конструкции из дерева и пластмасс Ф.А.БОЙТЕМИРОВ
advertisement
Высшее профессиональное образование БАКАЛАВРИАТ Ф. А. БОЙТЕМИРОВ конструкции из дерева и пластмасс УЧЕБНИК Для студентов учреждений высшего профессионального образования по направлению подготовки «Строительство» УДК 624.07(075.8) ББК 38.55я73 Б777 Р е ц е н з е н т ы: проф. кафедры «КДиП» МГСУ, д-р техн. наук Д.К.Арленинов; Заслуженный деятель науки России, д-р техн. наук, проф., советник ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко Л.М.Ковальчук Б777 Бойтемиров Ф.А. Конструкции из дерева и пластмасс : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / Ф. А. Бойтемиров. — М. : Издательский центр «Академия», 2013. — 288 с. — (Сер. Бакалавриат). ISBN 978-5-7695-9536-3 Учебник создан в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки «Строительство» (квалификация «бакалавр»). Рассмотрены уровень и перспективы развития конструкций из дерева и пластмасс. Приведены физико-механические свойства древесных материалов и конструкционных пластмасс. Изложены основы расчета и конструирования элементов и соединений современных клееных ограждающих и несущих конструкций. Освещены вопросы обеспечения пространственной неизменяемости, технологии изготовления, транспортирования, хранения, монтажа, эксплуатации и восстановления деревянных конструкций. Рекомендованы меры по защите конструкций от биопоражения и возгорания. Для студентов учреждений высшего профессионального образования. УДК 624.07(075.8) ББК 38.55я73 Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается ISBN 978-5-7695-9536-3 © Бойтемиров Ф.А., 2013 © Образовательно-издательский центр «Академия», 2013 © Оформление. Издательский центр «Академия», 2013 Предисловие Производство и применение легких и эффективных строительных конструкций остается одним из важнейших прогрессивных направлений в строительстве. Современные легкие деревянные конструкции заводского изготовления являются очень перспективными для нашей страны, обладающей огромными запасами «деловой» древесины. Современные конструктивные решения обычно отличаются рациональным сочетанием древесины, высокопрочных клеев, фанеры и других компонентов. В учебнике представлен систематизированный материал по основам проектирования таких конструкций для модуля «Конструкции из дерева и пластмасс», изучаемого в учреждениях высшего учебного профессионального образования России по профилю подготовки «Промышленное и гражданское строительство» направления 62 «Строительство». Описаны прочностные и деформационные свойства конструкционных материалов, приведен расчет элементов конструкций и рассмотрены различные виды традиционных и новых соединений. Уделено внимание вопросам рационального применения и повышения долговечности конструкций из цельной и клееной древесины. Представлены основы расчета и проектирования современных ограждающих конструкций — клеефанерных плит, а также несущих деревянных конструкций (балок, стоек, арок, рам, ферм) и наиболее распространенных пространственных конструкций. Рассмотрены различные виды конструкционных пластмасс и особенности работы пневматических и тентовых конструкций. Освещены вопросы обеспечения пространственной неизменяемости, технологии изготовления, транспортирования, хранения, монтажа, эксплуатации и обследования деревянных конструкций. Приведены меры по защите конструкций от биопоражения и возгорания. Учебный материал изложен с учетом последних достижений науки и техники. При работе над учебником использованы результаты научно-исследовательских работ ведущих отечественных инженерностроительных вузов (МГСУ, МГАКХиС, НГАСУ (Сибстрин) и др.), научно-исследовательских и проектных организаций (ЦНИИСК, ЦНИИПРОМЗДАНИЙ и др.), а также многолетний опыт учебнометодической и научно-исследова­тельской работы кафедры строительных конструкций МГАКХиС. Гл а в а 1 Общие сведения о древесине и пластмассе 1.1. Краткая история развития конструкций из дерева и пластмасс Древесина как строительный материал известна человечеству с глубокой древности. Первобытные люди при помощи каменного топора строили первые жилища, оборонительные и другие сооружения, состоящие из простейших элементов в виде частокола из заостренных бревен, балок и стоек, которые известны как свайные постройки. В Древнем