Текст
                    АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ СССР
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Е. К. ИВАНОВА
канд. техн. наук
КЛЕЕНЫЕ
ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗА РУБЕЖОМ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ, АРХИТЕКТУРЕ
И СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛА М
Москва — 1961


Научный редактор — канд. техн. наук В. Н. СИЛИН В брошюре приводятся примеры современных кле- еных конструкций, применяемых в практике строитель- ства за рубежом, главным образом в США, где эта отрасль строительной промышленности довольно широ- ко развита. Даются некоторые данные о производстве работ, а также о приемах, ускоряющих и удешевля- ющих возведение зданий и сооружений с использова- нием таких конструкций. Брошюра иллюстрирована фотоснимками, дающими наглядное представление о том, какие возможности открывает клееная древесина как строительный мате- риал, из которого могут быть созданы экономичные индустриальные конструктивные элементы. Брошюра рассчитана на инженеров-строителей — проектировщиков и производственников, работающих в этой области строительства.
ПРЕДИСЛОВИЕ За последние десятилетия в зарубежном строитель- стве широкое применение получили клееные конструк- ции. Применение клея дало возможность изготовлять из маломерного пиленого материала конструкции моно- литного сечения, повышенной прочности, практически любой длины и формы. Клееная антисептированная древесина является пер- воклассным строительным материалом, обладающим вы- сокой прочностью и долговечностью. Клееные деревян- ные элементы индустриальны; их изготовляют на спе- циализированных заводах, откуда транспортируют на строительные площадки для сборки. Увеличение объема производства клееных конструк- ций в США и распространение этого производства в на- стоящее время в странах Европы объясняется тем, что приобретенный за последние 20 лет опыт доказал эко- номичность применения клееной древесины вместо ме- таллических и железобетонных конструкций для ряда областей строительства. Для того, чтобы деревянные клееные покрытия мог- ли успешно конкурировать с металлическими и железо- бетонными, требовалось создание тщательного контроля технологии производства клееных элементов, обеспечи- вающего их высокое качество. з
Изготовление клееных конструкций на заводах дает возможность следить за качеством и влажностью пило- материалов, за правильной дозировкой клея, за соблю- дением всех технологических правил склейки древесины. Качество готовой продукции на заводах проверяется, л хранение заготовленных элементов производится с уче- том будущего режима их эксплуатации. Производство клееных конструкций не требует ка- ких-либо особо сложных станков или приемов работы, но только при высокой технической культуре всего про- изводства в целом возможно получение прочных, дол- говечных строительных конструкций из клееной древе- сины, отвечающих современным инженерным требовани- ям,
I. НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ДАННЫЕ О ПРИМЕНЕНИИ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗА РУБЕЖОМ В США, Канаде и Западной Европе из дерева дела- ют несущие конструкции ангаров, складов, цехов за- водов, гаражей, зрелищных и спортивных залов, школ, сельскохозяйственных построек, навесов, балочные, арочные, сплошные и сквозные конструкции мостов и эстакад для автомобильных и железных дорог. Деревянные антисептированные несущие конструкции предпочитают металлическим и железобетонным на хи- мических заводах и в цехах с большой кислотностью или влажностью, таких, как прядильные и красильные цехи текстильных предприятий. Опоры линий электропередач близ химических заводов делают также из антисептиро- ванной древесины. Для перекрытий кузниц и паровозных депо применяют древесину, пропитанную антипиренами. В США строится из древесины большое количество жилых домов. Для береговых сооружений (набережных, причалов, пристаней) в США и даже в Англии, не име- ющей своих лесных ресурсов, очень часто применяется дерево. Такое разнообразное и возрастающее применение дре- весины в странах, производящих большое количество стали и цемента, объясняется в основном тем обстоя- тельством, что деревянные конструкции зачастую ока- зываются более экономичными, чем конструкции из ме- талла и железобетона. Так, например, когда в США возникла необходимость срочно возвести целую серию 5
автодорожных мостов, был сделан сравнительный рас- чет стоимости железобетонных, металлических и анти- септированных деревянных конструкций пролетных строений мостов, который показал, что стоимость ме- таллического моста в 1,5, а стоимость железобетонного моста — в 3,1 раза выше стоимости деревянного1. Мо- сты были построены из антисептированной древесины. Срок службы, установленный на основании большого опыта эксплуатации аналогичных мостов, был опреде- лен в 40—50 лет. По данным журнала2 известно, что на строительстве ангара пролетом до 21 м применение древесины позво- ляет сэкономить 40 т стали, пролетом 51 м — 120 г ста- ли, а пролетом 78 м — 300 т стали. При постройке ib Ан- глии близ моря крупного склада применение древесины позволило сэкономить 79 т стали, а также сократить эк- сплуатационные расходы на периодическую окраску ме- таллических конструкций для предотвращения коррозии. Большая длительность срока службы деревянных скла- дов не вызывала сомнений, так как расположенные з этом же районе деревянные навесы, выстроенные более 60 лет назад, находились в хорошем состоянии3. Высокая стоимость древесины, исчезновение с рынка крупных сортиментов ее, а главное, необходимость эко- номить древесину (поскольку за годы двух мировых войн лесные ресурсы Европы и Америки заметно оску- дели) — все эти экономические факторы вызвали в про- ектировании и строительстве деревянных конструкций следующие изменения: 1) пришлось перейти к проектированию деревянных конструкций по инженерным расчетам; 2) для увеличения срока службы древесины в зда- ниях и сооружениях, подвергающихся атмосферным влияниям (мостах, навесах, ограждениях), стали шире применять антисептические пропитки; 3) получили развитие клееные деревянные конструк- ции, так как склеивание дало возможность из мало- 1 Wood Preserving News № 5, 1950. Y. Smith, We Built new Bridges in a hurry. 2 Engineering News Record, Dec. 13, 1951, v 147, № 24, p. 26, Planners urge wood as steel suBstitute. 3 Timber and plywood, Oct. 6, № 2517, 1949. 6
