Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоев и др. - Конструкции из дерева и пластмасс

Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоев, И. М. Гуськов, 3. Б. Махутова, Б. А. Освенский, В. С. Сарычев, Э. В. Филимонов

КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

Под редакцией заслуженного деятеля науки и техники РСФСР д-ра техн. наук проф. Г. Г. Карлсена и «анд. техн. наук проф. Ю. В. Слицкоухова

Издание 5-е, переработанное и дополненное

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство»

МОСКВА

СТРОЙИЗДАТ

1984

Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб. для вузов/Ю. В. Слицкоухов, В. Д. Буданов, М. М. Гаппоев и др.; Под ред. Г. Г. Карлсена и Ю. В. Слицкоухова. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1986. — 543 с, ил.

Рассмотрены физико-механические свойства строительной древесины и конструкционных пластмасс. Даны указания по защите деревянных конструкций от возгорания и биологического поражения. Изложены основы проектирования, расчета и изготовления конструкций из дерева и пластмасс с учетом требований новых нормативных документов. Описаны конструктивные особенности сплошных, сквозных и пространственных деревянных конструкций.

Для студентов строительных вузов, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство».

© Стройиздат, 1975

© Стройиздат, 1986, с изменениями

ПРЕДИСЛОВИЕ

В решениях XXVII съезда КПСС указано на необходимость применения в строительстве новых эффективных материалов и облегченных конструкций, в том числе клееных деревянных конструкций. Кроме того, обращено внимание на то, что при проектировании и строительстве следует уменьшать вес сооружения, а это возможно при уточненном расчете конструкций и изготовлении их из более легких материалов. Решению этих задач способствует развитие вопросов расчета конструкций на устойчивость плоской формы деформирования, усиление интереса к применению при небольших пролетах и нагрузках дощатых конструкций из цельной древесины с металлическими соединениями различного вида, уточнение расчетных характеристик древесины с учетом ее сортности; происходят также другие изменения в области проектирования конструкций из дерева и с применением пластмасс.

С 1982—83 гг. в строительных вузах и факультетах вступил в действие новый учебный план, с учетом которого была пересмотрена типовая программа курса «Конструкции из дерева и пластмасс», для специальности 1202 «Промышленное и гражданское строительство».

Согласно этой программе конструкции и изделия с применением пластмасс не выделяются в самостоятельный раздел, как это было в 4-м издании, а рассматриваются совместно с конструкциями из дерева. Вместе с тем в связи с большими работами, которые ведутся в настоящее время по реконструкции промышленных предприятий, в это издание включен раздел «Основы эксплуатации деревянных конструкций», где освещаются вопросы усиления конструкций. Кроме того, с 1 января 1982 г. введен в действие новый СНиП П-25-80 «Деревянные конструкции. Нормы проектирования», материалы которого положены в основу учебника. Все это потребовало переработки предыдущего издания.

Цель изучения курса «Конструкции из дерева и пластмасс» состоит в том, чтобы будущий специалист приобрел знания в области применения в строительстве Деревянных конструкций, использования методов расчета, конструирования и контроля качества конструкций Различных типов, умел обследовать состояние сооружений, рассчитывать и контролировать несущие и ограждающие конструкции с учетом технологии их изготовления.

Эта дисциплина непосредственно связана с курсами «Металлические конструкции» и «Железобетонные конструкции», а также и дополняет их в части особенностей методов расчета и конструирования из материалов, обладающих упругопластическимп свойствами, анизотропностью и т. п.

Во время работы над рукописью учебника скончался заслуженный деятель науки и техники РСФСР, д-р. техн. наук проф. Г. Г. Карлсен, в связи с чем общее редактирование учебника выполнено проф. канд. техн. наук. Ю. В. Слпцкоуховым.

Работа над рукописью пятого издания учебника распределялась следующим образом: введение, разд. III, кроме § 3.8. разд. V написаны проф. канд. техн. наук Ю. В. Слицкоуховым; гл. 2 разд. I, § 3.7 гл. 3 и гл. 4 разд. IV, гл. 2 и 3 разд. VI—доц. канд. техн. наук В. Д. Будановым; гл. 1, § 2.1 гл. 2, гл. 3, кроме § 3.7, разд. IV и гл. 1 и 7 разд. VII — доц. канд. техн. наук М. М. Гаиноевым; гл. 2, 3 разд. II, гл. 2 6 разд. VII и разд. XI — доц. канд. техн. наук И. М. Гуськовым; гл. 1 разд. II и разд. X — доц. канд. техн. паук 3. D. Махутовой; гл. 1 разд. I, § 2.2 и 2.3 гл. 2 разд. IV, разд. VIII, §2.2 гл. 2 и § 3.6 гл. 3 разд. IX — доц. канд. техн. наук Б. А. Освенским; гл. 1 и 4—7 разд. VI, разд. XII — доц. канд. техн. наук В. С. Сарычевым; гл. 1, гл. 2, кроме §2.2; гл. 3, кроме § 3.6, гл. 4 и 5 разд. IX — доц. канд. техн. наук Э. В. Филимоновым; § 3.8 разд. III написан проф. д-ром техн. наук Ю. М. Ивановым, которому авторский коллектив приносит искреннюю признательность.