Риме деревянные конструкции получили широкое применение при строительстве гражданских зданий, соборов, дворцов и разнообразных мостов балочного и арочного типов. Примером может служить мост через р. Тибр (630 лет до н. э.). Сохранились описания деревянных конструкций, воспроизведенных на каменных памятниках Индии во II в. до н. э. Появление новых конструктивных форм отмечено в XVI в., чему способствовали достижения в области математики и механики. Великий итальянский архитектор Позднего Возрождения Андреа Палладио (1508 — 1580) способствовал зарождению элементарной теории стержневых систем. А. Палладио явился творцом новых сквозных конструкций, в частности, им были предложены и осуществлены комбинированные ригельно-подкосные системы в арочных и балочных мостовых фермах. Однако позднее эти конструктивные формы не получили дальнейшего развития из-за недостаточных сведений об их работе и несовершенства узловых соединений, а более эффективные шпоночные и гвоздевые соединения, изобретенные еще Аполлодором Дамасским в начале II в. не нашли в них своего применения. Огромные площади, занятые лесами хвойных пород, легкость заготовки и простота обработки древесины способствовали распространению деревянных конструкций в России. Древнерусское зодчество в период с X по XVII в. создало целый ряд выдающихся по своей художественной ценности образцов гражданских и оборонительных сооружений. К их числу относятся, например, церковь свя- 4 той Софии в Новгороде и царский дворец в Коломенском (1667 — 1681 гг.) под Москвой. Большой вклад в развитие деревянных конструкций внес гениальный «механикус» Российской академии наук Иван Петрович Кулибин (1735 — 1818), разработавший оригинальный проект однопролетного арочного моста пролетом 298 м через р. Неву в Санкт-Петер­ бурге (рис. 1.1). С гениальной интуицией И. П. Кулибин нашел четкую статическую схему и экспериментально установил оптимальную форму конструкции большепролетного арочного моста в виде комбинированной системы, состоящей из основной несущей арки и арочной фермы жесткости многорешетчатого типа. В соединениях элементов применялись простейшие лобовые упоры и болты. Результаты испытания 30-метровой модели в 1/10 пролета 27 декабря 1776 г. в присутствии специальной комиссии под руководством Леонарда Эйлера полностью подтвердили техническую возможность постройки грандиозного по тому времени моста. Несмотря на то что мост не был построен, предложенные идеи оказали благотворное влияние на дальнейшее развитие деревянных строительных конструкций. Внедрение продольной распиловки круглого леса в конце XVII в. способствовало появлению в России стержневых конструкций с использованием дощатых и брусчатых элементов. Таким примером может служить каркас шпиля здания Адмиралтейства в СанктПетербурге высотой 72 м, возведенного в 30-х гг. XVIII в. по проек- Рис. 1.1. Проект деревянного моста пролетом 298 м через р. Неву в СанктПетербурге (авт. И. П. Кулибин, 1776 г.) 5 Рис. 1.2. Брусчатые фермы покрытия московского Манежа пролетом 49,6 м (авт. А. А. Бетанкур, 1817 г.) ту архитектора И. К. Коробова и сохранившегося до настоящего времени. Ярким примером применения древесины в качестве стропильных конструкций является покрытие над московским Манежем в виде брусчатых треугольных ферм пролетом 49,6 м, построенном инженером Л. Карбонье в 1817 г. по проекту А. А. Бетанкура. По своей схеме фермы покрытия (рис. 1.2) представляли собой совокупность нескольких вписанных одна в другую ригельно-подкосных систем. Эти брусчатые фермы до пожара 2004 г. в Манеже по праву считались в нашей стране самыми большепролетными подобными системами покрытий. Большой вклад в развитие отечественной инженерной школы внес Дмитрий Иванович Журавский (1821 — 1891), гениально сочетавший глубокие теоретические разработки с практикой строительства. Ему удалось не только разработать теорию расчета деревянных брусчатых ферм с крестовой решеткой и стальными тяжами системы американского инженера Р. Гау, но и усовершенствовать их конструкцию, впервые рационально сочетая два различных конструкционных материала. Разработанный Д. И. Журавским способ расчета раскосных ферм удостоился в 1855 г. премии Российской академии наук и был реализован, например, при строительстве девятипролетного моста через р. Мсту Московско-Петербургской железной дороги с пролетами неразрезных ферм по 60,8 м (рис. 1.3). Д. И. Журавский, в частности, предложил формулу для определения касательных напряжений в изгибаемых элементах, а также разработал метод расчета составных брусчатых балок, сплачиваемых по высоте сечения при помощи шпонок. Его теоретический вклад в методы расчета статически определимых и статически неопределимых систем имеет непреходящее значение для всей отечественной строительной науки. 