16

Лекция №1. ВВЕДЕНИЕ

1.1 Краткий исторический обзор, современное состояние и перспективы развития конструкций из дерева и пластмасс.

Дерево – древнейший конструкционный материал, применяемый человек со времён первобытно общинного строя. Так как, древесина обладает хороши­ми конструкционными качествами — значительной проч­ностью и упругостью при сравнительно небольшой массе.

С давних пор применялись в строительстве деревянные сооружения оборонительного, общественно­го, хозяйственного, жилищного и других назначений. Развитие деревянных конструкций в каждой исторической эпохе имеет тенденцию к созданию систем, элементов и видов соединения, которые позволяли бы экономить древесину и учитывать её физико-механические особенности. На ранней стадии развития человечества, человек был вынужден применять для строительства преимущественно цельные круглые деревянные элементы. Из дерева сооружались жилища и их покрытия, ограды в виде частоколов, простейшие пешеходные мосты через водные преграды, свайные постройки.

Строители Древнего Рима являлись создателями мостов весьма рациональной конструкции. Принятая ими схема расположения несущих элементов оказалась столь удачной, что применяется до наших дней в мостах временного назначения (рис. 1).

Рис. 1. Схема несущих конструкций:

а — моста через Рейн, построенного в I в. до н. э. войсками Ю. Цезаря (реконструкция Палладио);

б — современного моста временного назначения

Естественно, что наиболее широкое применение деревянные сооружения и конструкции нашли широкое распространение в районах богатых лесом. На территории нашей страны уже в конце прошлого тысячелетия искусными русскими плотниками возводились многочисленные деревянные здания разнообразного назначения: жилые избы, храмы, крепости дворцы. О размере и облике этих сооружений можно судить по дошедших до нас летописям. Так, в X в. в Нов­городе была возведена дубовая соборная церковь Софии, снаб­женная 13 главами. Это сооружение не дожило до наших дней: оно сгорело в XI в.Самое древнее из сохранившихся на территории России деревян­ных сооружений — маленькая церковь Воскрешения Лазаря в Муромском монастыре Карельской АССР (рис. 2). В конце XIX в. вокруг неё для защиты был сооружён сруб-футляр. До наших дней сохранились также многие другие деревянные церкви и крестьян­ские постройки в Архангельской, Вологодской, Ленинградской об­ластях и Карельской АССР. Их возведение датируется XVI—XVIII вв. Некоторые из них отличаются богатством архитектурных форм и сложными конструктивными

	решениями, как, напри­мер, 22-главая Преображен­ская церковь в Кижах (1714) и т.д. Все эти здания, раз­личаясь размерами, архитек­турным убранством, соотноше­нием объёмов, базировались на одном общем для них кон­структивном принципе — на применении бревенчатого сру­ба-клети с его многочисленны­ми разновидностями (Рис. 3).
Рис. 2. Фасад и план церкви Воскре­шения Лазаря в Муромском монастыре (XIV в.)
Рис. 3. Основные формы бревенча­тых несущих конструкций из гори­зонтально расположенных бревен в виде сруба для стен: а — прямоугольный сруб; б— квадратный сруб (четверик); в — мно­гоугольный сруб (восьмерик); для по­крытий: г — двускатный сруб; д — че­тырехскатный сруб (палатка или епан­ча); шатровый пирамидальный четырех, гранный сруб; е — низкий h^b (кол­пак); ж—высокий h>\,bb (шатер); з — многогранный шатер; и — килевид- ный сруб (бочка); на чертеже показа­на также схема построения бочки: к— кубоватое четырехгранное покрытие (куб); л — кубоватое многогранное по­крытие

Важный шаг в развитии стержневых систем примени­тельно к деревянному мосто­строению связан с именем итальянского архитектора XVI в. Палладио. Им было предложено несколько вариан­тов стержневых систем, включая ригельно-подкосную схему, стати­чески определимые и статически неопределимые фермы. В отечественном строительстве совершенствование деревянных конструкций началось в XVIII в., когда возникла потребность в перекрытии больших пролётов. Срубы клети перестали удовлетворять необходимые нужды и архитектурные требования новой эпохи. Этому во многом спо­собствовало возникновение и развитие в России лесопильного про­изводства. Эти конструкции были выполнены как стержневые системы из брусьев.

