м:

а — фрагмент; б — поперечный разрез гурта: 1 — верхний клееный пояс; 2 — нижний клееный пояс; 3 — ребро жесткости; 4 — фанерная стенка

12

известными конструкционными материалами в различных областях промышленного и гражданского строительства. Пластмассы стали новым классом конструкционных строительных материалов. К это-му классу относятся высокопрочные, предельно легкие, особо про-зрачные, химически стойкие, воздухонепроницаемые пленочные, а также тканевые материалы, имеющие предварительно заданные проч-ность, плотность, деформативные и другие необходимые свойства.

Основным видом конструкционных пластмасс благодаря легко-сти, относительно высокой прочности и технологичности являются стеклопластики. Конструкции на основе пластмасс изготавливают только в заводских условиях. Такие конструкции легко транспорти-ровать и монтировать, поэтому их удобно использовать в качестве ограждающих конструкций зданий и сооружений даже в отдаленных районах нашей страны. Из пенопластов и тонколистового алюминия, стали или иного листового материала обшивок изготавливают легкие трехслойные плиты и панели покрытий стен и оболочек; из стекло-пластиков и оргстекла — светопрозрачные ограждений; из тканей и пленок — быстровозводимые пневматические и тентовые конструк-ции.

Большое распространение получили легкие ограждающие кон-струкции в виде плит покрытия и стеновых панелей типа «сэндвич», состоящих из среднего слоя эффективного утеплителя типа пенопла-ста, приклеенного к наружным слоям из листового алюминия, стали или стеклопластика. Перспективным материалом для остекления и покрытия гражданских и промышленных зданий является сотовый поликарбонат с наружным слоем, защищающим от воздействия уль-трафиолетовых лучей, который относится к категории трудновоспла-меняемых материалов.

Светопроницаемые конструкции зенитных фонарей на основе полиэфирного стеклопластика или органического стекла находят применение в зданиях различного назначения для обеспечения естест-венного освещения. В неотапливаемых складских сооружениях для доступа естественного света предусматривают участки покрытия из сотового поликарбоната или прозрачного полиэфирного стеклопла-стика. Многие стеклопластики, являясь химически стойкими мате-риалами, эффективны на предприятиях, отличающихся химически агрессивной средой.

В качестве несущих конструкций применяют трехслойные обо-лочки в виде соединенных между собой объемных элементов пира-мидального, складчатого, лоткового или волнистого профиля. Кон-структивные элементы из стеклопластиков намного легче железобе-тонных, каменных или стальных, что позволяет рекомендовать их для сейсмостойкого строительства. Конструкционные пластмассы дают возможность сооружениям со специальными требованиями обе-спечить необходимую немагнитность, радиопрозрачность и другие особые условия эксплуатации.

13

Промышленное производство высокопрочных синтетических воз-духонепроницаемых тканей способствовало появлению пневматиче-ских строительных конструкций (ПСК) — замкнутых оболочек, на-ходящихся постоянно под избыточным внутренним давлением воз-духа. Воздухоопорные пневмооболочки цилиндрической или сфери-ческой формы могут перекрывать пролеты 60 м и более. Такие кон-струкции вследствие легкости и транспортабельности очень эффек-тивны в качестве сборно-разборных сооружений, возводимых за не-сколько часов, на случай возникновения чрезвычайных ситуаций. Это могут объекты, не только связанные с оказанием экстренной медицинской помощи, но и выставочные павильоны, спортивные, складские сооружения, а также временные здания различного назна-чения. ПСК сейсмостойки, а в холодное время года могут обогре-ваться нагретым воздухом через воздухоподающую систему.

В состав пневмовантовых конструкций помимо воздухоопорных оболочек входят ванты, воспринимающие основные растягивающие усилия, что позволяет перекрывать пролеты до 100 м. Пневмокар-касные конструкции благодаря значительному избыточному внутрен-нему давлению способны служить арками, балками или стойками легких сборно-разборных покрытий зданий пролетом не более 15 м.

