Деревянные конструкции в строительстве.

Без рубрики

    Долговечность деревянных конструкций зависит от надежности проектирования, учета внешних
воздействий и правильной защиты от них, постоянного наблюдения и периодичности механических ис-
пытаний в процессе изготовления и эксплуатации.
Испытания проводят на специальном оборудовании по методикам, близким к реальным усло-
виям эксплуатации деревянных конструкций. Литературы по данному вопросу практически нет, по-
этому авторами предпринята попытка обобщения и систематизации испытаний цельных деревян-
ных, составных и клееных несущих конструкций балочного и распорного типа. Учебное пособие
построено по принципу лабораторного практикума. Для каждой изученной конструкции вначале
выполняется расчет, затем проводятся испытания при разных сочетаниях нагрузок и полученные
экспериментальные результаты сравниваются с теоретическими. Такой подход позволит практиче-
ски познакомиться с основными видами деревянных конструкций, понять принципы их работы,
изучить методики расчета и испытаний.

1 ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ В ПРОМЫШЛЕННОМ
И ГРАЖДАНСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Наша страна располагает огромными лесными ресурсами, значительная часть которых использует-
ся в строительстве. Растут масштабы производства строительных конструкций и элементов из дерева,
расширяется сфера их применения. В настоящее время создана отечественная индустрия «древострое-
ния». Из древесины изготовляют разнообразные клееные деревянные конструкции, жилые дома, мо-
бильные (инвентарные) здания, паркетные доски и щитовой паркет, столярные изделия и погонажные
детали, встроенную мебель, древесно-стружечные, древесноволокнистые, цементно-стружечные и гип-
состружечные плиты, гипсокартонные листы, арболит и другую продукцию.
В последнее десятилетие значительно увеличивается выпуск деревянных домов заводского изго-
товления с новыми архитектурно-планировочными и конструктивными решениями и мобильных (ин-
вентарных) зданий. Для более широкого использования деревянных конструкций и элементов намечено
внедрение прогрессивных экономичных технологических линий и оборудования для производства де-
ревянных панельных домов, деревянных клееных конструкций, цементно-стружечных плит и конструк-
ций с их применением, древесно-стружечных и древесноволокнистых плит, автоматизированных ком-
плексов по выпуску гипсокартонных листов, щитовой опалубки для монолитного домостроения. Широ-
кие перспективы применения деревянных конструкций и изделий открываются в связи с созданием эф-
фективных синтетических клеев, способов обработки древесины по влаго-, био- и огнезащите.
Одним из эффективных направлений в индустриализации строительства является применение дере-
вянных клееных конструкций, позволяющих существенно увеличить долговечность сооружений (осо-
бенно эксплуатируемых в агрессивных средах), сократить массу зданий и обеспечить большую эконо-
мию металла. Производство таких конструкций в нашей стране значительно возрастает.
В настоящее время разработана широкая номенклатура клееных конструкций. В их числе: арочные
большепролетные (до 45 м) конструкции, гнутоклееные рамы (рис. 1.1), балки и стрельчатые арки про-
летом до 24 м, трехшарнирные арки пролетом до 18 м (рис. 1.2), панели стен и плиты покрытий проле-
тами 3 и 6 м и др. Создан обширный набор различных конструктивных элементов из дерева, предназна-
ченных для сооружения жилых, общественных и промышленных объектов [1]. Эти конструкции и эле-
менты эффективны при строительстве зданий химической промышленности, производственных и вспо-
могательных сельскохозяйственных зданий, спортивных и зрелищных сооружений, крытых рынков,
пролетных строений автодорожных мостов и других объектов [2]. В ряде случаев такие конструкции не уступают по
долговечности железобетонным, кирпичным и металлическим.
Эффективная конструкция покрытия: деревянные двутавровые балки с фанерной стенкой, которые,
взаимно перекрещиваясь, образуют части-секции сетчатого свода. По краям секций расположены рас-
пределительные балки. Металл здесь используют лишь для устройства затяжки, которая воспринимает
распор, создаваемый сводом. Эта конструкция – наглядный пример использования так называемой «со-
ставной» древесины вместо «целой» – бревен, брусьев. Сетчатый свод (одна секция) при собственной
массе вместе с кровлей 1,7 т при расходе древесины 0,05 м 3 в расчете на 1 м 2 покрытия – способен пере-
крыть пролет в 12 м.

Отечественными специалистами разработано здание комплектной поставки из клееных деревянных
конструкций для холодного склада хранения сена, грубых кормов, сельхозтехники. Каркас здания со-
стоит из железобетонных колонн, на которые установлены треугольные металлодеревянные фермы. По
фермам с шагом 1,5 м установлены клееные деревянные прогоны, к которым крепятся кровля и стены
из асбестоцементных волнистых листов унифицированного профиля.
