43

Бобров В.В. Конспект лекций по курсу “Конструкции из дерева и пластмасс”

I. Древесина – как конструкционный материал

1.1. История развития и перспективы применения изделий из дерева и пластмасс

Дерево – один из наиболее распространенных конструкционных строительных материалов. Широкому применению древесины способствуют такие ее свойства как: сравнительно высокая прочность, небольшая плотность, высокие теплотехнические качества, простота заготовки и обработки. Применение дерева человеком началось еще во времена первобытного общества и развитие деревянных конструкций тесно связано с развитием производительных сил и орудий производства.

В каменном веке (свыше 10 тыс. лет до нашей эры) дерево использовалось для различных жилых построек, навесов, заборов, оград для скота и т.д. Несовершенство каменных орудий труда позволяло использовать дерево в основном в цельном (естественном виде). Наиболее распространенными элементами конструкций были вертикально поставленные бревна. Для опирания горизонтальных и наклонных балок использовалась естественная развилка дерева. Первые инженерные сооружения: бревна, переброшенные через ручьи и овраги.

В более позднее время (1-2 тыс. лет до нашей эры), с появлением железных орудий труда появилась возможность изготовления конструкций с устройством соединений с помощью врубок (вырубали топором, отсюда и название соединения).

В эпоху рабовладельческого строя появились орудия производства, позволяющие сверлить и выдалбливать отверстия, в которые вбивались нагели (штыри, гвозди, пластины). Появляется новый вид соединения деревянных элементов – нагельный. Этот вид соединений позволил значительно расширить конструктивные формы деревянных конструкций. Многие применяются до наших дней.

Пример: конструкция моста через р. Рейн, который был построен в I в. до н.э. войсками Цезаря; ≈ в этот же период был построен арочный деревянный мост через р. Дунай.

В период феодального строя дерево становится одним из основных строительных материалов. В России, стране богатой лесными материалами, применялись деревянные конструкции в основном в горизонтальном положении, в виде срубов (пример: крепостные стены высотой до 8,5м, башни высотой до 40м, сооружения башенного типа в виде шатровых храмов). К их числу относятся: Преображенская церковь в Кижах (1714г.), Успенская церковь в Кондопоге (1774г.). Они сохранились до наших дней.

В западных странах, менее богатых лесом, преобладали каркасные конструкции в виде фахверка с заполнением каменной кладкой.

В конце ХVII в. развивается механическая распиловка леса. Это послужило распространению брусчатых конструкций и широкому применению стержневых систем. В основном это были фермы на врубках. Очертание ферм, как правило, было треугольным. Примером такой конструкции является, построенное в 1817г. покрытие здания Московского манежа (центральный выставочный зал) с фермами пролетом 48м. Из дерева были построены очень высокие сооружения в Петербурге: башня Адмиралтейства высотой 72м и шпиль колокольни высотой 118м в Петропавловской крепости.

Большие заслуги в развитии теории расчета и в разработке конструкций из дерева принадлежат русским ученым: Д.И. Журавскому (определение усилий в элементах решетки ферм, изучение прочности древесины и т.д.), В.Г. Шухову (создание легких и экономичных конструкций в виде оболочек и сводов) и др.

В конце ХIХ в. и в начале ХХ в. появилось большое количество пиломатериалов. Это позволило широко использовать в деревянных конструкциях доски и брусья с соединениями на нагелях, гвоздях, шпонках и шайбах. Возникает производство клееной фанеры, но в качестве несущей она начала применяться гораздо позже, когда появились водостойкие клеи.

В настоящее время наиболее перспективными областями применения конструкций из древесины являются:

1) Несущие и ограждающие клеедощатые конструкции на предприятиях с химической и агрессивной средами (складские помещения, склады ядохимикатов, животноводческие помещения).

2) Сборное панельное домостроение.

3) В покрытиях над большепролетными сооружениями.

Производство пластических масс на основе синтетических смол началось в 1907г., когда по методу бельгийско-американского химика А. Бакеленда была использована феноло-формальдегидная смола (одно из фирменных названий – бакелит). Применение пластмасс для строительных целей началось лишь в 60-е годы прошлого столетия. Основное применение пластмассы получили при изготовлении трехслойных панелей (типа сэндвич) для стен и покрытий зданий. Довольно широко применяют пластмассы в строительстве светопрозрачных конструкций в виде куполов.

Также конструкции из пластмасс применяют в виде:

1) Пленочных и лакокрасочных материалов.

2) Пластмассы как связующее:

а) легкие и сверхлегкие тепло- и звукоизоляционные материалы;

б) клеевые композиции;

в) конструкционные материалы (стеклопластик);

г) тяжелые полимербетоны.

Применение конструкций из пластмасс ограничивается, главным образом, сравнительно высокой стоимостью полимерных материалов, а также – требованиями по пожарной безопасности зданий и сан-тех. нормами.

В настоящее время требованиям индустриальности изготовления деревянных конструкций более всего отвечают клееные деревянные конструкции, развитию которых способствовало создание массового производства синтетических клеев. Основным достоинством клееных деревянных конструкций является возможность, путем склеивания пиломатериалов по длине, а также – по высоте и ширине поперечного сечения, изготовления элементов конструкций с размерами поперечных сечений практически любых очертаний и размеров.

Из клееной древесины изготавливаются как конструкции массового изготовления для зданий пролетом от 12 до 45м, так и конструкции уникальных сооружений пролетами от 60 до 150м.

В последние десятилетия вновь стало широко использоваться дерево в строительстве жилых, общественных и промышленных зданий. Это обусловлено многими факторами. В основном, в наш век экологических катастроф и катаклизмов, людям хочется жить в экологически чистых домах. «Это теперь очень модно».