Авторы выражают глубокую благодарность канд. техн. наук А. Ю. Валентинавичюсу за ценные замечания, сделанные им при рецензировании рукописи, которые были учтены при работе над книгой.

ВВЕДЕНИЕ

§ 1. Краткий исторический обзор развития конструкций из дерева и пластмасс

Деревянные конструкции. Дерево в качестве строительного материала применяется с древнейших времен. Этому способствовало наличие лесов, легкость обработки и транспортировки деревянных элементов к месту строительства. Кроме того древесина обладает хорошими конструкционными качествами — значительной прочностью и упругостью при сравнительно небольшой массе.

С позиций диалектического материализма историческое развитие деревянных конструкций как отрасли строительной техники неизбежно связано с развитием производства, а следовательно, и общества.

Применительно к нашей стране, в которой сосредоточены огромные лесные богатства, технико-экономическая целесообразность деревянного строительства не вызывала сомнений. С давних пор применялись в строительстве деревянные сооружения оборонительного, общественного, хозяйственного, жилищного и других назначений.

Основной конструктивной формой бревенчатых сооружений стал сруб, который выполнялся из горизонтально расположенных бревен, соединенных врубками, шипами и другими видами соединений, что требовало большой квалификации мастера. В строительстве сооружений, выполняемых в виде сруба, русские мастера достигли большого совершенства. Па рис. 1 показаны основные формы бревенчатых несущих конструкций в виде сруба. Сочетанием этих основных форм в деревянном зодчестве были созданы самобытные, выдающиеся по красоте рубленые сооружения. Примерами таких сооружений являются Успенский шатровый храм в Кондопоге высотой 42 м, построенный в 1774 г. (рис. 2). Четырехгранный сруб (четверик) уширяется вверху с помощью повалов, образующих защитный карниз, а затем переходит в рубленый также с повалами вверху восьмигранник (восьмерик). Покрытие выполнено в виде шатра с пологим карнизом, называемым «полицей».

Еще более сложной является конструкция 22-главого высотой 35 м Преображенского храма в Кижах на Онежском озере, построенного в 1714 г. (рис. 3). В 1667—1681 гг. в с. Коломенском под Москвой для царя Алексея Михайловича был построен деревянный рубленый дворец. Строители дворца под руководством плотничного старосты Петрова создали выдающийся образец дворцового деревянного зодчества (рис. 4), объединявший в единую композицию многие основные формы, показанные на рис. 1. Дворец называли восьмым чудом света. Иностранцы, приезжавшие в Москву, восторгались этой постройкой. Мастерство плотников того времени было очень высоким, о чем можно судить по высказыванию Жана Соважа1, который в 1586 г. путешествовал по России. Он так характеризует оборонительную ограду Архангельска: «Она составляет замок, сооруженный из бревен, заостренных и перекрестных: постройка его из бревен превосходна, нет ни гвоздей, ни крючьев, но все так хорошо отделано, что нечего похулить, хотя у строителей русских все орудия состоят в одних топорах; но ни один архитектор не сделает лучше, как они делают».

Можно было бы привести много других примеров выдающихся образцов деревянного зодчества, характеризующих довольно длительный этап строительства из бревен, преобладавший в России до XVIII в. Русские плотники отличались не только конструкторским мастерством. Они владели искусством передовых методов строительства, обеспечивающих высокие темпы возведения сооружений. Доказательством этого служит строительство крепости Свияжска, выполненное под руководством Ивана Григорьевича Выродкова.

Все сооружения, куда входили: крепостные стены, рубленые «тарасами», шириной 5 м и длиной около 3000 м, имевшие два ряда бойниц, семь стрельниц, семь ворот и 18 башен; 370 домов; четыре лавки; две бани с общим расходом древесины примерно 20 тыс. м3 были зимой 1550—1551 гг. заготовлены и построены под Москвой в районе Углича. После разметки все сооружения были разобраны, собраны в плоты, а затем по Волге сплавлены к устью р. Свияги, где в течение одного месяца была возведена крепость.

В конце XVII в. появилась возможность вначале ручной, а затем механической продольной распиловки бревен, что способствовало созданию стержневых систем в виде брусчатых и дощатых конструкций. Однако для их изготовления по-прежнему требовались высококвалифицированные мастера-плотники, так как соединения элементов этих конструкций по длине и в узлах выполнялись в виде сложных врубок. В это время были созданы выдающиеся образцы деревянных конструкций, к которым относятся, например: построенный в 1736—1738 гг. архит. Иваном Кузьмичем Коробовым шпиль Адмиралтейства в Ленинграде, сохраненный архит. Андреяном Дмитриевичем Захаровым при перестройке башни в период 1806—1823 гг. (рис. 5). Существующая и до настоящего времени деревянная брусчатая конструкция шпиля имеет высоту 72 м; деревянные фермы быв. Манежа в Москве пролетом около 48 м, построенные в 1817 г. архит. А. А. Бетанкуром (рис. 6);

Останкинский дворец, построенный в 1792—1793 гг. крепостным Назаровым; железнодорожные девятипролетные мосты через р. Мету с пролетами по 61 м (рис. 7) и через овраг р. Веребьи с пролетами по 54 м при высоте над уровнем воды 49 м на Петербурго-Московской (ныне Октябрьской) железной дороге, спроектированные инж. Д. И. Журавским и возведенные в 1842—1851 гг.

