книги из ГПНТБ / Ветрюк И.М. Конструкции из дерева и пластмасс учеб. пособие

6С4

В39 УДК [694 + 691.17](075.8)

Геб. г.к'-»;!Ипкая инучио-техни л ПАЯ библиз i зча С С С Р

Э К З Е М П Л Я Р

M M T A J i b H O i О З А Л А

Р е ц е н з е н т

кафедра «Металлические и деревянные конструкции» Новосибирского инженерно-строительного института имени В. В. Куйбышева

0325—079 М304(05)—73 38—73

С)Издательство «Вышэйшая школа», 1973.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга является учебным пособием для студентов строитель­ ных специальностей. Второе издание пособия «Конструкции из дерева и пластмасс» существенно переработано и дополнено по сравнению с первым.

При составлении учебного пособия автором была поставлена задача изложить в достаточном объеме только основы курса «Конструкции из дерева и пластмасс», опустив или кратко рас­ смотрев некоторые разделы пространственных конструкций (своды-оболочки, купола, башни, мачты). Не включен в книгу раздел о мостах в связи с наличием специальных учебников по конструкциям деревянных мостов. По этим ,же соображениям не даны разделы «Лесная промышленность» и «Лесопильное про­ изводство».

В главах I — X I изложены основы проектирования, расчета, изготовления и эксплуатации деревянных конструкций, приме­ няемых в современном гражданском и промышленном строитель­ стве. Основное внимание уделено сборным прогрессивным кон­ струкциям заводского изготовления, клееным арочным и клеефанерным конструкциям, а также одной из важных проблем — обеспечению долговечности древесины как основной задаче удли­ нения срока службы деревянных сооружений.

Материал написан в соответствии с нормами проектирования деревянных конструкций (СНиП П-В. 4—71).

В главах X I I и X I I I приведены основные сведения о пласт­ массах, применяемых в строительстве, о конструкциях из пласт­ масс и краткие сведения о методах расчета конструкций с исполь­ зованием пластмасс.

Теоретические положения в книге иллюстрированы приме­ рами расчетов конструкций из дерева и пластмасс, приведены краткие сведения о пневматических строительных конструкциях.

Во втором издании несколько расширен раздел конструкций дощатых клееных и клеефанерных конструкций. Дан пример расчета клееной арки сплошного сечения. Приведены новейшие данные о физико-механических свойствах конструкционных

3

ВВЕДЕНИЕ

Советский Союз по запасам древесины занимает первое место в мире. Общая площадь лесов достигает около 1 млрд. га, что составляет примерно 80 млрд. м3 древесины при годовом при­ росте около 870 млн. м3.

Лесные массивы в нашей стране размещены неравномерно. Около 75% всей площади находится к востоку от Урала и только 25% в Европейской части (из них около 65% растет на севере и северо-востоке и только 35% в средних и южных районах Евро­ пейской части СССР) .

Распределение площади лесонасаждений по основным поро­ дам следующее: *

объема идет на нужды строительства. В перспективе при ежегод­ но увеличивающемся объеме вывоза древесины, более рациональ­ ной технологии ее обработки и эффективном использовании от­ ходов, при новых качествах и формах клееных конструкций дре­ весина найдет еще более широкое применение в строительстве.

Современные сборные деревянные конструкции могут конку­ рировать со сборными железобетонными: первые значительно дешевле, технологичны в индустриальном изготовлении и при правильной эксплуатации сооружения служат сотни лет. Дере­ вянные конструкции более выгодны в сооружениях химической промышленности, где в условиях агрессивной среды они во мно­ гих случаях устойчивей и долговечней железобетонных.

* П. В. В а с ил ь е в и др. Экономика лесного хозяйства СССР. М., 1959.

5

За рубежом широко применяются клееные конструкции ароч­ ного типа из крупноразмерных сборных элементов. Они позво­ ляют экономично и красиво оформлять здания различного назна­ чения: спорт- и кинозалы, склады, ремонтные мастерские, стоянки машин, выставочные павильоны, ангары. Деревянные конструк­ ции используются также в покрытиях малоэтажных гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий, в сборном мало­ этажном жилищном строительстве, в мостах, эстакадах, башнях, опорах электропередач, градирнях, в сборно-разборных времен­ ных и вспомогательных сооружениях.

С интенсивным развитием химии создаются условия для улучшения качества древесины, ее облагораживания и модифи­ кации, а также получения новых строительных материалов. Несомненно, к материалам будущего будут отнесены многие ви­ ды продукций на основе древесины и ее волокон.

Строительство является основным потребителем деловой древесины, но, несмотря на большой объем расходуемой древе­

той части заготавливаемой древесины, которая идет на строитель­ ство: большой объем ее составляют отходы при лесопилении и потери при транспортировке и изготовлении конструкций.

Очень велики потери древесины от гниения ее в зданиях и сооружениях, а также при хранении на складах и транспорти­ ровке. Около 30% деловой древесины ежегодно идет на замену сгнивших деревянных конструкций и ремонт зданий.

Основные причины потерь древесины: недостаточно усовер­ шенствованная технология заготовки леса и обработки древесины на лесопильных и лесообрабатывающих заводах, а также нару­ шение технических условий в части долговременной сохранности древесины при проектировании сооружений и производстве строи­ тельных работ, несоблюдение правил эксплуатации зданий и ряд других причин.

