Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

Кафедра «Промышленное и гражданское строительство»

В.Н. СТУКАЧ

КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

Курс лекций

Ижевск

Издательство ИжГТУ имени М.Т. Калашникова

2015

Рассмотрено и одобрено на заседании совета инженерно-строительного факультета (протокол № 1-15 от 13.02.2015г.)

Стукач В.Н.

Конструкции из дерева и пластмасс: курс лекций.

Изложены краткие сведения необходимые для проектирования и расчета деревянных конструкций. Приводятся данные физико-механическим и эксплуатационным свойствам древесины, материалов на основе древесины и пластмасс. Представлено краткое изложение методов расчета элементов деревянных конструкций. Описаны конструктивные особенности типов конструкций из древесины и защиты их от возгорания и биологического поражения.

Курс лекций предназначен для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению «Строительство» 08.03.01, профиль «Промышленное и гражданское строительство» и «Экспертиза и управление недвижимостью».

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

	Введение……………………………………………….5
Глава 1	Констукционные свойства древесины и пластмасс, применяемых в строительстве………………………..19
1.1.	Древесина как конструкционный строительный материал……………………………………………….19
1.1.1.	Основные лесные породы…………………………….19
1.1.2.	Достоинства и недостатки древесины как строительного материала………………………………19
1.1.3.	Строение и физико-механические свойства древесины……................................................................20
1.1.4.	Влияние различных факторов на механические свойства древесины……………………………………22
1.1.5.	Сортамент материалов…………………………………25
1.2.	Механические испытания древесины…………………27
1.2.1.	Испарение и работа древесины на растяжение………27
1.2.2.	Испытание и работа древесины на сжатие и сдвиг…28
1.2.3.	Работа и испытание древесины на изгиб…………….29
1.3.	Композиционные древесные материалы…………….30
1.4.	Пластмассы, применяемые в строительстве…………33
1.4.1.	Общие сведения о пластмассах………………………33
1.4.2.	Основные свойства пластмасс……………………….34
1.4.3.	Конструкционные пластмассы……………………….35
1.4.4.	Тепло- и звукоизоляционные материалы……………36
1.4.5.	Гидроизоляционные и воздухонепроницаемые пленки и ткани…………………………………………37
Глава 2	Расчет элементов деревянных конструкций…………38
2.1.	Основы расчета конструкций по предельным состояниям…………………………………………….38
2.2.	Нормативные и расчетные сопротивления………….42
2.3.	Расчет центрально-растянутых элементов…………..43
2.4.	Расчет центрально-сжатых элементов………………43
2.5.	Расчет изгибаемых элементов при плоском изгибе…………………………………………………..46
2.6.	Расчет элементов при косом изгибе…………………49
2.7.	Расчет сжато-изгибаемых элементов………………..50
2.8.	Расчет растянуто-изгибаемых элементов……………53
Глава 3	Соединения элементов конструкций из дерева и пластмасс………………………………………………55
3.1.	Основные виды соединений и требования, предъявляемые к соединениям………………………55
3.2.	Соединения на врубках……………………………….59
3.3.	Нагельные соединения…………………………………61
3.3.1.	Общие сведения……………………………………….61
3.3.2.	Работа и расчет соединений на цилиндрических нагелях…………………………………………………62
3.3.3.	Особенности работы гвоздевых соединений…………66
3.3.4.	Соединения на пластинчатых нагелях………………67
3.4.	Соединения на гвоздях и шурупах, работающих на выдерживание, и соединения на растянутых связях…………………………………………………..69
3.5.	Клеевые соединения……………………………………71
3.6.	Соединения на металлических зубчатых пластинках……………………………………………..74
3.7.	Соединения пластмасс…………………………………75
Глава 4	Деревянные ограждающие конструкции в покрытиях зданий…………………………………………………..77
4.1.	Общие сведения………………………………………77
4.2.	Настилы и обрешетки…………………………………81
4.3.	Прогоны…………………………………………………86
4.4.	Плиты покрытия………………………………………..89
Глава 5	Деревянные балки……………………………………..94
5.1.	Общие сведения………………………………………..94
5.2.	Составные балки на пластинчатых нагелях (балки В.С. Деревягина)………………………………………95
5.3.	Клеедощатые балки……………………………………98
5.4.	Клеедощатые армированные балки………………….103
5.5.	Клеефанерные балки с плоской стенкой…………….106
5.6.	Клеефанерные балки с волнистой стенкой………….109
Глава 6	Распорные деревянные конструкции…………………111
6.1.	Клеедощатые арки…………………………………….111
6.2.	Деревянные рамы……………………………………..119
Глава 7	Плоскостные сквозные конструкции…………………126
7.1.	Основные схемы и особенности работы плоскостных сквозных конструкций…………………………………126
7.2.	Сегментные фермы…………………………………….130
7.3.	Треугольные фермы……………………………………133
Глава 8	Обеспечение пространственной жесткости и устойчивости зданий…………………………………..136
Глава 9	Защита деревянных конструкций……………………141
9.1.	Защита древесины от гниения…………………………141
9.2.	Защита древесины от возгорания…………………….143
	Приложения ……………………………………………146
	Список литературы……………………………………149

Введение

Древесина-уникальный современный строительный материал, который является легким, экологически чистым, постоянно возобновляемым в природе, имеет хорошие теплоизоляционные и акустические свойства.