После Великой Октябрьской социалистической революции, когда в стране создавались станкостроительная, авиационная, химическая и другие отрасли промышленности при малом еще производстве цемента и стали, перед строителями была поставлена задача создать новые формы деревянных конструкций построечного изготовления, не требующих квалифицированных плотников, которых при резком увеличении объема строительства было явно недостаточно.

Советскими инженерами-строителями такая задача была решена. Были предложены и широко внедрены при строительстве промышленных и общественных зданий и сооружений так называемые дощато-гвоздевые конструкции, где основным соединением деревянных элементов были гвозди, забивка которых не требовала от рабочих высокой квалификации. В создании этих новых конструктивных форм принимали активное творческое участие профессора д-ра техн. наук В. Ф. Иванов, Г. Г. Карл-сен, В. В. Большаков, В. М. Коченов, М. Е. Каган, Ю. М. Иванов, А. Б. Губенко, доценты канд. техн. наук Г. В. Свеицицкий, Б. А. Освенский, Г. Л. Цвингман, К. П. Кашкаров и др.

Вслед за гвоздевыми конструкциями в 1932—1936 гг. Б. С. Деревяпшым были предложены брусчатые конструкции на пластинчатых нагелях в виде балок пролетом до 6 м и ферм пролетом до 21— 24 м (рис. 8).

Формы дощато-гвоздевых конструкций были весьма разнообразными. Они применялись как в виде плоскостных конструкций: сплошных — балки, арки, рамы (рис. 9) и сквозных — балочные и арочные фермы сегментного очертания (рис. 10), так и пространственных конструкций в виде сводов-оболочек (рис. 11), складок, куполов, башен-градирен (рис. 12), башен-оболочек и др. Перекрываемые ими пролеты доходили до 100 м, а автодорожные мосты имели пролеты размером 45—55 м. Один из мостов комбинированной системы, состоящий из гибкой арки и фермы жесткости с тремя пролетами по 44 м каждый, показан на рис. 13.

Мосты комбинированной системы обладают тем достоинством, что их пролетные строения можно собрать на берегу, а затем перевезти на понтонах к месту установки на опоры. Такая перевозка, осуществленная в 1944 г. при строительстве моста через Днепр, видна на рис. 14.

После Великой Отечественной войны 1941 —1945 гг. все силы страны были направлены на восстановление в первую очередь разрушенных заводов тяжелой промышленности с кранами большой грузоподъемности, где преобладали металлические несущие конструкции, а несколько позднее с 1954—1955 гг. началось массовое многоэтажное жилищное строительство. Оно решалось на основе крупных железобетонных элементов заводского изготовления. Все это резко сократило объем деревянного строительства в нашей стране. Изменились также требования к строительству.

Вместо конструктивных форм построечного изготовления потребовались конструкции заводского изготовления. Решение, принятое на XXV съезде КПСС о применении деревянных конструкций, способствовало развитию деревянных конструкций нового типа — клееных и клеефанерных, чему значительно содействовали достижения, химической промышленности. Были разработаны водостойкие прочные синтетические клеи — фенолформальдегидный, резорциновый и др.

В настоящее время в Советском Союзе работает около 20 заводов по производству деревянных клееных конструкций. Они изготовляют трехслойные панели 3 и 6 м, балки пролетом до 18 м, распорные системы треугольного очертания пролетом 12—18 м, арки от 15 до 60 м и рамы 12—24 м. За последнее время из клееных элементов были построены: склады минеральных удобрений пролетом 45 м в Солигорске и Березниковском районе (рис. 15); Дворец спорта профсоюзов в Архангельске, с покрытием арками пролетом 63 м (рис. 16); крытый каток в Калинине пролетом 56,7 м (рис. 17); легкоатлетический манеж спортивного общества «Трудовые резервы» в Минске пролетом 50 м (рис. 18).

Кроме того, были возведены некоторые другие крупные объекты, а также значительное количество производственных зданий сельскохозяйственного назначения и покрытия промышленных зданий. В ряде организаций и вузов страны — ЦНИИСК, СоюздорНИИ, МИСИ, ЛИСИ, БИА, НИСИ — проводятся исследования клеефанерных конструкций с использованием бакелизированной фанеры, фанерных профилей и фанерных труб. Одним из основных условий экономической эффективности применения древесины в капитальном строительстве является увеличение срока службы деревянных конструкций, поэтому научной разработке проблемы долговечности деревянных конструкций уделяется большое внимание.

Много работают в этом направлении сотрудники отдела деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко под руководством проф. д-ра техн. наук 10. М. Иванова. Кроме того, в Солнечногорске Московской области находится лаборатория, ведущая работы по защите деревянных конструкций от биологического разрушения, руководимая проф. д-ром техн. наук М. М. Горшиным.