6 Огромную роль в создании деревянных сетчатых пространственных конструкций сыграл Владимир Григорьевич Шухов (1853 — 1939). Для покрытия одного из павильонов Нижегородской промышленной выставки 1896 г. впервые были использованы легкие и экономичные сетчатые своды с затяжкой пролетом 21 м из трех слоев накрест уложенных досок толщиной 12,7 мм, соединенных между собой гвоздями. В деревянном тонкостенном дощатом своде удачно сочетались ограждающие и несущие функции. Позднее эта идея была использована для создания кружально-сетчатых сводов системы С. В. Пе­ сельника, сферических и многогранных купольных конструкций. Дальнейшим развитием идеи сетчатых систем явился новый тип пространственной конструкции, который, несмотря на параболическое очертание поверхности, мог быть образован из прямолинейных элементов. По этому принципу возводились многие градирни и башни различного назначения, как металлические так и деревянные. Сетчатая поверхность в виде гиперболоида вращения с помощью прямолинейных стержней, расположенных перекрестно и соединенных болтами в местах пересечений, была получена В. Г. Шуховым при сооружении деревянной башни-градирни высотой 36 м. В довоенный период отечественными учеными под руководством Г. Г. Карлсена были заложены основы современной системы нормативных документов по проектированию деревянных конструкций. Это способствовало широкому распространению деревянных конструкций в промышленном строительстве. Получили массовое распространение различные дощато-гвоздевые несущие конструкции, применявшиеся в покрытиях зданий и как вспомогательные конструкции при возведении большепролетных покрытий. Пространственные дощато-гвоздевые конструкции в виде свода-оболочки могли перекрывать пролеты до 100 м. Такие кон- Рис. 1.3. Деревянный мост через р. Мсту на Московско-Петербургской железной дороге пролетом 60,8 м (авт. Д. И. Журавский, 1842 — 1851 гг.) 7 струкции на вязких гвоздевых соединениях соответствовали потребностям и возможностям строительства того периода, были экономичны, просты и надежны. В 1932 г. инженером В. С. Деревягиным была разработана брусчатая конструкция составной балки на дубовых пластинчатых нагелях. Применение составных балок для сжато-изгибаемых элементов металлодеревянных с использованием стального нижнего пояса привело к появлению различных сквозных систем пролетом до 24 м, обладающих повышенной эксплуатационной надежностью и удобством перевозки к месту монтажа. Успехи научных исследований в области разработки и производства водостойких и биостойких строительных клеев позволили после Великой Отечественной войны наладить заводское производство клееных деревянных конструкций. В связи с этим начались интенсивные разработки и внедрение широкого спектра клееных несущих и клеефанерных ограждающих конструкций. Деревянные клееные конструкции массового производства имеют в разных странах сходную номенклатуру, в основном содержащую такие несущие конструкции, как балки, арки, рамы и стропильные фермы, а также плиты покрытия и стеновые панели. Новые высокопрочные и стойкие синтетические клеи дали возможность производить водостойкую строительную фанеру, а также создавать клееные деревянные конструкции практически любых необходимых форм и размеров, отличающиеся архитектурной выразительностью и различными другими достоинствами. В 1940-х гг. для несущего каркаса складов калийной соли применили трехшарнирные стрельчатые арки пролетом 45 м и высотой 22,5 м, которые, как показали проведенные обследования, продемонстрировали надежность и долговечность при неблагоприятных условиях эксплуатации в щелочной среде. При участии Г. Н. Зубарева были разработаны первые типовые конструкции с использованием клееной древесины — металлодеревянные фермы, у которых верхний пояс был деревянный, а