Создана конструкция складского помещения с высотой до верха конька 13,2 м и пролетом 18 м. Ос-
новной несущий элемент каркаса – арка (ее шаг 4,5 м) состоит из двух клееных деревянных прямолиней-
ных элементов. На отметке 1,8 м арки опираются на сборные железобетонные фундаменты. Две полуарки
в зоне конькового узла связаны металлической затяжной, к которой крепится монорельс. К рельсу подве-
шивается грейферный кран. Кровля здания – асбестоцементные листы унифицированного профиля. Их
укладывают по деревянным прогонам, применяя шаг в 1,5 м.
Проект теплицы площадью 1 га из клееных деревянных конструкций пролетом 9 м обеспечивает по
сравнению с теплицами, имеющими каркас из металла, экономический эффект в 30 млн. р. и снижение
расхода металла 52 т в расчете на 1 га теплиц [3].
Важное место в решении проблемы обеспечения населения страны благоустроенным жильем отво-
дится малоэтажному деревянному домостроению. На ряде предприятий отрасли производятся комплек-
ты деталей для зданий со стенами из местных строительных материалов. Из них можно монтировать
панельные, брусчатые, каркасные, щитовые и арболитовые дома.
Разнообразна номенклатура малоэтажных жилых домов для поселкового строительства. В их числе
одноэтажный одноквартирный трехкомнатный дом деревянно-панельной конструкции для районов с рас-
четной температурой наружного воздуха до –40 °С. Конструктивно здание состоит из вертикальных не-
сущих панелей стен и располагаемых по ним с шагом 1,2 м ферм перекрытий. Такое перекрытие позволя-
ет варьировать планировку квартиры. Общая площадь такого дома около 63,5 м 2 , жилая – почти 39 м 2 .
Конструктивное разнообразие домов такого типа в сочетании с полным инженерным обеспечением созда-
ет высокий уровень комфорта [3].
Для первопроходцев, осваивающих отдаленные районы, разработан жилой дом полной заводской
готовности из двух деревянных объемных блоков (контейнеров) для районов с расчетной температурой
наружного воздуха до –50 °С. Габарит блока – 6×3×2,8 м, общая площадь дома – 27,67 м 2 , жилая – 15,84
м 2 . Особенность конструкций – многократная оборачиваемость блоков. Удачно сочетаются деревянные
и металлические элементы каркасов стен и панелей перекрытия, образующие жесткую систему, надеж-
ную при транспортировке и монтаже. Здесь использованы современные плитные материалы и утепли-
тели. Блоки поставляются на стройплощадку с доборными элементами крыльца, быстро и удобно мон-
тируются.
В настоящее время разработаны эффективные конструкции стеновых панелей с использованием ас-
бестоцементных листов, цементно-стружечных плит, водостойкой фанеры и др. Эти технические реше-
ния позволяют довести расход древесины в заготовках до 0,3 м 3 на 1 м 2 приведенной площади.
Технологический процесс изготовления элементов и изделий для строительства таких домов осу-
ществляется на полуавтоматических линиях по раскрою пиломатериалов, склеиванию их по длине и се-
чению, изготовлению комбинированных балок и деревянных ферм с использованием металлических
зубчатых пластин; производству заготовок и сборке панелей на конвейерных линиях с автоматическим
креплением обшивок гвоздями и скобами, заполнением панелей заливочными пенопластами, заводской
отделкой панелей атмосферостойкими окрасочными составами, упаковкой элементов домов и их ком-
плектацией.
В ЦНИИЭП им. Б.С. Мезенцева разработан оригинальный проект здания культурно-спортивного
комплекса, которое быстро и легко сооружается, относительно дешево и обладает высокими эксплуата-
ционными качествами. Для несущего каркаса применили «клюшки» – деревянные гнутоклееные полу-
рамы пролетом 18 м и шагом 3 м. Это резко сокращает сроки и трудоемкость строительства. В основу
объемно-планировочного решения здания положено 2-этажное строение, в котором запроектировано
два спортивных зала: основной – универсального назначения размером 30×18 м и малый – 9×12 м.
В техническую документацию культурно-спортивного комплекса заложены простые конструктив-
ные решения, доступные материалы и изделия. Так, наружные стены можно возводить из кирпича, ар-
болитовых блоков, других местных материалов на столбчатых или ленточных монолитных фундамен-
тах. Кровля состоит из асбестоцементных волнистых листов. Инженерное обеспечение предусмотрено в
двух вариантах – централизованное и автономное. Архитектурного разнообразия таких комплексов
можно достичь, введя в качестве конструктивных элементов клееные балки, металлодеревянные фермы
и др. [1].
Применение деревянных большепролетных конструкций – перспективное направление для произ-
водственного, гражданского и сельского строительства (рис. 1.1, 1.2) потому, что объекты из них можно
строить быстро и со значительно меньшими затратами.
Экономичных конструкций с использованием дерева немало (рис. 1.3). К сожалению, масштабы
внедрения их явно недостаточны [4].
Магистральным направлением роста эффективности деревянных конструкций и изделий являются
технологическая специализация производства, бережное и экономичное использование лесоматериалов.
Необходимо шире использовать комбинированные балки взамен пиломатериалов крупных сечений, де-
ревянные фермы с металлическими зубчатыми пластинами, унифицированные профили деревянных
конструкций.
