Карлсен Г.Г. - Индустриальные деревянные конструкции. Примеры проектирования

ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

ПРИМЕРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Под редакцией заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук проф. Г. Г. КАРЛСЕНА

В книге изложены примеры проектирования и расчета индустриальных деревянных конструкций для покрытий. Приведены решения панельных и балочных конструкций, простейших комбинированных систем, арочных и рамных конструкций, деревянных и металлодеревянных ферм, кружально-сетчатых сводов и купольного покрытия.

Конструкции ориентированы на заводское изготовление. Большое внимание уделено клееным конструкциям. Изложению примеров предпосланы три главы, в которых рассмотрены области и формы эффективного применения деревянных конструкций в современном строительстве, требования к производству высококачественных, долговечных - и экономичных деревянных конструкций и особенности компоновки элементов клееных конструкций Книга допущена Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для строительных вузов и факультетов; она рассчитана также на широкий круг инженеров-проектировщиков, научных работников, строителей и технологов деревообрабатывающей и строительной индустрии.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие содержит примеры проектирования индустриальных деревянных конструкций для покрытий различного назначения, относящихся к области оптимального использования конструкционной древесины:

утепленные клеефанерные панели для бесчердачных покрытий (пример 1);

балки клеефанерной конструкции (пример 2);

простейшие комбинированные системы (пример 3);

арки и рамы (примеры 4, 5, 6 и 7);

фермы (примеры 8, 9, 10 и 11);

кружально-сетчатые своды (пример 12) и купольные покрытия (пример 13).

Переход на новую, заводскую, технологию изготовления деревянных конструкций существенно сказывается на их компоновке, методах конструирования и расчета элементов деревянных конструкций и их соединений. Поэтому в пособии большое внимание уделено проектированию и расчету клееных, при необходимости безметальных, балочных, арочных и сводчатых деревянных конструкций заводского изготовления. Книга должна служить пособием для студентов строительных вузов и факультетов, а также для инженеров-проектировщиков, строителей и технологов. Примерам проектирования индустриальных деревянных конструкций предпосланы общие положения, в которых освещаются:

основные области и формы эффективного применения деревянных конструкций (глава I);

производственное обеспечение высокого качества, требуемой долговечности и экономической эффективности индустриальных деревянных конструкций (глава II);

особенности конструирования и соединения элементов клееных деревянных конструкций (глава III).

Содержание пособия построено на теоретических основах, изложенных в учебнике коллектива авторов под редакцией проф. Г. Г. Карлсена «Деревянные конструкции», издание 3-е, 1961. В приложении к книге приведены вспомогательные таблицы и перечень рекомендуемых литературных источников. Работа авторского коллектива распределилась следующим образом: главы I, II, III, примеры 1 и 3 написаны д-ром техн. наук проф. Г. Г. Карлсеном; примеры 6 и 13 — д-ром техн. наук проф. М. Е. Каганом; примеры 4, 7, 8, 9, 10, 11 и введение к примеру 8—11 канд. техн. наук доц. Г, В. Свенцицким;-пример 12—канд. техн. на- ук доц. Б. А. Освенским; примеры 2 и 5 — канд. техн. наук доц. Ю. В. Слицкоуховым.

Материалы по изготовлению и расчету соединений на клеестальных шайбах с примером составлены канд. техн. наук доц. В. Н. Силиным. В разработке примеров 6 и 13 участвовали инженеры Л. К. Ермоленко и М. Б. Джуринский. Фотографии к рис. 15, а, б; 5.12 и 7.4 любезно предоставлены А. С. Поволоцким, А. С. Белозеровой и С. Е. Штейнбергом. Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Огромные масштабы капитального строительства требуют быстрого развития и технического совершенствования строительной индустрии и промышленности строительных материалов, максимального сокращения сроков, снижения стоимости и улучшения качества строительства путем его последовательной индустриализации, быстрейшего завершения перехода на возведение полносборных зданий и сооружений по типовым проектам из крупноразмерных конструкций и элементов промышленного производства. Эти требования Программы КПСС успешно претворяются в жизнь при строительстве жилых и промышленных зданий, возводимых из сборного железобетона. Однако в производстве строительных конструкций из дерева индустриальные способы изготовления с применением комплексной, механизации не получили еще у нас должного развития. Неудовлетворительно используются в строительстве высокие конструкционные качества и малый объемный вес древесины, недостаточно внимания уделяется разработке типовых проектов несущих и ограждающих индустриальных деревянных конструкций и, главное, отсутствует соответствующая производственная база для индустриального их изготовления..

Потребность нашего народного хозяйства в экономичных, легких конструкциях из дерева велика. Для обширных районов СССР древесина является местным, наиболее доступным строительным  материалом, причем в таких районах, как Сибирь, Дальний Восток и др., объем заготовки древесины далеко не достигает естественного прироста ее; запасы только перестойной древесины на корню измеряются десятками миллиардов кубических метров. Использование деревянных конструкций для рассредоточенного малоэтажного строительства в сельских местностях, а также для сборных инвентарных зданий, производственных и складских зданий, особенно в области химического производства и т. п., может обеспечить значительную экономию металла и цемента по сравнению с железобетонными конструкциями при одновременном повышении эксплуатационного качества сооружений.