Таким образом, чтобы рационально использовать древесину

встроительстве, необходимо:

1)совершенствовать технологию ее обработки с целью по­ лучения максимально полезного выхода материалов;

2) создавать современные специализированные предприятия по изготовлению клееных деревянных конструкций и изделий;

3)изыскивать рациональные формы конструкций индустри­ ального изготовления;

4)широко применять деревянные конструкции в сооруже­ ниях, где древесина дает больший экономический и эстетический

эффект по сравнению с другими строительными материалами;

5) осуществлять мероприятия по увеличению срока службы древесины в сооружениях.

6

I

Г л а в а I

ДЕРЕВО КАК СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

§ 1. СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ КАК СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

Древесина как строительный материал обладает как поло­ жительными, так и отрицательными свойствами. Эти свойства необходимо учитывать при выборе материала, проектировании сооружений и их эксплуатации.

Проектировать и возводить деревянные сооружения необхо­ димо так, чтобы в полной мере использовать положительные свойства древесины и исключить или свести к минимуму отри­ цательные.

К положительным свойствам относятся: 1) небольшой объем­ ный вес, зависящий от строения древесины, степени влажности и породы. Сравнение объемных весов древесины различных пород следует производить при одной и той же стандартной влажно­ сти — 15%.

Показатель объемного веса имеет большое практическое значение при определении веса деревянных конструкций и оценке их прочности. Прочность древесины одной и той же породы воз­ растает с увеличением ее объемного веса. Последний находится в прямой зависимости от содержания поздней древесины в годо­

для мягких лиственных — осина, тополь, ольха, липа •— 500. Объемный вес не защищенной от увлажнения древесины можно принимать в среднем на 20%, а свежесрубленной — на

40—60% и выше; 2) высокая относительная прочность. Отношение расчетных

сопротивлений древесины (сжатие, изгиб) к ее объемному весу

7

выше, чем такое же отношение у стали Ст. 3, бетона и кирпичной кладки;

3) малый коэффициент теплопроводности. Древесину можно использовать одновременно в качестве конструктивного и тепло­

чем кирпичная кладка;

4)незначительный коэффициент температурного расшире­ ния. В деревянных сооружениях большой протяженности можно не устраивать температурных швов;

5)химическая стойкость. Древесина хорошо сопротивляется воздействию многих химических соединений и газов. Деревянные конструкции в слабой химически агрессивной среде могут при­ меняться без защитной обработки древесины, а в средней и силь­ ной химически агрессивной среде — с защитной обработкой дре­

весины (см. приложение X X I V ) ;

6) пластичность. Арочные и сводчатые конструкции можно возводить путем гнутья досок без сохранения напряжений от на­ чального выгиба (благодаря релаксации происходит затухание напряжений при постоянной начальной деформации вследствие постепенного перехода упругой деформации в пластическую);

7)упругость. Древесина может служить хорошим аморти­ затором при воздействии на конструкцию динамических нагрузок;

8)акустические свойства. Лучшие театры страны имеют деревянные перекрытия. Полы в зрительном зале, потолки, барь­ еры балконов и ложе тоже деревянные;

9)высокая долговечность. При соблюдении технических условий на проектирование, изготовление, монтаж и эксплуата­ цию срок службы деревянных конструкций не ограничен.

в военное время); г) хорошая гвоздимость и способность сопротивляться вы­

дергиванию гвоздей.

Отрицательные свойства: опасность загнивания и возгорания древесины, неоднородность строения (анизотропность), измене­ ние физико-механических свойств в зависимости от степени ее влажности, усушка, разбухание, коробление, растрескивание, на-

8

личие пороков (сучки, косослой) и подверженность разрушению различными дереворазрушающими насекомыми — жуками-то­ чильщиками, древогрызами, усачами, термитами, а также мол­ люсками и ракообразными морскими древоточцами.

При современном развитии технического прогресса дерево­ обработки и облагораживания древесины можно не только свести к минимуму влияние ее природных недостатков, но и получать новые, качественно иные прогрессивные материалы и конст­ рукции.

§2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Древесина является анизотропным материалом. Ее механи­ ческие свойства зависят:

1) от угла между направлением действующего усилия и на­ правлением волокон. При изменении угла от 0 до 90° расчетная прочность древесины на сжатие падает более чем в 7 раз (со 130 до 18 кГ/см2);

2)от породы, строения древесины и ее объемного веса;

3)от скорости приложения нагрузки. При быстром прило­ жении нагрузки предел прочности повышается (рис. 1). Пределом прочности называется напряжение, соответствующее разрушаю­ щей кратковременной нагрузке при машинном испытании стан­ дартных образцов (табл. 1);

Табл. 1. Средние округленные пределы прочности древесины стандартных образцов для сосны и ели при влажности 15%, кг) см''

Вид напряженного состояния Обозначение Величина

4) от длительности нагрузки. С увеличением продолжитель­ ности действия нагрузки снижается предел прочности древесины

делит весь диапазон изменения напряжений от 0 до оП р на две области. В верхней области, когда в древесине .развиваются не­ упругие и незатухающие деформации, которые через какой-то промежуток времени начинают быстро возрастать, и происходит разрушение. В нижней области при а < / ? д л упругие деформации со временем затухают, стремясь к некоторому постоянному зна­ чению. Разрушение древесины в таком случае не происходит при любой длительности действия нагрузки.

9