Цементно-стружечные плиты станут основой создания облегченных, долговечных ограждающих
конструкций полной заводской готовности для полносборных зданий.
На сегодня сфера их применения обширна: в стеновых панелях, цокольных и чердачных плитах, пе-
рекрытиях, в элементах подвесных потолков, вентиляционных коробах, сантехкабинах, при устройстве
полов, а также в качестве подоконных досок, обшивок, облицовочных деталей и других изделий. Сырь-
ем для производства этого материала служат тонкомерная древесина хвойных пород 1–3 сорта, цемент
М 500 и недефицитные химические добавки. Создан базовый комплект отечественного оборудования
для производства ЦСП, используя который можно выпускать за год 25 тыс. м 3 плит. Ведутся работы по
повышению экономичности этой продукции. В ее аспекте – вовлечение в производство в качестве сы-
рья низкосортного леса, отходов деревообработки и технологической щепы, разработка эффективных
методов отделки ЦСП лакокрасочными материалами и синтетическими пленками.
В нашей стране разработаны эффективные виды изделий из цементно-стружечных плит. В их числе
– каркасная перегородка, наружная стеновая панель. Такие перегородка и панели могут успешно ис-
пользоваться на объектах промышленного назначения. Соединительными средствами в перегородке
служат минеральный клей и самонарезающие винты, у панели – клей. Образуемые из ЦСП обшивка па-
нели и бруски ее каркаса предварительно окрашиваются водостойкими красками. Полость панели за-
полняют твердой минераловатной плитой [5].
Весьма эффективна конструкция жилого дома из двух блок-контейнеров системы «Пионер». Ос-
новной элемент системы – блок-контейнер – представляет собой каркас, обшитый цементно-
стружечными плитами. Из блок-контейнеров системы «Пионер» можно быстро собрать крупные жилые
поселки с административно-бытовыми комплексами. Бригада из 5 человек может смонтировать поселок
на 1 тыс. человек за год. Экономичные дома из цементно-стружечных плит выпускают на Бокинском
комбинате полносборного домостроения в Тамбовской обл. Здесь изготовляют комплекты добротных,
полностью отвечающих санитарным и медико-гигиеническим требованиям, изделий. Прочность плит
достаточно высока, и в то же время их можно пилить и сверлить. В качестве утеплителя между плитами
закладывают слой шлаковаты в полиэтиленовой оболочке. Жесткость конструкции обеспечивает дере-
вянный каркас. Дома – одноэтажные с мансардой и верандой, с центральным или автономным отопле-
нием. Весь процесс создания дома полностью механизирован и автоматизирован. Собирается дом из
крупных блоков на заранее подготовленном фундаменте. На это уходит 12 ч и трое суток – на отделоч-
ные работы.
В различных климатических зонах успешно зарекомендовал себя арболит. Заметно увеличивается
число предприятий, выпускающих строительную продукцию из арболита. На этих предприятиях при-
меняются отечественные технологии силового вибропроката и вибропрессования. Созданы возможно-
сти начать выпуск широкой номенклатуры арболитовых изделий и конструкций различной конфигура-
ции с более высокой заводской готовностью, в том числе крупноформатных стеновых панелей и плит
перекрытий комплектной поставки.
На заводе в подмосковном Домодедово при производстве арболита в качестве заполнителя успешно
используют щепу (можно и древесную кору). Смешивают цемент, дробленые древесные отходы и до-
бавки для образования пор. Такой арболит почти вдвое легче керамзитобетона. Он отличается низкой
теплопроводностью, легок, хорошо распиливается, соединяется скобами и гвоздями. Технология изго-
товления арболитовых стеновых блоков весьма проста. Снаружи блоки покрывают кремнийорганиче-
скими красками, изнутри оклеивают обоями [5].
Эффективна стеновая панель НТ 44.28.30-9 размером «на комнату» с окном, предназначенная для
строительства жилых сельских домов в обычных геологических условиях, с расчетной температурой
наружного воздуха –40 °С. Трудоемкость монтажа таких конструкций в 4 раза ниже по сравнению с
кирпичной кладкой, на 30 % меньше масса зданий.
Рост монолитного строительства повышает спрос на дерево для опалубок. И тут важно организо-
вать эффективную обработку древесного материала. Высокий экономический эффект, в частности,
сулит способ пропитки досок, используемых для опалубки при сооружении ленточных фундаментов,
предложенный специалистами Новосибирского инженерно-строительного университета им. В.В.
Куйбышева. Они рекомендуют вместо силиконовых, желатиновых и петролатумных составов приме-
нять серные ванны, используя для этого отходы производства. Технология пропитки несложна. Дре-
весина обрабатывается в ванной с расплавом (при 145 °С) за 1 ч. Древесина становится вдвое тяже-
лее, резко повышаются ее механическая прочность и влагостойкость, а сцепление с бетоном делается
минимальным. Вовлекаются при этом в производство и малопрочные лиственные породы дерева.
Пропитанные серой деревянные стойки и брусья надежно защищаются от влаги, плесени, жучков-
древоточцев [5].