нижний, растянутый, пояс выполнялся из стали. В нашей стране массовое производство деревянных клееных конструкций началось в 1973 — 1976 г., когда было построено 26 предприятий общей мощностью около 100 тыс. м3 в год. В этот период наибольшую эффективность продемонстрировали сооружения, находящиеся в условиях агрессивной среды, которые использовались для хранения и перегрузки калийных солей и других минеральных удобрений. Около полусотни складов минеральных удобрений пролетом 45 м и высотой 23 м эксплуатируются в Пермской обл. с 1960 г. до настоящего времени. Отечественным достижением в развитии клееных конструкций явился Дворец спорта в г. Архангельске пролетом 63 м, проект которого был разработан при участии М. Ю. Заполя и В. И. Травуша. Сег- 8 Рис. 1.4. Деревянные клееные балки покрытия аквапарка пролетом 30 м в Абзаково Челябинской обл. (2003 г.) ментные клеедеревянные арки с размерами поперечного сечения 32 × 160 см размещались с шагом 6 м и передавали распор на нижерасположенные железобетонные конструкции. В последние годы практика строительства пополнилась оригинальными конструктивными формами в различных зданиях и сооружениях. В покрытии здания аквапарка в Абзаково Челябинской обл. применены уникальные деревянные клееные балки пролетом 36 м (рис. 1.4). Представляет интерес универсальный перегрузочный комплекс для экспорта минеральных удобрений, по своим габаритным размерам и конструктивным особенностям не имеющий аналогов в Европе, сооруженный в 2002 г. на территории морского порта в СанктПетербурге. Накопительная способность этого сооружения достигает 150 тыс. т. Несущие конструкции каркаса комплекса из клееной древесины, разработанные специалистами ЦНИИСК под руководством С. Б. Турковского, представляют собой трехшарнирные сборные рамы пролетом 63 м и высотой 45 м, опертые на железобетонные фундаменты распорного типа. Длина склада 300 м (рис. 1.5). Каждая полурама для удобства изготовления и транспортирования была изготовлена в виде трех фрагментов сечением 14 × 157 см, 9 Рис. 1.5. Большепролетные сборные деревянные рамы терминала пролетом 63 м в Санкт-Петербурге (2002 г.) которые собирались на строительной площадке в цельную конструкцию при помощи пары равнопрочных монтажных стыков системы ЦНИИСК. Использование жестких монтажных стыков стало возможным благодаря новым типам соединений деревянных конструкций на вклеенных в древесину под различными углами стальных стержнях. В Москве построено круглое в плане складское сооружение в виде ребристо-кольцевого купола диаметром по карнизу 70 м и высотой 23 м. В 2004 г. появился первый в стране крытый конькобежный центр на 10 тыс. зрителей в Крылатском, который перекрыт радиальными двухпролетными металлодеревянными фермами по 50,4 м общим пролетом более 100 м. За последние десятилетия по всей стране построено большое количество спортивно-зрелищных сооружений малых и средних пролетов. Достижением, отражающим потенциальные возможности современных деревянных конструкций, являются пространственные конструкции пролетом в сотни метров. В 1983 г. возведен один из крупнейших в мире деревянных куполов диаметром основания 161,5 м и высотой 47,8 м. Пролеты таких куполов могут достигать больших значений. Подтверждением этому служат покрытия существующих стадионов в четырех городах США, имеющих диаметр нижнего распорного кольца ребристо-сетчатого купола, равный 257 м. Стрела 10 подъема покрытия достигает 76 м (рис. 1.6). Той же компанией был создан проект купола ребристо-сетчатого типа диаметром 300 м. Сохраняет свое значение построечное изготовление несложных деревянных конструкций в небольших объемах вблизи мест их строительства. Актуальны и производственно-вспомогательные здания малых пролетов различного функционального назначения из цельной древесины: круглого леса, бруса или пиломатериалов, возводимые в районах, где древесина является доступным строительным материалом. Такие здания пролетом, не превышающим 12 м, сооружают прямо на строительной площадке, применяя традиционные гвоздевые и болтовые соединения. Дощатые элементы стропильных систем покрытия вспомогательных зданий и малоэтажных домов часто соединяют при помощи появившихся за рубежом металлических зубчатых пластин типа «ГэнгНейл» различной несущей способности. Строительство сборных