Вес деревянных конструкций примерно в пять раз меньше веса железобетонных; это позволяет значительно уменьшить транспортные расходы на перевозку конструкций и использовать облегченное крановое оборудование при монтаже, что особенно важно для строительства в удаленных, мало освоенных районах. Долговечность деревянных конструкций в современных условиях можно обеспечивать соответствующими конструктивными мерами и стерилизующей сушкой лесоматериалов для закрытых сооружений, а также пропиткой антисептиками древесины для открытых сооружений, не защищенных от атмосферных осадков. Применение в деревянных конструкциях элементов крупного цельного или монолитно склеенного сечения значительно уменьшает возгораемость древесины.

Различают два основных вида деревянных конструкций: клееные, собираемые из элементов, склеенных из досок или из досок и фанеры, и неклееные, собираемые из деревянных элементов цельного сечения, в основном брусчатых. Основные положительные свойства клееных конструкций: индустриальность изготовления с широким использованием комплексной механизации и поточности производства, возможность изготовления балочных и арочных конструкций крупных сечений для перекрытия значительных пролетов с использованием маломерного и разносортного пиломатериала.

Клееные конструкции в ряде случаев могут проектироваться без применения металла или с весьма ограниченным использованием его в виде мелких деталей для соединений, которые можно достаточно просто защитить от коррозии. Безметальные конструкции имеют особенно большое значение для зданий с химически агрессивной средой. В зарубежных странах, и в частности в США, производство строительных клееных деревянных конструкций продолжает развиваться, поскольку в ряде случаев такие конструкции оказываются более экономичными, чем металлические и железобетонные.

Даже страны, не имеющие своей лесной сырьевой базы, используют импортную древесину для изготовления широкого ассортимента деревянных конструкций (Англия, Бельгия, Франция и др.). Обязательным условием для организации производства клееных деревянных конструкций следует считать наличие на деревообрабатывающем заводе сушилок, клеевой лаборатории, отапливаемых цехов, оснащенных специальным оборудованием, и цеха защитных покрытий (антисептирования, окраски и пр.). Такое производство должно обслуживаться квалифицированным техническим персоналом, обеспечивающим нормальный технологический процесс и тщательный контроль качества склейки древесины.

У нас имеются необходимые предпосылки для организации заводского изготовления клееных деревянных конструкций: химическая промышленность производит требуемые синтетические клеи, разработаны прогрессивные методы и режимы склейки древесины и отверждения клеевого шва, выявлены оптимальные режимы сушки пиломатериалов и т. д. Однако предпосылки эти реализованы лишь частично. Производственная база для изготовления клееных деревянных конструкций в ближайшие годы еще не сможет удовлетворить всей потребности строительства в клееных конструкциях. Поэтому при проектировании клееных деревянных конструкций следует учитывать конкретные возможности и условия заводского изготовления их для того или иного строительства.

Расширение заводского производства клееных конструкций и их применения в строительстве не исключает использования современных индустриальных конструкций из неклееной древесины, которые обычно проще в изготовлении и не дороже клееных. Выбор типа конструкции требует технико-экономического обоснования для каждого конкретного случая. Варианты сопоставляются с учетом условий эксплуатации и производственных возможностей изготовления конструкций.

Глава I

ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

§ 1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

Оценивая возможности и ожидаемую эффективность дальнейшего развития деревянных конструкций и использования в строительстве древесины — древнейшего из конструкционных материалов, необходимо учитывать, что речь идет не о возрождении «традиционного», «избяного» строительства. Перед нами поставлена задача определить главные направления дальнейшего прогрессивного развития индустриальных деревянных конструкций, выявить области и формы эффективного их применения. Индустриальные деревянные конструкции должны в полной мере удовлетворять современным требованиям надежности и долговечности в эксплуатации, а также требованиям комплексной механизации и экономичности в поточном производстве.

В отличие от железобетонных конструкций деревянные конструкции находят наиболее эффективное применение в легких покрытиях и в тех сооружениях, где с наибольшей полнотой используются малый объемный вес древесины при относительно высоких прочностных и упругих характеристиках работы ее вдоль волокон и малые коэффициенты теплопроводности поперек волокон. Эти физико-механические показатели определяются природной своеобразно рассредоточенной трубчато-волокнистой структурой древесины (рис. 1), малым удельным весом и высокой прочностью древесинного вещества. Прочность древесинного вещества (вдоль волокна) почти не уступает прочности стали, а удельный вес его (1,5) в пять раз меньше.

В настоящее время, в условиях широкого развития строительства предприятий химической промышленности и складов минеральных удобрений, особое значение приобретает также высокая химическая стойкость безметальных сухих клееных деревянных конструкций.

С другой стороны, в производственных зданиях с влажным режимом эксплуатации, в сырых подземных частях сооружений и т. п. значительно увеличивается объемный вес древесины, снижаются ее прочностные и упругие характеристики. Кроме того, в условиях переменного увлажнения древесина подвергается биологической агрессии; в сосредоточенном многоэтажном строительстве применение деревянных конструкций, как правило, недопустимо в связи с опасностью распространения пожара вследствие горючести древесины. Эти основные природные недостатки древесины существенно ограничивают области эффективного применения деревянных конструкций в строительстве. Лишь за последние годы заметно расширились возможности устранения этих недостатков путем рационального использования деревянных конструкций в сочетании с железобетонными, а также с биостойкими и несгораемыми конструкционными, теплоизоляционными и кровельными материалами.