мерных сортиментов получать элементы практически любого требуемого сечения и длины. Во время второй мировой войны в связи с нехваткой других материалов в США применялись деревянные конструкции больших масштабов. Были построены та- кие, например, сооружения, как ангар в Миннеаполисе с сегментными фермами пролетом 71 м*у эллинги для дирижаблей пролетом 70 м, высотой 46 м и длиной 300 м**. Однако более значительное влияние на развитие кле- еных конструкций в США оказала организация индуст- риального производства деревянных клееных балок, арок, ферм и т. д. Ангары, военные склады, сельскохо- зяйственные постройки и различные здания граждан- ского назначения стали собираться из крупных клееных блоков, изготовленных на заводах. На основании опыта строительства клееных деревян- ных конструкций выявились наиболее экономичные ре- шения перекрытий различных пролетов клееными бал- ками, арками, фермами, что привело к дальнейшему росту производства клееных конструкций. Начиная с 1948 г., объем производства клееных кон- струкций в США каждые два года увеличивался в 2 ра- за1, за 1953—1954 гг. объем производства клееных кон- струкций увеличился в 3 раза2, а с 1955 по 1957 г. в 5 раз3. В европейских странах новый этап производства и развития клееных конструкций современного индустри- ального типа только еще намечается. Во Франции имеются лишь единичные примеры при- менения клееных конструкций; эти конструкции отли- чаются интересными инженерными решениями, но про- изводство их носит кустарный характер. В Швейцарии склейка древесины прочно вошла в практику строительства, но специализированных пред- приятий по производству клееных деревянных конструк- * The Journal of the Royal Institute of British Architects, v. 57 № 5, 1950. ** Journal of the Boston Society of Civil Engineers, v. 36, № 3, 1949* i Wood № 6, 1956. 2 Laminated timber, OEEC, Paris, p. 10, 1956. 3 Architectural Forum, v. 106, № 5,1957. 7
цин в этой стране не имеется; каждое деревообрабатыва- ющее предприятие применяет клееную древесину по ме- ре надобности. Здесь покрытия конструкциями из кле- еной древесины пролетом более 12 м обходятся дешев- ле, чем конструкциями из других строительных мате- риалов *. В Голландии после второй мировой войны клееные деревянные конструкции начали производиться на спе- циализированных предприятиях, непрерывно увеличива- ющих выпуск продукции. В Голландии и Бельгии стоимость покрытия проле- тов более 11 м клееными конструкциями и сборным же- лезобетоном примерно одинакова. При увеличении про- лета до 30 м и более клееные конструкции обходятся в 2 раза дешевле железобетонных2. Клееные деревянные конструкции в Швеции ли применяться раньше, чем в США; они отличают- ся от американских и до сих пор сохранили свое свое- образие. Из наиболее значительных сооружений, выстроенных в Швеции (фирмой «Тодебёда») с применением деревян- ных клееных конструкций, можно назвать Центральный вокзал в Стокгольме пролетом 64,8 м, теннисный холл в Альвике с арками пролетом 43,5 м. Построено также много спортивных залов, складов, ангаров, фабрик, же- лезнодорожных навесов консольного типа с перекрыти- ями из клееных деревянных конструкций. В 1939 г. в Стокгольме начали производить клееные конструкции системы НВ (фирма «Бого»), представля- ющие собой двутавровые балки с клееными поясами, прибитыми к дощатой перекрестной стенке. Балки и ра- мы такой системы получили широкое применение в сель- скохозяйственном строительстве, мостах, перекрытиях цехов, в ангарах и пр. За последнее десятилетие даже в Англии, где, как уже было сказано, нет своего строительного леса и его приходится импортировать, начали применять в строи- тельстве клееные конструкции, считая их экономически гТЬе Builder № 5971, 1957. A. Levin, Laminated Цтвег const- ruction in Evrope. 2 Wood № 6, 1956; Laminated timber OEEC (The Organisation for European economie co-operation), p. II, Paris, 1956. 8
выгодными. В настоящее время в Англии уже возведе- но много зданий и сооружений с применением клееных конструкций и имеются специализированные предприя- тия по их изготовлению. В Канаде строительство с применением клееных конструкций широко развито и близко по методам рас- чета и характеру производства к деревянному строи- тельству в США.
II ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ДЕРЕВЯННЫХ КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗА РУБЕЖОМ 1. Балки и стойки Когда в Европе впервые появились клееные дере- вянные конструкции, запатентованные в 1907 г. Гетце- ром, составное сечение из досок чаще всего имело дву- тавровую форму. Клееные конструкции, получившие распространение в США, имеют, как правило, прямо- угольное сечение, В зарубежной технической литерату- ре имеются указания на то, что применение двутавровых сечений по сравнению с прямоугольными дает экономию в древесине на 35%. Однако стоимость производства конструкций двутаврового сечения на 50% больше. Если произвести расчет на единицу объема готовой продук- ции, то экономия получается ничтожной, а в отношении устойчивости и огнестойкости конструкций прямоуголь- ные сечения имеют большие преимущества перед дву- тавровыми. Кроме того, сборка и склейка элементов прямоугольного сечения проще, и процесс производст- ва конструкций из них легче поддается механизации. Наиболее простыми клееными элементами являются балки и стойки, получившие большое распространение в зарубежном строительстве. На рис. 1 показаны клееные балки в перекрытии гим- настического зала. Этот пример является типичным для применения клееных балок в США. Многие спортивные, клубные здания и кинозалы имеют кирпичные или бе- тонные стены и перекрыты клееными деревянными бал- ками, оставленными открытыми. Обычный пролет та- ких балок 9—12 м. На рис. 2 показан монтаж несущих конструкций большого химического завода, строившегося в 1957 г. Балки, стойки и подкрановые балки выполнены из кле- 10