загородных домов каркасного типа, которые можно собирать вручную из элементов каркаса, изготавливаемых в заводских условиях, в последнее время становится все более популярным. Одним из путей обеспечения расширяющегося строительства высококачественными деревянными конструкциями является их массовое заводское изготовление с последующей сборкой на строительных площадках. Интенсивное развитие синтетических полимерных материалов во второй половине ХХ в. открыло дорогу эффективному использованию полимеров в строительных конструкциях в сочетании с обще- Рис. 1.6. Проект покрытия стадиона в виде деревянного ребристо-сетчатого купола диаметром 257 м: а — фрагмент; б — поперечный разрез гурта: 1 — верхний клееный пояс; 2 — нижний клееный пояс; 3 — ребро жесткости; 4 — фанерная стенка 11 известными конструкционными материалами в различных областях промышленного и гражданского строительства. Пластмассы стали новым классом конструкционных строительных материалов. К этому классу относятся высокопрочные, предельно легкие, особо прозрачные, химически стойкие, воздухонепроницаемые пленочные, а также тканевые материалы, имеющие предварительно заданные прочность, плотность, деформативные и другие необходимые свойства. Основным видом конструкционных пластмасс благодаря легкости, относительно высокой прочности и технологичности являются стеклопластики. Конструкции на основе пластмасс изготавливают только в заводских условиях. Такие конструкции легко транспортировать и монтировать, поэтому их удобно использовать в качестве ограждающих конструкций зданий и сооружений даже в отдаленных районах нашей страны. Из пенопластов и тонколистового алюминия, стали или иного листового материала обшивок изготавливают легкие трехслойные плиты и панели покрытий стен и оболочек; из стеклопластиков и оргстекла — светопрозрачные ограждений; из тканей и пленок — быстровозводимые пневматические и тентовые конструкции. Большое распространение получили легкие ограждающие конструкции в виде плит покрытия и стеновых панелей типа «сэндвич», состоящих из среднего слоя эффективного утеплителя типа пенопласта, приклеенного к наружным слоям из листового алюминия, стали или стеклопластика. Перспективным материалом для остекления и покрытия гражданских и промышленных зданий является сотовый поликарбонат с наружным слоем, защищающим от воздействия ультрафиолетовых лучей, который относится к категории трудновоспламеняемых материалов. Светопроницаемые конструкции зенитных фонарей на основе полиэфирного стеклопластика или органического стекла находят применение в зданиях различного назначения для обеспечения естест­ венного освещения. В неотапливаемых складских сооружениях для доступа естественного света предусматривают участки покрытия из сотового поликарбоната или прозрачного полиэфирного стеклопластика. Многие стеклопластики, являясь химически стойкими материалами, эффективны на предприятиях, отличающихся химически агрессивной средой. В качестве несущих конструкций применяют трехслойные оболочки в виде соединенных между собой объемных элементов пирамидального, складчатого, лоткового или волнистого профиля. Конструктивные элементы из стеклопластиков намного легче железобетонных, каменных или стальных, что позволяет рекомендовать их для сейсмостойкого строительства. Конструкционные пластмассы дают возможность сооружениям со специальными требованиями обеспечить необходимую немагнитность, радиопрозрачность и другие особые условия эксплуатации. 12 Промышленное производство высокопрочных синтетических воздухонепроницаемых тканей способствовало появлению пневматических строительных конструкций (ПСК) — замкнутых оболочек, находящихся постоянно под избыточным внутренним давлением воздуха. Воздухоопорные пневмооболочки цилиндрической или сферической формы могут перекрывать пролеты 60 м и более. Такие конструкции вследствие легкости и транспортабельности очень эффективны в качестве сборно-разборных сооружений, возводимых за несколько часов, на случай возникновения чрезвычайных ситуаций. Это могут объекты, не только связанные с оказанием экстренной медицинской помощи, но и выставочные павильоны, спортивные, складские сооружения, а также временные здания различного назначения. ПСК сейсмостойки, а в холодное время года могут обогреваться нагретым