Калугин А.В. - Деревянные конструкции

Калугин А.В, Деревянные конструкции. Учеб. пособие (конспект лекций). - М.: Издательство АСВ, 2003.-224 с, с илл.

ISBN 5-93093-207-7

Рассмотрены физико-механические свойства древесины и основные положения по расчету и конструированию деревянных конструкций и их соединений. Даны краткие указания по защите деревянных конструкций от загнивания и возгорания. Изложены основы технологии производства клееных деревянных конструкций. Освещены вопросы инженерного обследования и усиления, а также методики технико-экономической оценки деревянных конструкций.

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

1. ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

1.1. Краткий исторический обзор

Древесина - древнейший, ценный и благородный строительный материал. В истории развития строительной техники имеется много примеров выдающихся зданий и сооружений с применением деревянных конструкций. В их числе исторические здания, сохранившиеся до настоящего времени; Преображенский храм на острове Кижи, построенный в начале XVIII века (рис. 1.1); Колонный зал дома Союзов (бывший дом Благородных собраний) - один из лучших концертных залов в России по акустике, построенный в конце XVIII века по проекту архитектора М.Ф. Казакова; Центральный выставочный зал в Москве (бывший Манеж), построенный в 1817 году по проекту архитекторов А.А. Монферрана и А. А.- Бетанкура в честь победы России над Наполеоном.

В Колонном зале дома Союзов фермы пролетом 25 м - деревянные на лобовых врубках (рис.1.2,а), колонны - также деревянные, только облицованные мрамором. Деревянные фермы покрытия бывшего Московского манежа пролетом 45 м являются уникальными конструкциями даже для современного строительства (рис. 1.2,6). В г. Перми много зданий-памятников архитектуры, построенных в 1840 -1914 гг., в покрытиях и междуэтажных перекрытиях которых использованы деревянные фермы и балки. Это здание Камского речного пароходства (бывший дом предпринимателя Н.В. Мешкова - рис. 1.3); клуб УВД (бывший клуб Благородных собраний - рис. 1.4); Театр юного зрителя (бывший домашний театр известной меценатки Е.И. Любимовой - рис. 1.5); учебные корпуса Пермского техникума железнодорожного транспорта (бывшее здание управления Уральской железной дороги) и др.

В развитие деревянных конструкций большой вклад внесли русские ученые:

Иван Петрович Кулибин (1735-1818) - один из первых экспериментаторов, изготовил и испытал модель уникального деревянного моста пролетом 300 м через р. Неву;

Дмитрий Иванович Журавский (1821-1891) - разработал первые нормы расчета деревянных конструкций, вывел формулу для определения касательных напряжений, создал теорию расчета мостовых ферм (фермы Гау - Журавского);

Владимир Григорьевич Шухов (1853-1939) - создал ряд легких деревянных пространственных сводчатых покрытий.

В теорию и практику применения деревянных конструкций свой вклад внесли также российские ученые: В.З. Власов и др. (тонкостенные оболочки); А.Р. Ржаницын и др. (составные стержни на податливых связях); СИ. Песельник (кружально-сетчатые своды); В.Ф. Иванов и др. (нагельные и гвоздевые соединения).

В 1929 году были утверждены первые Нормы и ТУ на проектирование деревянных конструкций. В 30 - 40-х годах XX века в строительстве широко применялись дощато-гвоздевые конструкции в виде двутавровых балок и рам (первые павильоны на Выставке достижений народного хозяйства в г. Москве); брусчатые составные балки на пластинчатых нагелях, разработанные инженером B.C. Деревягиным, а также - дощатые и брусчатые треугольные и сегментные дощато-гвоздевые фермы.

Использование древесины в строительстве сыграло огромную роль в годы Великой Отечественной войны 1941 - 1945 гг. и в послевоенный период восстановления народного хозяйства. В те годы в г, Перми и области были построены и до настоящего времени успешно эксплуатируются множество зданий с применением деревянных конструкций. Это производственные корпуса: механический цех в ООО «Орглит», сборочный цех велосипедов в АО «Велта»; общественные здания: зрительные залы Дворца культуры им. Пушкина, Дворца культуры Профсоюзов и другие здания. Однако применение сырых низкосортных лесоматериалов во многих случаях приводило к загниванию древесины и сокращению сроков эксплуатации конструкций, что негативно отразилось на отношении строителей к этому материалу.