Рис. 1 —Клееные балки, перекрывающие спортивный зал (США). еной древесины. В США но время второй мировой вои- ны строили много цехов самолетостроительных и дру- гих заводов аналогичной конструкции. На рис. 3 показан интерьер конторского помещения, несущие конструкции которого представляют собой кло- еные колонны и балки с консолями переменного сече- ния. Прогоны по балкам также клееные, они оставлены открытыми, подшивного потолка нет. Хороший вид при- дает помещению тщательная обработка поверхности ко- лонн и балок. На рис. 4 показано применение клееных консоль- ных балок в конструкции открытой эстрады, построен- ной в США в 1957 г. Эстрада собрана из готовых кле- еных элементов. Вынос консолей балок значительный — около 23 м. Все деревянные конструкции эстрады за- щищены водостойким лаком. На рис. 5 показаны трибуны, построенные в Бельгии в конце 1955 г. Несущие конструкции покрытия состоят из клееных консольных балок переменного сечения. Для того, чтобы уменьшить число опорных стоек, мешающих И
Рис. 2 — Клееные конструкции цеха химического завода (1957 г.) Рис. 3 —Клееные стоики и балки конторского здания (1956 г.) 12
Рлс. 4—Клееные конструкции открытой эстрады (США, 1957 г.) Рис. 5 —Консольные клееные балки покрытия трибун (Бельгия, 1956 г.) 13
зрителям, по стойкам уложен клееный прогон, на кото- рый опираются балки. На рис. 6 приведена фотография павильона Велико- британии на Брюссельской выставке 1958 г. Конструк- ции павильона состоят из клееных балок и водостойкой фанеры. Между слоями наружной 6-миллиметровой фа- неры находится древесина толщиной 15 см. Каждый из трех «кристаллов» имеет основание 11X11 м. Высота бо- ковых граней равна 12 м, а общая высота здания 20 ли Павильон собран на болтах и гладкокольцевых шпонках и окрашен огнезащитными красками. Рис. 6 — Британский павильон на Всемирной выставке в Брюсселе 1958 г. На рис. 7 показано применение консольных клееных балок в покрытии стадиона, построенного в Сан-Фран- Рис. 7 — Клееные консольные балки перекрытия стадиона
циско в 1957 г. Клееные консольные балки образуют два ската без общего конька Балки правого ската об- щей длины 28,2 м нависают над балками левого ската длиной 10,5 м на 3,6 м Наружные нижние концы пра- вых консольных балок прикреплены стальными тяжами к анкерным железобетонным сваям. Балки левого ската длиной 10,5 м имеют постоянное сечение 22,5x36 см У балок 28,2 м переменная высота сечения: на опоре — 166 см, у верхнего конца — 65 см, а у нижнего конца— 85 см. Шаг левых балок 3,3 м, а правых балок — 6,6 м Прогоны коробчатого сечения имеют клееные пояса 20X25 см и стенки из 15-миллиметровой фанеры. Балки опираются на железобетонные колонны. Торцовая сте- на здания в нижней части сделана из железобетона, в верхней части — из прозрачной пластмассы 2. Арки Наиболее распространенными несущими деревянны- ми клееными конструкциями в зарубежных странах яв- ляются в настоящее время сплошные клееные арки и ра- мы прямоугольного сечения Трехшарнирные арки и рамы сплошного сечения имеют различные очертания, в зависимости от архитек- турных и производственных требований — круговые, стрельчатые и др. Расчеты и практика строительства в США показали, что в зданиях больших пролетов рационально приме- нять мощные редко расставленные арки, а в зданиях малых пролетов -— легкие арки с небольшим расстоя-, нием между ними. Покрытие по клееным несущим кон- струкциям обычно состоит из прогонов с шагом 0,6 м, сплошного настила (обычно диагонального для прида ния покрытию пространственной жесткости), слоя стро ительного водоизоляционного картона и кровли из ру- лонных материалов. Со стороны помещения клееные не- сущие конструкции, как правило, оставляют открытыми На рис. 8 показан внутренний вид зала морской учеб- ной базы в штате Иллинойс (США), построенного в го- ды войны. Ширина зала между вертикальными про- стенками ~ 30 м Клееные арки, образующие основную несущую конструкцию здания, проходят сквозь наруж- ные стены и опираются на железобетонные контрфорсы. 15
Пролет арок 34,5 м. Высота сечения арок постоянная и равна 75 см. Высота здания 12,6 м. Ключевой шарнир образован с помощью стальных накладок на болтах. Арки такого типа встречаются в зданиях и с больши- ми пролетами, в этом случае их собирают не из двух, а Рис. 8 — Внутренний вид зала морском учебной базы, перекрытого клееными арками пролетом 34,5 м (США) из большего числа блоков. Эти блоки соединяют сталь- ными листами на тарельчатых шпонках и болтах. Тол- щина стыковых накладок обычно равна 12,5 мм. Распор арок чаще всего передается на железобетонные фунда- менты; сравнительно редко прибегают к устройству за- тяжек под полом. Продольные связи между арками при больших пролетах иногда делают коробчатого или дву- таврового сечения с применением стальных тяжей в диагональном направлении. Пространственная жест- кость здания обычно обеспечивается двойным дощатым настилом. При отсутствии прогонов первый ряд досок настила укладывают перпендикулярно аркам, а второй под углом 45°. 16
На рис. 9 показан монтаж клееных трехшарнирных арок спортивного зала университета близ Ванкувера (Ка- нада). Шаг арок 4,5 м. Арки имеют постоянное сечение 22,5x81 см. Распор арок воспринимается железобетон- ными контрфорсами с опорными площадками размером Рис. 9 —Монтаж типовых клееных трехшарнирных арок спортивного зала университета близ Ванкувера (Канада) 40x81,5 см. Пятовые шарниры образуются двумя сталь- ными уголками на болтах с прокладкой толстого слоя строительного картона для гидроизоляции. Верхний шарнир осуществлен на металлических накладках с болтами диаметром 37,5 мм. Радиус кривизны арки ра- вен 16,25 м. На рис. 10 показано строительство здания радиоло- кационной лаборатории в конце 40-х годов в штате Огайо (США). Пролет и высота клееных многослойных арок равны 24 м. На рисунке видно, что прогоны распо- ложены часто (через 60 см), видна также косая обшив- ка по ним. На рис. 11 показан стандартный клуб для сельски* районов, могущий служить и спортивным залом, а так- 2-1483 17
Рис. 10 —Строительство радиолокационной лаборатории. Пролет « высота клееных арок 24 м (США) Рис. И —Дешевый сельский клуб, перекрытый клееными арками (США)
