Предисловие

Учебное пособие составлено в соответствии с рабочей программой Федерального государственного образовательного стандарта третьего поколения по дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс», разработанной на кафедре строительных конструкций МГТУ им. Г.И. Носова.

Материалы, изложенные в учебном пособии, отвечают современным достижениям научно-технического прогресса и практике проектных институтов и организаций, возводящих здания и сооружения и производящих изделия полной заводской готовности.

Наличие огромных лесных запасов на территории России явилось основой использования древесины в качестве строительного материала для возведения зданий и сооружений жилищного, хозяйственного, культового и других назначений.

Широко распространенное в прошлом в сельском строительстве возведение жилых домов в виде сруба из бревен и брусьев постепенно сокращается и сохраняется в основном в лесоизбыточных отдаленных районах, плохо обеспеченных дорожной сетью, и, по существу, не имеет перспектив для массового применения из-за чрезвычайно большого расхода лесоматериалов и значительной трудоемкости.

В изучаемой дисциплине конструкции из дерева и пластмасс рассматриваются совместно, потому что они относятся к классу лёгких строительных конструкций.

Будущему инженеру-строителю важно уяснить, что конструкции из различных материалов – таких как металл, железобетон, дерево, пластмасса – не противопоставляются друг другу, а применяются в сочетаниях, обеспечивающих наиболее эффективное использование в строительстве свойств, присущих каждому из материалов.

Введение

Для всех строительных материалов имеются области рационального и эффективного использования. Это относится и к древесине, которая во многих районах нашей страны является местным строительным материалом. В некоторых районах древесина имеется в избытке (в так называемых лесоизбыточных районах).

Наша страна является первой в мире по количеству лесных площадей (2 место занимает – Бразилия, 3 место Канада, 4 место - США), которые занимают почти половину территории России – примерно 12,3 млн. км². Основная часть лесов России (примерно ¾ части) расположена в районах Сибири, Дальнего Востока, в северных областях европейской части страны. Преобладающими породами являются хвойные: 37% лесов занимает лиственница, 19% - сосна, 20% - ель и пихта, 8% - кедр. Лиственные породы занимают около ¼ площади наших лесов. Наиболее распространенной породой является береза, занимающая около 1/6 общей площади лесов.

Запасы древесины в наших лесах составляют около 80 млрд. м³. Ежегодно заготавливается около 280 млн. м³. деловой древесины (т.е. пригодной для изготовления конструкций и изделий). Однако, это количество далеко не исчерпывает естественного годового прироста древесины в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока.

История создания деревянных зданий и сооружений берет свое начало с древнейших времен. Первой конструктивной формой строений был прямоугольный в пла­не сруб из бревен. Постепенно увеличивались площади и объемы строящихся сооруже­ний, расширялось функциональное назначение помещений. Срубы стали возводить много­угольными в плане с наличием внутренних стен, обеспечивающих неизме­няемость сооружений и устойчивость наружных стен.

Наличие огромных лесных запасов на территории России явилось основой многовекового использования древесины в качестве строительного материала для возведения зданий и сооружений жилищного, хозяйственного, культового и других назначений. До настоящего времени сохранились уникальные строения, выполненные зодчими в виде сруба более 250 лет назад. Образцом такого строительства являют­ся существующие нынче храмы в Кижах на Онежском озере, постройки в Малых Карелах Архангельской области (рис.1).

Первые инженерные сооружения человечества – свайные постройки, мосты и плотины были также из дерева. С конца XVII века, когда появилась возможность распиловки бревен на брусья и доски, деревянное строительство вышло на новый этап. Более эко­номичные и легкие сечения древесины позволили создавать эффективные стержневые системы, позволяющие перекрывать значительные пролеты, что дало толчок в развитие архитектуры, мостостроении. Наиболее ярким примером использования древесины в качестве стро­пильных конструкций является конструкция шпиля Адмиралтейства (рис.2), осу­ществленная по проекту И.К. Коробова и сохраненная А.Д. Захаровым при перестройке башни в начале XIX века, фермы для перекрытия Манежа в г. Москве пролетом 48 м, построенные в 1817 г. А.А. Бетанкуром (рис.3).