Тентовые временные покрытия могут иметь самые неожиданные конструктивные формы. Это погодозащитные сооружения, состоя-щие из легких сборно-разборных конструкций с использованием во-донепроницаемых тканей, форму которых могут поддерживать стоечно-вантовые системы, металлический или деревянный кар-кас.

1.2. преимущества конструкций из дерева и пластмасс и область их рационального применения

Деревянные конструкции издавна широко применяются в строи-тельстве благодаря сочетанию замечательных свойств древесины: вы-сокой прочности и небольшой плотности, малой теплопроводности и легкости обработки, высокой морозостойкости и сейсмостойкости, достаточной пористости, которая способствует воздухообмену меж-ду помещениями и наружной атмосферой. Это разнообразие свойств необходимо учитывать при проектировании зданий и сооружений, стремясь в полной мере использовать преимущества древесины.

Древесина хвойных пород, в основном применяемая в конструк-циях, является легким материалом, обладающим достаточно высокой удельной прочностью. Отношение расчетных сопротивлений древе-сины при сжатии и изгибе к ее плотности (500 кг/м3) выше анало-

14

гичного соотношения некоторых марок стали, бетона и кирпичной кладки. Чем выше удельная прочность материала, тем он более эф-фективен в большепролетных конструкциях, а также удобен при транспортировании и монтаже. Прочностные и упругие свойства древесины способствуют применению деревянных конструкций в сейсмоопасных районах.

Древесину можно использовать одновременно в качестве кон-струкционного и теплоизоляционного материала, поскольку она ока-зывает сопротивление прохождению теплового потока поперек во-локон в 400 раз больше, чем сталь, в 10—12 раз большее, чем желе-зобетон, и в 5 — 6 раз большее, чем кирпич. Малый коэффициент теплопроводности древесины обеспечивает клееным деревянным конструкциям сплошного сечения высокие значения предела огне-стойкости.

Деревянные конструкции стойко сопротивляются отрицательно-му воздействию слабых химически агрессивных сред без какой-либо защитной обработки, чем выгодно отличаются от других строитель-ных конструкций.

Общеизвестно, что древесина — природный материал с хороши-ми санитарно-гигиеническими свойствами. Экологическая чистота и отсутствие отрицательного воздействия деревянных конструкций на качество биологической активности людей и животных создает уникальные преимущества.

Древесина по сравнению с другими конструкционными материа-лами обладает производственными преимуществами: она является природным самовозобновляющимся материалом, простым в обра-ботке, а при производстве различных видов несущих или ограждаю-щих конструкций требует незначительных энергозатрат. К тому же снижаются транспортные и монтажные расходы благодаря ее мало-му весу, а также имеется возможность предварительной сборки от-дельных фрагментов большепролетных конструкций. Практика про-изводства показывает, что энергозатраты на обработку и изготовле-ние деревянных конструкций в 8 — 10 раз ниже по сравнению со стальными конструкциями и в 3—4 раза ниже по сравнению с же-лезобетонными конструкциями.

Для районов, богатых лесами и не имеющих предприятий по из-готовлению клееных деревянных конструкций (КДК), сохраняют ак-туальность традиционные конструктивные решения из цельной дре-весины: балки, стойки и стропила малоэтажных жилых домов, фер-мы и подкосные рамы, арочные своды небольших производственных, сельскохозяйственных и общественных зданий.

Древесина, как и другие конструкционные материалы, имеет не-достатки, которые следует учитывать при проектировании конструк-ций. К таким недостаткам относится опасность биопоражения в ре-зультате нарушения температурно-влажностного режима эксплуата-ции деревянных конструкций. Кроме того они относятся к группе

15

сгораемых материалов. Наличие естественных пороков в древесине также ограничивает ее применение в конструкциях. Однако совре-менные конструктивные и химические способы защиты древесины от загнивания при соблюдении режима эксплуатации сохраняют дере-вянные конструкции в течение всего необходимого срока службы.