Же выполнить другие функции. Здание имеет очень про- стую конструкцию, и строительство его обходится деше- во в связи с тем, что деревянные клееные арки ^лада- ют малым весом, транспортабельны и монтаж их очень прост. Перекрытие состоит из арок пролетом 12-- 15 м. Стены имеют высоту 3,6 м и сделаны из молол ит- Между арками расположены дощатые прогоны для обес- пого бетона. Торцы здания деревянные, каркасные, печения устойчивости арок из их плоскости. Непосредст- венно по аркам уложен шпунтованный настил из узких низкосортных досок (шириной 7,5 см). Большое количе- ство сучков, содержащихся в досках низкого сорта, ни- чем не маскируют, считая, что сучки не портят внешне- го вида потолка. Кровля рулонная по асфальту. В зда- нии имеются душевая и раздевальни, расположенные в небольшом подвале. Рис. 12 — Транспортировка полуарки к месту сборки (Англия, 1951 г.) 19
Рис. 1:1 — Монтаж клеен их арок пролетом 30 м и высотой 18.G непосредственно с лптомлпшпы (Англии, 19Г>1 г.) Рис. 14 —Монтаж пятового шарнира (Англия, 1951 г.) 20
На рис. 12, 13, 14 показаны транспортировка и мон- таж пяти арок павильона Британского фестиваля 1951 г. Пролет трехшарнирных арок 30 м, высота 18,6 м, сече- ние 50X33,7 см. Арки были склеены из досок дугласо- вой пихты длиной 2,4—7,2 м, шириной 35 см и толщи- ной 2,5 см. Начальная влажность древесины была равна 31%. После 9-дневной сушки влажность была доведена до 10%. Усушка досок по ширине составила при этом 10,5 мм. Сушке древесины было уделено особое внима- ние, так как в эксплуатационных условиях арки долж ны были подвергаться атмосферным воздействиям. Пос- ле сушки и острожки доски более 6 недель находились на воздухе, но в результате хорошей сушки доски не по- вело. Длина дуги полуарки равнялась 28,5 м, поэтому каждый слой клееного сечения арки состоял из несколь- ких досок, соединенных по длине стыком «на ус» с от- ношением высоты «уса» к его длине 1:12. В каждом слое допускалось не более пяти стыков. Склейка «усов» производилась очень тщательно, клеем холодной поли- меризации, под давлением 14 кг/см2, пакетом в 20 досок одновременно. Так как жизнеспособность клея доставля- ла только 50 мин., сборку и склейку арок необходимо было организовать с большой четкостью: одна группа рабочих подносила доски, другая смалывала их клеем, третья устанавливала струбцины, в которых лолуарки оставались в течение 48 час. Внешняя обработка полуарок производилась ручным и электрифицированным инструментом. На поверхность арок антисептики и лаки наносились уже после подго- товки отверстий для болтов шарниров, после установки креплений для подвески кровли и пр. Так как длина готовых полуарок равнялась 23 м, то для транспортировки их на автомобильных платфор- мах потребовалось устройство специальных козел. К месту постройки подвозили по две полуарки одновремен- но. Монтаж производили два мощных крана, поднимав- шие полуарки непосредственно с машин (рис. 13). Когда после окончания монтажа арок из ключевого шарнира был опущен отвес, он пришелся ровно nocpe-j дине 30-метрового пролета, что еще раз подтвердило полную возможность соблюдения точности при изготов- лении деревянных конструкций. 21
Рис. 15 —Клееные арки шедового покрытия (Швейцария) Рис. 16 —Клееные арки крытого стадиона в Швеции (1957 г.) 22
Рис, 17 — Клееные арки склада поташа (США) Рис. 18 — Конструктивное решение торца склада 23
Рис. 19 — Клееные арки стадиона пролетом 74,4 м (США, 1956 г.) Рис. 20 —Монтаж шарнира арки стадиона 24
На рис, 15 приведен пример из швейцарской строи- тельной практики — клееные арки шедового покоытия над залом ярмарки. На рис. 16 показано здание зимнего стадиона для хоккея в г. Кнруне (Швеция), построенное в 1957 г. Ста- дион перекрыт 13 клееными деревянными арками про- летом 42 ли Шаг арок 5,1 м. Крыша и торцы здания по- крыты листами волнистого алюминия. Фонари сделаны из прозрачной пластмассы. На рис. 17 и 18 показано строительство открытого склада поташа в США в 1956—1957 гг. Интересной кон- структивной особенностью решения склада является уменьшение пролета, а соответственно и сечения основ- ных арок за счет введения деревянных клееных консо- лей с жесткой заделкой, на которые арки опираются. На рис. 18 видно веерообразное расположение полуарок в торце здания. В 1956—1957 гг. в США строилось несколько кры- тых стадионов (во Флориде, Вест-Хемпстеде, Шенекта- де) с клееными арками пролетом 75 ли На рис. 19 и 20 показано строительство одного из них (Вест Палм Бич). Стадион перекрыт 12 клееными деревянными трехшарнирными арками пролетом 74,4 ли Высота здания 22 ли Шаг арок 4,8 ли Сечение арок пря- моугольное, склеенное из досок разных пород, шириной 27,5 ели Высота сечения арок переменная: у опор — 62 см, в зоне максимального момента — 115 ели Ввиду большой длины дуги, равной 88 м, арки были сделаны из четырех частей (по длине). При сборке на постройке ча- сти арок стыковались уголками и стальными накладка- ми на болтах и тарельчатых шпонках. Ключевые и опор- ные шарниры стальные, сварные- Распор каждой арки воспринимается тремя затяжками диаметром 37,5 лгм, проходящими под полом. Фундаменты железобетонные. Для раскрепления арок из плоскости имеются четыре ря- да клееных прогонов высотой 30 см. Нижняя часть се- чения арки раскреплена с помощью подкосов из стальных труб диаметром 7,5 см к этим же прогонам. По аркам уложен и закреплен гвоздями и болтами шпунтованный настил 12,5X18 см. . Допускаемые напряжения для клееных арок были приняты следующими: при изгибе — 196 кг/см2, при сжа- тии — 140 кг/см2, при скалывании — 14 кг/ш2, при смя- 25
Рис. 21 — Использование клееных арок архитектором Луиди (США) рис 22 — Клееные рамы красильного цеха (Англия, 1957 г.) 26