Рис.1 – Деревянные храмы в Кижах на Онежском озере

Рис.2 – Здание Адмиралтейства в г.С-Петербург

Рис.3 – Монтаж ферм покрытия Манежа в г.Москва

Многолетний опыт строительства зданий различного назначения позво­лил определить рациональные области применения деревянных конструк­ций:

1. Зрительные и общественные здания, спортивные сооружения, выста­вочные павильоны, рынки и другие пролетом от 18 до 100 м (см. пример на рис.4).

2. Покрытия гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий. Целесообразно использовать дощатые и брусчатые фермы со сборкой на стройплощадке (эффективность применения определяется легкостью, прочностью и благоприятными условиями для борьбы с недостатками).

3. Здания с химически агрессивной средой. В первую очередь, склад­ские здания пролетом до 45 м для перегрузки и хранения минеральных удобрений.

4. Малоэтажное деревянное домостроение.

5. Производственные сельскохозяйственные здания.

6. Неотапливаемые здания производственно-вспомогательного назначения промышленных предприятий.

7. Неотапливаемые здания и навесы для хранения и переработки сель­скохозяйственной продукции.

8. Быстровозводимые здания комплектной поставки небольших проле­тов для отдаленных районов крайнего Севера.

9. Инженерные сооружения - опоры линий электропередачи (с напряжением до 35 кВ), триангуля­ционные и радиопрозрачные мачты и башни, мосты небольшой грузоподъ­емности, пешеходные мосты.

Рис.4 – Схема каркаса крытого легкоатлетического манежа спорткомплекса Метеор в г. Жуковский с несущими дощатоклеенными арками

Нецелесообразно применять деревянные конструкции в местах где затруднены мероприятия по защите древесины от возгорания и попеременного увлажнения (соответственно гниения):

- горячие цехи;

- промышленные здания с большими крановыми нагрузками;

- помещения с повышенной эксплуатационной влажностью (кроме бань).

Несмотря на многовековое использование древесины в качестве строительных конструкций, поиск новых технических решений продолжается. В течении последних 20 лет ведутся разработки жестких соединений клееных деревянных элементов (по аналогии с закладными деталями железобетонных конструкций), что позволило открыть новое направление сборных клееных деревянных конструкций. В практике строительства в России и за рубежом реализовано большое количество большепролетных зданий и сооружений из сборных клееных деревянных конструкций. Сочетание узловых вклееных стержней с линейным армированием клееных деревянных элементов является дальнейшим этапом в развитии клееных деревянных конструкций для зданий очень боль­ших пролетов.

Прогрессивные формы индустриальных деревянных конструкций:

1. Монолитные дощатоклееные и клеефанерные конструкции в виде балок, арок, рам и комбинированных систем.

2. Металлодеревянные фермы с дощатоклееным верхним поясом.

3. Кружально-сетчатые пространственные конструкции из стандартных цельных и клееных косяков.

В отличие от дерева пластмассы в конструкциях начали использовать с середины прошлого века, после возникновения промышленного производства синтетических материалов.

К основным конструкционным строительным пластмассам относятся:

- высокопрочный стеклопластик;

- прозрачный менее прочный стеклопластик;

- оргстекло;

- винипласт;

- пенопласт;

- воздухо- и водонепроницаемые ткани и плёнки;

- древесные пластики.

Пластмассовые конструкции применяются в основном в виде стеновых панелей, плит покрытия, светопрозрачных ограждающих элементов различной формы и множеством индивидуальных конструкций, выпускаемых небольшими партиями.

Из наиболее прочных стеклопластиков, расчётное сопротивление сжатию и растяжению которых достигает 100 МПа, выполняют элементы несущих строительных конструкций. Однако это применение возможно только при техническо-экономическом обосновании. Прозрачные стеклопластики используют в качестве светопрозрачных элементов ограждающих конструкций зданий. Из особо прозрачного оргстекла и прозрачного винипласта изготовляют прозрачные части ограждений, пропускающие все части солнечного спектра. Сверхлёгкие пенопласты применяют в средних слоях лёгких ограждающих покрытий и стен.

Особым классом конструкций из пластмасс являются мембраны (прочные, тонкие воздухо- и водонепроницаемые ткани), которые применяются в виде пневматических и тентовых сооружений. Материал в них работает на растяжение и нет опасности потери устойчивости.