В то же время древесина является одним из древнейших строительных материалов, который использовался для изготовления различных строительных конструкций и сооружений.

К одним из самых древних сохранившихся деревянных сооружений относится японский храм Хорю-дзи, построенный в 907 году с пятиярусной пагодой высотой 32 метра (рис.1).

Рис.1.Храм Хорю-дзи (Япония)

На рис.2 представлена церковь Ставкирка в Боргунне (Норвегия), построенная во второй половине двенадцатого века.

Рис.2.Церковь Ставкирка в Бургунне (Норвегия)

Одним из замечательных памятников деревянного зодчества России является великолепный ансамбль в Кижах на Онежском озере (Республика Карелия) с 22-главым Преображенским храмом высотой 35 метров, построенным в 1714 г (рис.3).

Рис.3. Преображенский храм, Республика Карелия, Кижи

В список объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО внесена уникальная деревянная церковь Святого Юра (рис.4),построенная в шестнадцатом веке

В г. Дрогобыч (Украина).

Рис.4.Храм Святого Юра (Западная Украина)

К историческим деревянным зданиям в России относятся: колонный зал Дома союзов в Москве (бывший Дом Благородного собрания) (рис.5), построенный в восемнадцатом веке с деревянными колоннами и фермами с пролетом 25 метров.

Рис.5.Колонный зал дома союзов

Московский манеж (рис.6), построенный в 1817 году с уникальными для того времени перекрытиями в виде стропильных ферм из лиственницы пролетом 45 метров.

.

Рис.6. Московский манеж

На рис.7 изображена мельница, построенная в начале двадцатого века, в Удмуртии (заповедник Лудорвай).

Рис.7.Мельница в заповеднике Лудорвай

Вместе с тем древесина является современным перспективным материалом. Современные технологии деревянных конструкций и новые материалы на основе древесины дали возможность вывести строительство сооружений из дерева на новый уровень. Приведем лишь несколько примеров уникальных сооружений, построеннных в этом столетии.

На центральной площади испанского города Севилья возведено самое большое в мире сооружение из дерева - здание Metropol Parasol (Метрополь Парасоль) (рис.8,9),которое ввиду его особой формы называют "Грибы Севильи". Сооружение состоит из шести огромных зонтов, соединяемых специальной деревянной конструкцией. Размеры объекта 150 на 70 метров, высота около 26 метров.

Рис.8.Общий вид здания Метрополь Парасоль

Рис.9.Фрагмент здания Метрополь Парасоль в Севильи (Испания)

Одним из выдающихся примеров современного городского строительства является офисное зданиеитконцерна "Tamedia" в г. Цюрих (Швейцария) (рис.10),где все несущие конструкции выполнены из дерева.

Рис.10.Здание концерна Tamedia

На рис.11 и 12 представлен один из лучших в мире по акустике концертный зал (дом музыки Яна Сибелиуса) в г. Лахти (Финляндия), построенный в 2000 г. из клееного ЛВЛ-бруса.

Рис.11.Дом музыки имени Яна Сибелиуса в г. Лахти (Финляндия)

Рис.12.Внутренний вид концертного зала (дома музыки) Яна Сибенлиуса

В настоящее время деревянные конструкции широко используются при строительстве спортивных сооружений. На рис.13представлен крытый зимний каток Richmond Oval в г. Ванкувер (Канада),построенный для проведения соревнований по конькобежному спорту на Зимних Олимпийских играх 2010 г. Площадь здания 33750 кв.м. Вместимость 7600 зрителей.

Рис.13.Зимний каток в г.Ванкувер (Канада)Япония) в г.Одате (Япония)

Спортивный комплекс г.Одате (Япония)-один из самых больших спортивных сооружений в мире. Это здание знаменито еще и благодаря своему уникальному ребристому куполу из полупрозрачного стекловолокна, которое поддерживается мощными перекрещивающимися фермами из кипариса (рис.14).

Рис.14.Спортивный комплекс в г.Одате (Япония)

Дворец водных видов спорта в Казани (рис.15) построен к проведению Всемирной Универсиады 2013г.Размеры Дворца: длина 187 м, ширина 84 м, максимальная высота 28 м. В качестве несущих элементов используются 3-х шарнирные деревоклееные арки.

Рис.15.Дворец водных видов спорта в г. Казань

Деревянные конструкции начали использовать при строительстве многоэтажных зданий. На рис.16. представлено первое в мире деревянное многоэтажное здание, смонтированное из многослойных клееных панелей в Лондоне, жилой дом "Мюррей Гроу".

Рис.16.Многоэтажный жилой дом в Лондоне

Пластмассы используются в строительстве в легких ограждающих конструкциях, в светопрозрачных покрытиях. Эффективно использование пластмасс в зданиях и сооружениях химической промышленности, а также при строительстве пневматических (рис.17), тентовых, оболочечных сооружений.

Рис.17.Воздухоопорное пневматическое сооружение

Курс лекций подготовлен в соответствии с программой учебного курса "Конструкции из дерева и пластмасс" кафедры "Промышленное и гражданское строительство" ИжГТУ имени М.Т. Калашникова для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению "Строительство" 08.03.01, профиль «Промышленное и гражданское строительство» и «Экспертиза и управление недвижимостью».