тии поперек волокон — 31,5 кг/см2. Модуль упругости 126000 кг/см2. Клееные конструкции для стадиона были доставле- ны к месту строительства по железной дороге на расстоя- ние 1 600 км- На рис. 21 показано, как используются клееные дере- вянные арки в одной из построек, возводимой по проекту американского архитектора Лунди. Некоторые специализировавшиеся на производстве клееных конструкций американские фирмы выпускают в продажу готовые клееные полуарки. В спецификациях указаны расчетные схемы и нагрузки для пролетов арок в пределах от 6 до 27 м с градацией через каждые 1,5 м. Шаг арок принимается от 3,6 до 5,4 м. Готовые полуарки привозят на место постройки н.а железнодорожных платформах или, чаще, на автомаши- нах. Длина полуарок иногда достигает значительной ве- личины (18—23 м). На месте постройки полуарки подни- мают автомобильным или гусеничным краном и с лег- ких подмостей производят монтаж верхнего шарнира, со- стоящего из двух деревянных или стальных накладок на болтах. 3. Рамы На рис. 22 показано здание красильни ковровой фаб- рики в Англии в процессе строительства (1957 г.). Выбор древесины для конструкции цеха объясняется тем, что металлические и кирпичные конструкции в данных про- изводственных условиях быстро разрушаются, и ремонт их требует непрерывных затрат- Пролет клееных рам 22,5 м, высота у конька 10 м9 высота стоек рам 4,8 ли Рамы сделаны из досок шириной 21 см и имеют перемен- ную высоту сечения — 45 см у опор, 64 см у перегиба и 21,3 см у вершины. Верхний шарнир решен врубкой вчетверть, с одной гладкокольцевой шпонкой диаметром 62,5 мм и болтом диаметром 12 мм. Затяжки диаметром 62,5 мм проходят под полом, По рамам уложены прогоны 7,5X22 см. Для склеивания рам применялся каскофен, резорци- новый клей, часто употребляемый в английских конструк- циях, находящихся в тяжелых эксплуатационных усло- виях. 27
Рис. 23 — Производство клееных рам (Англия, 1957 г.) На рис. 23 показано производство клееных рам на за- воде. Слева видна клееная полурама в момент запрес- совки ее в струбцинах. На рис- 24 показана перевозка по- лурам с завода на место постройки. Рис. 24 — Транспортировка готовых клееных полурам (Англия, 1957 г.) 28
Рис. 25 — Клееные конструкции крытых ж. л. платформ. (Англия, 1957 г.) Рис. 26 — Клееные рамы фанерной фабрики (ГДР)
Представленные на рис. 25 крытые платформы ri<5- строены на железнодорожной станции в Престоне (Англия) в 1957 г. Все конструкции навеса — колонны. консольные балки, арки, продольные балки — сделаны из клееной древесины. Толщина досок прямолинейных элементов 25 мм, изогнутых элементов — 10 мм. Склейка производилась водостойким клеем. Конструкции собра- ны на гладкокольцевых и тарельчатые шпонках. Мини- стерство путей сообщения Англии приняло решение о по- стройке таких навесов на многих железнодорожных стан- циях. На рис- 26 показан цех фанерной фабрики, построен- ный в ГДР в 1956 г- Длина цеха 100 м. Пролет рам 18,7 м, шаг 4,8 м, высота в коньке 6,1 ж, высота стоек 5 м. Рамы склеены из сосновых и еловых досок сечением 15x2,4 см и имеют двутавровое сечение. На рис. 27 показан ангар для самолетов с клееными рамами пролетом 34,5 м (Швеция). Продольные балки пролетом 21,6 м9 так же как и рамы, имеют клееные поя- са, прибитые к перекрестной дощатой стенке. В период второй мировой войны в Швеции было построено много Рис. 27 — Ангар шведской системы «НВ». Пролет 34,5 м 30
ангаров, из них 75% с применением рам подобной кон- струкции. Большинство этих рам изготовлялось на месте постройки- При пролетах порядка 30 м в стыках приме- нялись металлические накладки. На рис 28 видны клееные деревянные рамы двутав- рового сечения в покрытии зала армейской столовой, построенной в годы воины шведской фирмой «Торебёда». Рис. 28 — Клееные рамы в перекрытии армейской столовой (Швеция) Рис. 29 — Клееные рамы покрытия школы в Копенгагене (Дания) 3
Рис. 30 —Монтаж клееных рам с балкон (0111 Л. HWi г.) В Копенгагене (Дания) в 1950 г. было построено зда- ние школы (рис. 29) с применением клееных рам систе- мы НВ (см. стр. 8). На рис. 30, 31 и 32 показан монтаж построенного в Рис. 31 —Вид установленных рам в заводской упаковке (США, 1956 г.) 32
1956 г. в США деревянного конторского здания на 32 комнаты. Несущие конструкции его — трехшарнирные клееные рамы пролетом 11 м9 шагом 3,6 м. Ригели рам имеют небольшие консоли для получения разгружающе- го момента. На расстоянии 60 см от земли на стойки опи- раются балки, несущие пол. Поперечные связи в здании от- сутствуют. По ригелям рам уложен настил. Рамы сделаны из досок южной желтой сосны, :ечением 2,5X15 см, прочитан- ных антисептиком до склейки. На фотографиях хорошо вид- на изоляционная бумага, ко- торой обернута рама для за- щиты от повреждений на вре- мя транспортировки и монта- жа. На рис. 32 видна деталь очень простого решения узла примыкания балки к стойке арки. Балку укладывают на небольшую клееную консоль стойки и закрепляют во время монтажа накладками на бол- тах. На рис 33 показан жилой дом, построенный архитеч тором Лунди во Флориде (США). Кровля дома опирает Рис. 32 —Деталь присоединения балки к раме (США, 1956 г.) 3-1483 Рис. 33 —Клееные рамы архитектора Лунди (США)
ся на шесть клееных рам криволинейного очертания с пролетом 16 м и шагом 4,2 лс. Стены дома отделены от крыши, сверху остеклены, а двери сделаны раздвижны- ми; это дает возможность хорошо проветривать помеще- ние, что очень удобно в условиях жаркого климата. Этот жилой дом интересен как пример возможностей клееной древесины для осуществления самых разнообразных ар- хитектурных замыслов. 4. Фермы За годы второй мировой войны в США было изготов- лено много деревянных сегментных ферм с клееными поя- сами, пролетом 54—60 мл а также тысячи ферм с малыми и средними пролетами. При небольших пролетах и нагрузках клееным дела- ют только верхний пояс сегментных ферм, а нижний пояс и решетку — из обыкновенной цельной древесины. При больших пролетах и тяжелых нагрузках в сегментных фермах клееными делают и верхний и нижний пояса. На рис. 34 и 35 показана сегментная ферма пролетом 70 м, перекрывающая ангар для экспериментальных ис- следований в Миннеаполисе (США). В этой ферме верх- ний и нижний пояса состоят из трех клееных пакетов, Ряс. 34 — Монтаж сегментной фермы ангара с клееным верхним и нижним поясами. Пролет фермы — 70 м (США) 34
Рис. 35 — Детали сегментной фермы пролетом 70 м (США) решетка из древесины цельного сечения проходит между ними. В опорных узлах поставлены стальные башмаки- Монтаж этой фермы производился двумя кранами. Монтаж аналогичных ферм пролетом до 39 м обычно производится одним краном. На рис. 36 показан подъем сегментных ферм пролетом 39 м для зимнего стадиона. Рис. 36 —Подъем сегментных ферм крытого стадиона пролетом 39 м при помощи одного крана (США) 35