В это же время (XVIII—XIX вв.) был создан ряд значитель­ных сооружений: деревянный шпиль башни Адмиралтейства (1738) высотой 72 м (арх. И.К. Коробов), деревянные фермы пролётом около 50 м покрытия Московского манежа построенного в 1817 г. арх. А.А. Бетанкур (ныне Центральный выставочный зал) (рис. 4 и 5) и др.

	Р ис. 5. Стропильные фермы бывшего манежа в Москве.
Рис. 4. Конструкция шпиля Адмиралтейства в Ленинграде (после перестройки А.Д. Захарова)	Рис. 6. Железодорожный мост через р. Мсту на бывшей Петербурго-Московской (ныне Октябрьской) железной дороге.

Особенно следует выделить проект деревянного моста пролётом 298 м через реку Неву, разработанный И.П. Кулибиным (1735-1818). Мост запроектирован в виде комбинированной системы – арки из брусьев, а элемент жёсткости в виде сквозной многорешётчатой бесшарнирной фермы, соединённых в коробчатое сечение решётчатыми связями (Рис. 7).

Р ис. 7. Схема конструкции моста через Неву, спроектированного И.П. Кулибиным в виде комбинированной системы.

Предложенная Кулибиным идея многорешётчатой арки нашла широкое применение в конструкциях XIX и XX веках как в нашей стране, так и за рубежом.

Основоположником русской школы инженеров деревянных конструкций в середине XIX в России считается русский учёный Д.И. Журавский (1821-1891 гг.). По его проекту построено ряд железнодорожных мостов. Он доказал, что усилия в стойках и раскосах фермы при сплошной равномерной нагрузке убывают от опор к середине пролёта, вывел формулу для определения величины сдвигающих усилий при изгибе сплошной балки, предложил способ расчёта шпоночных соединений, экспериментально обосновал допускаемые напряжения в зависимости от вида напряжённого состояния.

Вторая половина XIX века характеризуется внедрением конструкций из металла и железобетона, поэтому дерево утратило ведущую роль.

Советскими инженерами-строителями были предложены и широко внедрены при строительстве промышленных и общественных зданий и сооружений так называемые дощато-гвоздевые конст­рукции, где основным соединением деревянных элемен­тов были гвозди, забивка которых не требовала от рабо­чих высокой квалификации. В создании этих новых кон­структивных форм, принимали активное творческое учас­тие профессора д-ра техн. наук В. Ф. Иванов, Г. Г. Карлсен, В. В. Большаков, В. М. Коченов, М. Е. Каган, Ю. М. Иванов, А. Б. Губенко, доценты канд. техн. наук Г. В. Свенцицкий, Б. А. Освенский, Г. А. Цвингман, К. П. Кашкаров и др.

Вслед за гвоздевыми конструкциями в 1932—1936 гг. В. С. Деревягиным были предложены брусчатые конст­рукции на пластинчатых нагелях в виде балок пролётом до 6 м и ферм пролётом до 21—24 м.

В это же время развиваются конструкции из дощатых материалов взамен брусчатых и бревенчатых.

В конце XIX в появились первые клееные конструкции.

В начале XX века Владимиром Григорьевичем Шуховым (1853-1939) разработаны первые деревянные пространственные конструкции башни оболочки. В 20 годы в строительстве широко применяются дощято-гвоздевые балки. В 30 годы были разработаны кружально-сетчатые своды С.И. Песельника. В.С. Деревягиным, разработаны составные балки на пластинчатых нагелях, которые успешно применялись в верхних сжато–изогнутых поясах ферм. В годы первых пятилеток В.Г. Ленновым предложена когтевая шайба, позволяющая существенно повысить несущую способность болтового соединения дробной передачи усилия, тогда же начались отечественные исследования в области клеёных деревянных конструкций.

В эти годы и особенно в годы войны деревянные конструкции широко использовались в строительстве мостов и зданий. Их применение позволило экономить металл, необходимый для военных нужд.