воздухом через воздухоподающую систему. В состав пневмовантовых конструкций помимо воздухоопорных оболочек входят ванты, воспринимающие основные растягивающие усилия, что позволяет перекрывать пролеты до 100 м. Пневмокаркасные конструкции благодаря значительному избыточному внутреннему давлению способны служить арками, балками или стойками легких сборно-разборных покрытий зданий пролетом не более 15 м. Тентовые временные покрытия могут иметь самые неожиданные конструктивные формы. Это погодозащитные сооружения, состоящие из легких сборно-разборных конструкций с использованием водонепроницаемых тканей, форму которых могут поддерживать стоечно-вантовые системы, металлический или деревянный каркас. 1.2. Преимущества конструкций из дерева и пластмасс и область их рационального применения Деревянные конструкции издавна широко применяются в строительстве благодаря сочетанию замечательных свойств древесины: высокой прочности и небольшой плотности, малой теплопроводности и легкости обработки, высокой морозостойкости и сейсмостойкости, достаточной пористости, которая способствует воздухообмену между помещениями и наружной атмосферой. Это разнообразие свойств необходимо учитывать при проектировании зданий и сооружений, стремясь в полной мере использовать преимущества древесины. Древесина хвойных пород, в основном применяемая в конструкциях, является легким материалом, обладающим достаточно высокой удельной прочностью. Отношение расчетных сопротивлений древесины при сжатии и изгибе к ее плотности (500 кг/м3) выше анало- 13 гичного соотношения некоторых марок стали, бетона и кирпичной кладки. Чем выше удельная прочность материала, тем он более эффективен в большепролетных конструкциях, а также удобен при транспортировании и монтаже. Прочностные и упругие свойства древесины способствуют применению деревянных конструкций в сейсмоопасных районах. Древесину можно использовать одновременно в качестве конструкционного и теплоизоляционного материала, поскольку она оказывает сопротивление прохождению теплового потока поперек волокон в 400 раз больше, чем сталь, в 10 — 12 раз большее, чем железобетон, и в 5 — 6 раз большее, чем кирпич. Малый коэффициент теплопроводности древесины обеспечивает клееным деревянным конструкциям сплошного сечения высокие значения предела огнестойкости. Деревянные конструкции стойко сопротивляются отрицательному воздействию слабых химически агрессивных сред без какой-либо защитной обработки, чем выгодно отличаются от других строительных конструкций. Общеизвестно, что древесина — природный материал с хорошими санитарно-гигиеническими свойствами. Экологическая чистота и отсутствие отрицательного воздействия деревянных конструкций на качество биологической активности людей и животных создает уникальные преимущества. Древесина по сравнению с другими конструкционными материалами обладает производственными преимуществами: она является природным самовозобновляющимся материалом, простым в обработке, а при производстве различных видов несущих или ограждающих конструкций требует незначительных энергозатрат. К тому же снижаются транспортные и монтажные расходы благодаря ее малому весу, а также имеется возможность предварительной сборки отдельных фрагментов большепролетных конструкций. Практика производства показывает, что энергозатраты на обработку и изготовление деревянных конструкций в 8 — 10 раз ниже по сравнению со стальными конструкциями и в 3 — 4 раза ниже по сравнению с железобетонными конструкциями. Для районов, богатых лесами и не имеющих предприятий по изготовлению клееных деревянных конструкций (КДК), сохраняют актуальность традиционные конструктивные решения из цельной древесины: балки, стойки и стропила малоэтажных жилых домов, фермы и подкосные рамы, арочные своды небольших производственных, сельскохозяйственных и общественных зданий. Древесина, как и другие конструкционные материалы, имеет недостатки, которые следует учитывать при проектировании конструкций. К таким недостаткам относится опасность биопоражения в результате нарушения температурно-влажностного режима эксплуатации деревянных конструкций. Кроме того они относятся к группе 14 сгораемых материалов. Наличие естественных пороков в древесине также ограничивает ее применение в конструкциях. Однако современные