В США построен ряд стадионов, перекрытых сегмент- ными фермами пролетом до 60 м, с клееными нижним и верхним поясами, опирающимися на каркас, состоящий из клееных стоек и балок. Сегментные фермы в США имеют обычно треуголь- ную решетку с переменным направлением раскосов. Наи- более выгодным считается применение сегментных ферм при пролетах 24 м и более. Некоторые фирмы, занимаю- щиеся производством и монтажом сегментных ферм, из- готовляют типовые фермы пролетами от 7,5 до 45 м. Фер- мы применяют часто в перекрытиях складов вместо обыч- ных наслонных стропил на столбах, так как полезная площадь склада при перекрытии фермами увеличивает- ся в отдельных случаях до 20%^. Кроме того, в США и Англии разработаны легкие фермы стандартного типа для перекрытий малых проле- тов — для жилых домов, школ и др. Одна из американ- ских фирм совместно с американским Бюро стандартов установила, что в жилых домах площадью 7,8x9,6 м применение дощатых ферм с шагом 0,6 м вместо обыч- ных стропил с шагом 0,4 м дает 28,4% экономии древе- . Рис. 37 — Экономичные деревянные фермы малых пролетоь для жилищного строительства (США и Англия) 36
сины и 36,8%i экономии рабочей силы *. Пояса таких ферм состоят из досок 5x10 см, раскосы и стойки — из досок 2,5X15 см. Накладки и косынки в узлах делают из досок или фанеры (рис 37, а). Стропила наслонного типа, с которыми производилось сравнение, были сделаны из до- сок 5X20 см. Потолки в том и другом случае обшивались листами сухой штукатурки. Кроме того, отпадает надоб- ность в устройстве несущих стен или столбов внутри зда- ния, что также дает значительную экономию. Фермы лег- ко сбиваются гвоздями на бойке на строительной пло- щадке или привозятся готовыми на место монтажа. Стандартные стропила для малых жилых домов (рис- 37,6) разработаны американской Мэдисонской ла- бораторией лесных продуктов совместно с английской Ассоциацией развития древесины. Деревянные фермы небольших пролетов применяют- ся часто в зданиях школ, поскольку в последнее десяти- летие в Англии и США получила распространение точка зрения, что школы надо строить малоэтажными (в 1 — 2 этажа) и из дерева. Школы строят обыкновенно из ан- тисептированной древесины, а иногда и из древесины, пропитанной огнезащитными солями. Некоторые школы целиком строят из дерева. Стены делают обшивными из досок или фанеры- В других типах школ из дерева де- лают только покрытия основного здания школы и спор- тивного зала. Конструкции балок и ферм в школьных зданиях при- меняют различные. В 1949 г. в Англии для перекрытия школьного спортивного зала была изготовлена сегмент- ная ферма с верхним поясом из досок на клею. Нижний пояс и решетка были сделаны из цельной древесины. Пролет фермы составлял 12 м, шаг ферм — 3 м. В настоящее время покрытия из клееных ферм или клееных,балок сплошного, а иногда коробчатого сечения с фанерными стенками можно встретить во многих школьных зданиях. Если шаг несущих конструкций не превышает 2,4 м, поверх них иногда укладывают 5-сан- тиметровый дощатый настил без прогонов. Снизу клее- ные конструкции оставляют обычно открытыми. В годы, предшествующие второй мировой войне, в Англии деревянные фермы делали преимущественно на 1 Practical Builder, t 13, № 3, 1948. 37
гладкокольцевых шпонках, а за последнее время в анг- лийской строительной практике все чаще стали приме- нять сегментные фермы с обоими поясами из клееной древесины, с характерной для английских ферм решет- кой без стоек- На рис. 38 показаны такие фермы пролетом 29,6 м с шагом 6 му с прогонами через 2,4 м, по которым уложен Рис. 38 —Сегментная ферма с верхним и нижним клееным поясоч Пролет 29,6 -и (Англия) шпунтованный настил из 5-сантиметровых досок. Разме- ры верхнего пояса 17,5x24,5 см. На рисунке видны в тре- тях пролета ферм продольные связи. Элементы решетки расположены в той же плоскости, что и пояса, и крепят- ся к ним при помощи металлических накладок на бол- тах- Усилия с верхнего на нижний пояс в опорном узле передаются через стальной башмак с накладками на бол- тах н шпонках. 5. Купола Клееные деревянные конструкции применяются так- же в куполах. В 1956 г. в США был построен купол из клееных арок диаметром 90 м. Купол состоит из 36 ради- альных клееных арок-ребер с очень небольшим для тако- го пролета постоянным сечением: 17,5x50 см. Высота ку- 38
Рис. 39 — Деревянный клееный купол диаметром 90 м (США, 1956 г.) Рис. 40 — Вид купола изнутри здания 39
пола 15,3 м- Верхнее сжатое и нижнее растянутое коль- ца сделаны из швеллеров и листовой стали. Стальные башмаки арок приваривали на месте постройки к ниж- нему кольцу. Длина клееных прогонов, уложенных с ша- гом 2,4 м, изменялась в зависимости от их положения в куполе от 7,5 до 0,9 м. Сечение их соответственно изме- нялось от 17,5X45 до 17,5X28,5 см. Перпендикулярно прогонам были уложены балки, не- сущие уеплоизоляционные плиты. Сверху и снизу балок, по диагоналям, крест-накрест были натянуты стальные тяжи. Купол опирается на железобетонные колонны, высту- пающие за стены зала. Монтаж производился спаренны- ми полуарками вместе с прогонами. При общей длине полуарок 45 м, их собирали тремя секциями по 15 м на земле. После установки первой 15-метровой спаренной сек- ции в проектное положение поднимали вторую секцию и соединяли их жесткими стыковыми накладками на шпонках и болтах. На рис. 39 и 40 виден собранный ку- пол. 6. Оболочки В 1957 г. в Англии цех ковровой фабрики площадью 35x35 м был перекрыт деревянной оболочкой, состоящей из четырех гиперболических параболоидов. Опорами оболочки являются четыре железобетонных столба, рас- положенных посредине каждой из сторон квадрата, обра- зуемого в плане этими параболоидами (рис. 41 и 42)- Оболочка толщиной 46 мм образована из трех слоев до- сок сечением 1,5x12,5 см. Доски в нижнем и верхнем слоях уложены в продольном направлении, а в среднем— под углом 45° к ним. Средний и нижний слои досок при- клеены друг к другу, а верхний слой досок прибит к ним гвоздями длиной 43 мм. Бортовые элементы оболочки со- стоят из клееных балок сечением 25x35 и 30x50 см. По диагоналям цеха поверху колонн натянуты стальные тя- жи воспринимающие распор. Вертикальные тяжи рабо- тают на отрывающие усилия ветра. Постройке этого ги- перболического параболоида предшествовало испытание} его модели в *Д натуральной величины. Для изготовле- ния этой оболочки пришлось забить 100 тыс. гвоздей, что., безусловно, является недостатком этой оригинальной 40