1.2. Деревянные конструкции в современном строительстве

В связи с принятым Правительством страны в 1954 году курсом на преимущественное развитие промышленности сборного железобетона и широкое применение в строительстве сборных железобетонных конструкций с середины 50-х годов XX века было ослаблено внимание к конструкциям из других материалов. Применение стальных строительных конструкций строго регламентировалось специальными правилами. Использование лесоматериалов в строительстве резко сократилось (рис. 1.6). В середине 70-х годов XX века под влиянием объективных факторов (увеличение объемов рассредоточенного сельского строительства, развитие малоэтажного домостроения, возрастание числа объектов с химически агрессивной средой по отношению к железобетону и стали) применение деревянных конструкций (ДК) в строительстве расширилось, чаще стали применяться клееные деревянные конструкции (КДК).

Первые здания из КДК были построены в стране в начале 50-х годов XX века. Работы в этой области велись под руководством А. Б. Губенко и Г. Г. Карлсена. Однако из-за отсутствия качественных водостойких клеев, несовершенства технологии изготовления и по другим причинам, КДК не получили широкого распространения. В настоящее время накоплен большой опыт проектирования, производства, монтажа и эксплуатации КДК. Научные исследования, а также разработка нормативных документов, рабочих чертежей конструкций и проектов здании с применением КДК осуществляются во многих институтах н вузах: ЦНИИСК им. Кучеренко, ЦНИИЭП-сельстрой, ЦНИИМОД, ЦНИИЭП им. Мезенцева, ОАО Талургия", МГСУ (МИСИ), СПбГАСУ (ЛИСИ), ПГТУ и др.

Вместе с тем, по оценкам специалистов, на несущие и ограждающие деревянные конструкции приходится менее 10% лесоматериалов, используемых в строительстве, а около 50% древесины расходуется при производстве строительно-монтажных работ (одноразовая опалубка, леса, подмости), то есть не всегда рационально (рис.1.7). В 70 - 80-х годах XX века в России действовало более 20 деревообрабатывающих  комбинатов, на которых было организовано производство КДК (в гг. Архангельске, Волоколамске, Вологде, Вельске и др.). Выпуск КДК составлял 60...70 тыс. м 3/год (рис. 1.8). В Пермской области производство КДК было налажено в городах Березники, Соликамск, Кунгур, Добрянка, Чайковский.

Основная номенклатура несущих конструкций была следующей:

- стрельчатые и А-образные арки пролетом 45 м (проект УралВНИИГ);

- металлодеревянные арки (марки АМД, серия 1.860-6, вып. 1);

- металлодеревянные фермы (марки МДФ, серия 1.863-2, вып.1, 2);

- стрельчатые арки пролетом 12, 18,24 м (марки ДСА, серия 1.863-3, вып. 1);

- гнутоклееные рамы (марки ДГР, серия 1.822-1, вып. 2,3);

- сегментные металлодеревянные фермы (серия 1.263-1, вып. 1, 2)

- клееные деревянные балки (серии 1.462-2,1.463-2,1.463-6,1.262-1).

Структура использования деревянных конструкций по видам строительства показана на рис. 1.9. КДК применяются в каркасах и покрытиях: промышленных и складских зданий пролетами до 45 м; сельских производственных зданий пролетами до 24 м; спортивных и выставочных залах пролетами до 60 м. В 1980 г. в Архангельске по проекту ЦНИИЭП им. Мезенцева построено крупнейшее здание в России из клееных деревянных арок - Дворец спорта (рис. 1.10). На калийных комбинатах Пермской области смонтировано более 30 складов минеральных удобрений из клееных деревянных арок пролетом 45 м (рис. 1.11, 1.12). В экспериментальном порядке в сельском строительстве применяются: клеефанерные конструкции: балки, рамы (ведущий институт ЮЖГИПРОНИсельстрой); дощатые деревянные фермы на металлических зубчатых пластинах типа "Gang Nail" ("Гэнг-Нейл"); армированные клееные деревянные конструкции (Владимирский гос. ун-т., ЦНИИСК, ЦНИИпромзданий, Иркутский институт, и др.).