Клееные деревянные конструкции благодаря существующей тех-нологии изготовления не только сводят «на нет» влияние естествен-ных пороков древесины, но и повышают стойкость к загниванию, а сплошное сечение крупных элементов обеспечивает повышенный предел огнестойкости конструкции. При необходимости использо-вание антисептиков и антипиренов позволяет дополнительно усилить защиту деревянных конструкций от загнивания и возгорания.

Современные проектировщики получают большую свободу при создании архитектурных форм, полно раскрывающих авторскую идею сооружения. Помимо конструкционных особенностей клееная дре-весина сочетает в себе декоративные и пластические свойства. Кле-еный элемент может иметь различную конструктивную форму, по-перечное сечение и пролет, а цвет, текстура и внешний вид клееной конструкции зачастую создают особый эстетический эффект. Миро-вой, более чем полувековой, опыт разнообразного и все возраста-ющего применения клееных деревянных конструкций в странах, обе-спеченных цементом и сталью, демонстрирует эффективность и эко-номичность таких конструкций по сравнению с аналогичными желе-зобетонными и стальными при одинаковых нагрузках и пролетах.

Опыт применения КДК в 1940-х гг. сначала в США, а позже и в европейских странах показал, что клееная древесина по сравнению с природной заметно улучшила свои свойства. Клееная древесина приобретает более однородные стабильные повышенные механиче-ские показатели и не имеет скрытых недостатков, таких как трещи-ны, невидимые снаружи сучки и косослой. Появляется возможность компоновать монолитное поперечное сечение конструкции различ-ной формы из разносортных слоев досок с учетом ее напряженно-деформированного состояния и не ограничиваться рекомендуемым сортаментом пиломатериалов, проектируя большие пролеты покры-тий.

Повышение долговечности клееной древесины в значительной степени обусловлено применением сухой древесины в соответствии с технологическими ограничениями в процессе производства дере-вянных клееных конструкций. В случаях применения таких конструк-ций в незащищенных от увлажнения условиях современные анти-септические составы позволяют предохранить древесину от загнива-ния на срок до 50 лет. Этого вполне достаточно с учетом морально-го износа сооружения.

Долговечность деревянных социально значимых объектов хорошо иллюстрирует деревянное покрытие московского Манежа, которое прослужило с 1817 по 2004 г. Используя конструкции из дерева и

16

пластмасс с обязательным соблюдением действующих нормативных документов, создают современные капитальные сооружения, кото-рые могут эксплуатироваться длительное время.

В целях дальнейшего расширения использования деревянных кон-струкций представляется перспективным заводское изготовление клееных унифицированных конструкций и элементов любых требу-емых форм и размеров, особенно прямолинейных. Такие элементы могут применяться в качестве отдельных конструкций, например ба-лок или элементов связей, либо панелей верхнего пояса металлоде-ревянных ферм. Эффективность использования деревянных кон-струкций повышается при изготовлении и поставке комплектов для полносборных зданий, особенно многоцелевого назначения [1].

Деревянные клееные конструкции обладают высокой степенью заводской готовности. Однако получение прочных, долговечных, от-вечающих современным инженерным требованиям несущих кон-струкций возможно только при высокой технической культуре всего производства в целом. Заводской способ производства обеспечивает высокое качество деревянных конструкций и при серийном произ-водстве снижает их стоимость. Представляется целесообразным вы-пускать каталоги различных видов деревянных несущих конструкций с указанием оптимальных параметров и нагрузок, для которых они запроектированы.

Экономическая целесообразность использования в покрытии кле-еных деревянных конструкций, по сравнению со стальными или же-лезобетонными, возрастает с увеличением пролетов. Так, в сооруже-ниях пролетом до 24 м при равноценной несущей способности, как правило, экономичнее стальные конструкции, а при бо 2льших про-летах — конструкции из древесины, поскольку с увеличением про-лета значительно растет расход металла. По сравнению с железобе-тонными в деревянных конструкциях значительно уменьшается вес покрытия и каркаса, уменьшается объем фундаментов, снижаются транспортные и монтажные затраты, так как плотность древесины в 4,5 — 5 раз меньше плотности железобетона. Необходимо помнить, что для ряда районов России железобетонные конструкции в 2 — 6 раз дороже, чем в центральной ее части. Так, на Дальнем Востоке клееные элементы для мостов примерно в 10 раз дешевле железобе-тонных.