конструктивные и химические способы защиты древесины от загнивания при соблюдении режима эксплуатации сохраняют деревянные конструкции в течение всего необходимого срока службы. Клееные деревянные конструкции благодаря существующей технологии изготовления не только сводят «на нет» влияние естественных пороков древесины, но и повышают стойкость к загниванию, а сплошное сечение крупных элементов обеспечивает повышенный предел огнестойкости конструкции. При необходимости использование антисептиков и антипиренов позволяет дополнительно усилить защиту деревянных конструкций от загнивания и возгорания. Современные проектировщики получают большую свободу при создании архитектурных форм, полно раскрывающих авторскую идею сооружения. Помимо конструкционных особенностей клееная древесина сочетает в себе декоративные и пластические свойства. Клееный элемент может иметь различную конструктивную форму, поперечное сечение и пролет, а цвет, текстура и внешний вид клееной конструкции зачастую создают особый эстетический эффект. Мировой, более чем полувековой, опыт разнообразного и все возраста­ ющего применения клееных деревянных конструкций в странах, обеспеченных цементом и сталью, демонстрирует эффективность и экономичность таких конструкций по сравнению с аналогичными железобетонными и стальными при одинаковых нагрузках и пролетах. Опыт применения КДК в 1940-х гг. сначала в США, а позже и в европейских странах показал, что клееная древесина по сравнению с природной заметно улучшила свои свойства. Клееная древесина приобретает более однородные стабильные повышенные механические показатели и не имеет скрытых недостатков, таких как трещины, невидимые снаружи сучки и косослой. Появляется возможность компоновать монолитное поперечное сечение конструкции различной формы из разносортных слоев досок с учетом ее напряженнодеформированного состояния и не ограничиваться рекомендуемым сортаментом пиломатериалов, проектируя большие пролеты покрытий. Повышение долговечности клееной древесины в значительной степени обусловлено применением сухой древесины в соответствии с технологическими ограничениями в процессе производства деревянных клееных конструкций. В случаях применения таких конструкций в незащищенных от увлажнения условиях современные антисептические составы позволяют предохранить древесину от загнивания на срок до 50 лет. Этого вполне достаточно с учетом морального износа сооружения. Долговечность деревянных социально значимых объектов хорошо иллюстрирует деревянное покрытие московского Манежа, которое прослужило с 1817 по 2004 г. Используя конструкции из дерева и 15 пластмасс с обязательным соблюдением действующих нормативных документов, создают современные капитальные сооружения, которые могут эксплуатироваться длительное время. В целях дальнейшего расширения использования деревянных конструкций представляется перспективным заводское изготовление клееных унифицированных конструкций и элементов любых требуемых форм и размеров, особенно прямолинейных. Такие элементы могут применяться в качестве отдельных конструкций, например балок или элементов связей, либо панелей верхнего пояса металлодеревянных ферм. Эффективность использования деревянных конструкций повышается при изготовлении и поставке комплектов для полносборных зданий, особенно многоцелевого назначения [1]. Деревянные клееные конструкции обладают высокой степенью заводской готовности. Однако получение прочных, долговечных, отвечающих современным инженерным требованиям несущих конструкций возможно только при высокой технической культуре всего производства в целом. Заводской способ производства обеспечивает высокое качество деревянных конструкций и при серийном производстве снижает их стоимость. Представляется целесообразным выпускать каталоги различных видов деревянных несущих конструкций с указанием оптимальных параметров и нагрузок, для которых они запроектированы. Экономическая целесообразность использования в покрытии клееных деревянных конструкций, по сравнению со стальными или железобетонными, возрастает с увеличением пролетов. Так, в сооружениях пролетом до 24 м при равноценной несущей способности, как правило, экономичнее стальные конструкции, а при бо2льших пролетах — конструкции из древесины, поскольку с увеличением пролета