Рис. 41 и 42 — Оболочка—гиперболический параболоид и дереве (Англия, 1957 г.) конструкции, обладающей кроме этого общим со всеми оболочками минусом — необходимостью устройства для ее возведения сплошных лесов. Вслед за этой оболочкой аналогичные покрытия сти- ли возводить как в Англии, так и в США- В Нортхамптоншире (Англия) в 1958 г. был построен общественный центр с залом для собраний, концертов и пр. (рис. 43). Здание это перекрыто деревянной оболоч- 41
Рис. 43 —Зал, перекрытый гиперболической оболочкой (Англия, 1958) кой — гиперболическим параболоидом размером 18х Х18 м. Покрытие опирается на два железобетонных контрфорса. Стены здания кроме собственного веса на- грузки «не несут. Оболочка, как и в предыдущем примере состоит из трех слоев шпунтованных досок толщиной 21 мм. По периметру оболочка закреплена сверху и сни- зу двумя клееными балками сечением 17,5x25 см. В 1959 г. в Ипвич (Англия) было сделано покрытие над скотным двором площадью 12X18 я в виде оболоч- ки из гиперболических параболоидов. Оболочка состоит из двух слоев креоэотированных шпунтованных досок 2,5x12,5 см и опирается на креозотцрованные столбы. Для гидроизоляции между верхним и нижним рядами до- сок оболочки проложен тонкий слой алюминия. Распор оболочек воспринимается затяжками. В США аналогичные оболочки также применяют для легких крыш заправочных автомобильных станций, тор- говых залов, библиотек, жилых домов и пр. Делают их обычно из трех слоев досок на гвоздях. Преимуществом такой конструкции является малое число опор, что осво- бождает свободное пространство внутри здания и малое количество требуемых материалов. 42
7. Конструкции деревянных сельскохозяйственных зданий В США фирма «Рнлко», начиная с 1940 г, стала вы- пускать легкие клееные арки сечением 4X14 см для сель- скохозяйственных зданий различных пролетов. Основным преимуществом клееных арок такого типа является их малый вес, что позволяет двум-трем рабочим производить сборку и м<?нтаж без помощи лесов, так как их успешно заменяют прибиваемые к аркам прогоны Арки образуют одновременно и каркас стен и перекрытие. За последние годы эти арки производятся по поточ- ному методу сначала пакет из четырех обмазанных кле- ем брусочков закладывают в машину, где им придают требуемую кривизну и запрессовывают Затем они про- ходят между электродами, где клей в поле токов высо- кой частоты полимеризуется за несколько минут. Таким образом, из машины выходят готовые полуарки, которые требуют лишь торцовки, после чего их можно транспор- тировать к потребителям. Древесины для полуарок требуется мало, а поточный выпуск удешевляет их производство. Малый вес полу- грок и легкость сборки обеспечивают транспортабель- ность и быстроту их монтажа. Для примера приводим размеры некоторых стандарт- ных полуарок, изготовляемых в США заводским спосо- бом. Пролет Высота Сечение в м в м в см 3,6 2,1 3,75x4,4 6 2,85 3,75 Х7.5 9,6 5,1 4,85x11,35 10,8 5,4 4,85X13,1 12 6 4,85 X 15 13 7,5 4,85X17,8 18 9 4,85 Х20.8 Арки обычно устанавливаются с шагом от0,4до1,1 и На рис. 44 показано возведение навеса для сельско- хозяйственных машин, монтаж полуарок легко произво- дится всего тремя рабочими. 43
Рис. 44 —Монтаж навеса над сельскохозяйственными машинами из легких клееных полуарок (США) Рис. 45 — Чертеж теплицы (Англия, 1949 г.) 44
Ma рис. 45 показан чертеж арочнбго покрытия тёшм- цы, построенной в 1949 г. в Англии. Несмотря на тяжг- лый температурно-влажностныи режим теплицы, несущие конструкции были все же запроектированы и выполне- ны из дерева. Клееная трехшарнирная арка несиммет- ричного очертания пролетом 9,6 м имеет сечение шири- ной 8,4 см, высотой от 15 до 19 см. Переменная высота Рис. 46 — Стойка рамы, продольные решетчатые связи навеса и клееные прогоны равного сопротивления арок вызвана стремлением свести к минимуму затемне- ние теплицы. На рис. 46 показана стойка рамы навеса и* клееной древесины, построенного в Париже в 1950 г. для Выстав- ки сельскохозяйственных машин. Справа и слева стойки 45
tla фотографии йидны клееные прогоны равного сопро- тивления. Для уменьшения расхода древесины здесь усложнено выполнение конструкций и стойки и прогонов. Сравнение конструкции этого навеса с предыдущими дает возможность выявить разницу между американски- ми и европейскими деревянными клееными конструкция- ми в целом. В Западной Европе оплата рабочей силы ни- же, чем в США, а стоимость леса выше, поэтому в евро- пейских странах стремятся к экономии древесины, даже если это влечет за собой усложнение конструкций, а в США предпочитают применять более легко выполнимые конструкции, даже если это связано с некоторым пере- расходом древесины. Наряду с высокоиндустриальным, заводским изготов- лением деревянных конструкций для сельскохозяйствен- ных зданий существует совершенно другой тип сельско- хозяйственных деревянных построек. Примером такой постройки может служить; навес для машин, пред- ставленный на рис. 47. Конструктивно он ничем не отличается от дазио известной каркасной кон- струкции на стойках. Од- нако некоторые особенно-i сти этого вновь применяе- мого неклееного типа по- строек заслуживают вни- мания. Строительные фирмы, специализирован- шиеся на такого рода мел- ких постройках, сумели Рис. 47 — Навес над машинами из стандартных антисептированных элементов (США) 46
добиться очень низкой стоимости их при вполне удовле- творительном качестве благодаря применению современ- ных методов строительства. Эти фирмы делают заготовки стандартных стеновых панелей, стандартных бревен диаметром 12,5—15 см, длиной от 4,2 до 7,5 м и шпунтованных досок сечением 5X15 см. Расстояние между стойками принимается от 2,4 до 4,2 м- Стойки привозят на место постройки заранее подго- товленными к сборке по длине, пропитанными креозотом под давлением с удержанием антисептика 130 /сг/л£3, что соответствует принятым в США нормам для стоек, нахо- дящихся в соприкосновении с грунтом. Стойки зарывают в землю на глубину от 120 до 150 см. Если прежде в США строили подобные навесы в ос- новном только для нужд сельского хозяйства, то в 1958 г. уже стали строить склады, сельские павильоны, ресто- раны и многие другие сооружения такой конструкции. 8. Мосты и эстакады В США на второстепенных магистралях, а нередко и в городах автодорожные мосты строят из дерева. Как правило, ездовое полотно всех деревянных мостов делается деревобетонным. Практика последних 27 лет показала, что это покрытие полностью себя оправдывает. Делается оно так: по несущей конструкции моста укла- дывается сплошной настил в виде деревоплиты с чере- дующейся высотой досок — 15 и 20 см. В доски забива- ют выступающие стальные трапецеидальные пластинки. В зоне отрицательных моментов на опорах укладывают арматуру диаметром около 15 мм. Остальную часть пли- ты армируют слабо — лишь для предотвращения дефор- мации от температурных воздействий и от усадки бето- на- На подготовленную таким образом деревоплиту укла- дывают слой бетона толщиной 10—15 см*. * Wood Preserving- News № 1, 4, 10, 1954. Е. 3. Шацкий. Сопряженные конструкции из дерева и бе- тона по опыту США. Сборник „Строительные конструкции про- мышленных сооружений*. Стройиздат, 1946. 47