Эпизодически возникает необходимость создания радиопрозрач-ных, немагнитных конструкций, для которых деревянные и клеефа-нерные элементы с соединениями из конструкционных пластмасс являются основными.

Возрождение массового производства клееных конструкций в Рос-сии началось в 1998 г. и практически полностью сориентировалось на индивидуальное строительство. Производственная база в основ-ном создавалась заново. Основой для дальнейшего развития произ-водства в центральной части России стал завод в г. Волоколамске

17

Московской обл., который имеет оборудование для изготовления клееных конструкций различной формы и размеров длиной до 40 м. Ориентировочная мощность завода — 10…15 тыс. м3 в год [1].

В г. Королеве Московской обл. аналогичный завод на базе ЗАО «ДСК-160 Стройконструкция-2», оснащенный импортным оборудо-ванием мощностью 15 … 20 тыс. м3 в год, производит клееные кон-струкции длиной до 22 м для различных ответственных спортивно-зрелищных и других большепролетных сооружений. В 2004 г. на базе ЗАО «78 Деревообрабатывающий комбинат» в г. Нижнем Новгороде начато производство клееных конструкций длиной до 24 м. Приме-ром выпускаемой продукции могут служить большепролетные тре-угольные стропильные фермы пролетом 50 м, изготовленные для Московского ЦВЗ «Манеж» в 2004 г. В последние годы появляются аналогичные предприятия по выпуску деревянных клееных конструк-ций по всей стране.

Накопленный отечественный и зарубежный опыт возведения зда-ний и сооружений различного назначения позволяет определить ра-циональные области применения конструкций из дерева и пластмасс в строительстве.

1. Большепролетные покрытия зданий и сооружений: универсаль-ные спортивно-зрелищные, выставочные, торговые и конно-спортивные комплексы, киноконцертные и демонстрационные залы, бассейны и аквапарки, теннисные корты, покрытия трибун стадио-нов, катков, велотреков и легкоатлетических манежей; крытые рын-ки, ангары, конструкции лыжного трамплина.

2. Промышленные здания и сооружения с химически агрессивной средой: склады насыпных материалов, предназначенные для хране-ния незатаренных аммонийных солей, хлорида кальция, поташа и других химикатов; большепролетные склады для хранения антиго-лоледных реагентов, отдельные цеха лесоперерабатывающих ком-плексов.

3. Сельскохозяйственные здания и сооружения (особенно в усло-виях рассредоточенного сельского строительства): склады минераль-ных удобрений, птицеводческие и животноводческие объекты, цеха комплексов для фрукто- и овощехранилищ, зернохранилища, гара-жи для сельскохозяйственных машин, объекты для хранения сена и других кормов, ремонтные мастерские, теплицы.

4. Пролетные строения пешеходных и автодорожных мостов про-летом до 33 м, допускающие применение при монтаже автотранспор-та и кранового оборудования общего пользования (в отдельных рай-онах страны единственно возможное решение).

5. Башни и мачты различного назначения, радиопрозрачные и немагнитные специальные сооружения, опоры линий электропере-дачи.

6. Быстровозводимые здания для освоения труднодоступных рай-онов страны.

Контрольные воПросы

1. Приведите примеры уникальных деревянных конструкций в нашей стране и за рубежом.

2. Какова номенклатура ограждающих и несущих конструкций с исполь-зованием древесины?

3. В каких областях экономики наиболее рационально применение дере-вянных конструкций?

4. На какие основные два класса делятся деревянные конструкции по ме-тодам изготовления?

5. Какие конструкционные пластмассы получают распространение в на-стоящее время в строительстве?

6. Какова номенклатура ограждающих и несущих конструкций с исполь-зованием пластмасс?

7. Какова область рационального применения конструкций с использова-нием пластмасс?

8. Каковы основные направления прогресса в изготовлении и применении деревянных конструкций?