значительно растет расход металла. По сравнению с железобетонными в деревянных конструкциях значительно уменьшается вес покрытия и каркаса, уменьшается объем фундаментов, снижаются транспортные и монтажные затраты, так как плотность древесины в 4,5 — 5 раз меньше плотности железобетона. Необходимо помнить, что для ряда районов России железобетонные конструкции в 2 — 6 раз дороже, чем в центральной ее части. Так, на Дальнем Востоке клееные элементы для мостов примерно в 10 раз дешевле железобетонных. Эпизодически возникает необходимость создания радиопрозрачных, немагнитных конструкций, для которых деревянные и клеефанерные элементы с соединениями из конструкционных пластмасс являются основными. Возрождение массового производства клееных конструкций в России началось в 1998 г. и практически полностью сориентировалось на индивидуальное строительство. Производственная база в основном создавалась заново. Основой для дальнейшего развития производства в центральной части России стал завод в г. Волоколамске 16 Московской обл., который имеет оборудование для изготовления клееных конструкций различной формы и размеров длиной до 40 м. Ориентировочная мощность завода — 10 … 15 тыс. м3 в год [1]. В г. Королеве Московской обл. аналогичный завод на базе ЗАО «ДСК-160 Стройконструкция-2», оснащенный импортным оборудованием мощностью 15 … 20 тыс. м3 в год, производит клееные конструкции длиной до 22 м для различных ответственных спортивнозрелищных и других большепролетных сооружений. В 2004 г. на базе ЗАО «78 Деревообрабатывающий комбинат» в г. Нижнем Новгороде начато производство клееных конструкций длиной до 24 м. Примером выпускаемой продукции могут служить большепролетные тре­ угольные стропильные фермы пролетом 50 м, изготовленные для Московского ЦВЗ «Манеж» в 2004 г. В последние годы появляются аналогичные предприятия по выпуску деревянных клееных конструкций по всей стране. Накопленный отечественный и зарубежный опыт возведения зданий и сооружений различного назначения позволяет определить рациональные области применения конструкций из дерева и пластмасс в строительстве. 1. Большепролетные покрытия зданий и сооружений: универсальные спортивно-зрелищные, выставочные, торговые и конноспортивные комплексы, киноконцертные и демонстрационные залы, бассейны и аквапарки, теннисные корты, покрытия трибун стадионов, катков, велотреков и легкоатлетических манежей; крытые рынки, ангары, конструкции лыжного трамплина. 2. Промышленные здания и сооружения с химически агрессивной средой: склады насыпных материалов, предназначенные для хранения незатаренных аммонийных солей, хлорида кальция, поташа и других химикатов; большепролетные склады для хранения антигололедных реагентов, отдельные цеха лесоперерабатывающих комплексов. 3. Сельскохозяйственные здания и сооружения (особенно в условиях рассредоточенного сельского строительства): склады минеральных удобрений, птицеводческие и животноводческие объекты, цеха комплексов для фрукто- и овощехранилищ, зернохранилища, гаражи для сельскохозяйственных машин, объекты для хранения сена и других кормов, ремонтные мастерские, теплицы. 4. Пролетные строения пешеходных и автодорожных мостов пролетом до 33 м, допускающие применение при монтаже автотранспорта и кранового оборудования общего пользования (в отдельных районах страны единственно возможное решение). 5. Башни и мачты различного назначения, радиопрозрачные и немагнитные специальные сооружения, опоры линий электропередачи. 6. Быстровозводимые здания для освоения труднодоступных районов страны. 17 Контрольные вопросы 1. Приведите примеры уникальных деревянных конструкций в нашей стране и за рубежом. 2. Какова номенклатура ограждающих и несущих конструкций с использованием древесины? 3. В каких областях экономики наиболее рационально применение деревянных конструкций? 4. На какие основные два класса делятся деревянные конструкции по методам изготовления? 5. Какие конструкционные пластмассы получают распространение в настоящее время в строительстве? 6. Какова номенклатура ограждающих и несущих конструкций с использованием пластмасс? 7. Какова область рационального применения конструкций с использованием пластмасс? 8. Каковы основные направления прогресса в изготовлении и применении деревянных конструкций?