Вся древесина, предназначенная под заливку бето- ном, антисептируется, но так как бетонное покрытие за- щищает ее от увлажнения, удержание антисептика назна- чается небольшим — 32 л:гАм3. Деревянные мосты, строящиеся в настоящее время в США, можно разделить по типам на свайные, подкос- ные, сквозные (причем фермы часто содержат клееные элементы} и сплошные из клееных балок и арок. Основной тенденцией в деревянном мостостроении США является стремление к удешевлению конструкции Рис. 48 —Типовой автодорожный мост под тяжелую нагрузку (США) за счет выработки стандартных решений и обязательное антисептирование всей древесины. Опыт длительной экс- плуатации показал, что средний срок службы открытых мостов из непропитанной древесины 10—12 лет, а мостов из пропитанной древесины значительно больше. В прак* 48
тике есть много примеров, когда такие Мосты эксплуати- руются 18—30 лет без признаков загнивания1; На рис. 48 показано строительство одного из типовых автодорожных мостов, строившихся в штате Вайоминг в 1945—1950 гг. Мост рассчитан на тяжелую нагрузку. Ширина его проезжей части — 9 м- Имеются стандарт- ные проекты пятипролетных мостов различной длины — 27,5; 37,5; 47,5 и 67,5 м. В штате Вашингтон в эти же годы надо было срочно сменить 27 шоссейных мостов с шириной проезжей части 6,2 м- Оказалось, что быстрее и дешевле всего сделать эти мосты на сваях. Специальная бригада (7 человек во главе с десятником), оснащенная переносной силовой станцией (для электропилы и электросверла) и грузовой машиной, оборудованной краном-укосиной и бабой для забивки свай, сдавала в эксплуатацию мост пролетом 7,2 м за три 8-часовых рабочих дня. Пролеты между сваями были 5,7 и 6,9 м для того, чтобы можно было при- менить прогоны стандартной длины — 6 и 7,2 м. Проез- жая часть мостов была выполнена из досок сечением 10X30" см. Металлические крепления состояли из болтов и скоб. Вся древесина моста была пропитана антисепти- ками под давлением. На рис. 49 показан часто встречающийся тип ферм для моста с ездой понизу. Фермы сделаны из досок се- чением 5ХЮ см. Пролет их 49 м- Все элементы ферм за- готовлены заранее, пропитаны солями Вольмана2 и до- ставлены на место вместе с металлическими крепления- ми для сборки и монтажа. В 1943 г. на шоссе Алькан (США) было построено много шоссейных мостов такого типа под тяжелую нагрузку, так как опыт эксплуатации мостов аналогичной конструкции на протяжении более 20 лет доказал их надежность. В эти же годы для постоянных шоссе в Националь- ных парках (США) был построен ряд таких мостов3, Например, мост через реку Калава имеет пролет 40 м и ширину проезжей части 4,2 м. Он рассчитан на нагруз- ку от двух 20-тонных грузовиков с 75-тонным краном. iVood Preserving News № 3, 4, 1954; № 1, 1955. 2 Соли Вольмана, применяемые в США, представляют собой смешанные препараты на основе фтористого натрия с добавле- нием в различных количествах бихромата натрия или калия, сое- динения мышьяка и динитрофенола. sWood Preserving News Mfe 4, 1952, 4-1483 49
Рис. 49 — Автодорожный деревянный мост с ездой понизу (США) Рис. 50 —Трехпролетный мост с клееными элементами (СШЛ, 1953) 50
Верхний пояс сегментных ферм Моста сделан клееным, сечением 27,5x62,8 см. Нижний пояс тоже клееный, сече- нием 27,5X32,5 см- Поперечные балки проезжей части сечением 72,5X85,3 см также клееные, они подвешены в узлах нижнего пояса на четырех 27-миллиметровых бол- тах. Опорный узел решен на стальных накладках, прива- ренных к опорной плите и наклонному 59-миллиметрово- му листу, в который упирается верхний пояс. Фермы бы- ли заготовлены и собраны, затем разобраны и отправле- ны в другой город для пропитки антисептическим соста- вом (мазут—креозот 50 : 50) с удержанием его 130 кг/м*. Затем пропитанные элементы были Доставлены к месту постройки, где фермы были собраны и подняты двумя кранами за верхний пояс. При расчете допускаемое напряжение при изгибе цельных стержней принималось 126 кг/см2, а для клееной древесины — 189 кг/см*. На рис. 50 показан построенный в США в 1953 г. трехпролетный мост со сквозными фермами, рассчитан- ный на подвижную нагрузку в 75 г. Крайние пролеты мо- ста — по 45,6 м, средний пролет — консольный, — 46,5 м. Пояса ферм, сжатые элементы решетки и прогоны — клееные- Заготовленные для сборки элементы моста бы- ли пропитаны креозотом под давлением. На рис. 51 показан уличный арочный сквозной мост с ездой поверху, построенный в г. Такоме (США) в 1942 г. Клееные фермы моста также сборные, пропитанные под давлением составом хемонит — солями, не растворимы- ми в воде. Начиная с 1945 г-, в США стали строить арочные клееные двух- и трехшарнирные мосты сплошного сече- ния, пролетами 27—36 м, под железнодорожное полотно и интенсивное автомобильное движение. В настоящее время в западных штатах США намечено строительство большого числа мостов такой конструкции1,2. На рис. 52 показан автодорожный трехшарнирный клееный арочный мост- Мост перекрывает каньон глу- ],а Engineering News Record, July 28, 1949. Western Construction news, v. XXIII, №9,1948. 51
Рис. 51 —Автодорожный городской мост г. Такома (США) Рис. 52 —Арочный клееный деревянный автодорожный мост. Пролет 31 м (США) Б2
бннон 15 м. Пролет арок 31 м. Несущие конструкции мо- ста — четыре клееные арки. Сечение двух наружных арок 22,5X60 см, двух внутренних 27,5x60 см.. Ширина моста 6 м. Все металлические накладки и крепления оцинкованы. Технику пропитки строительная фирма вырабатывала совместно с Мэдисоиской лабораторией лесных продук- тов- Так как готовую арку поместить в автоклав было невозможно, пришлось производить пропитку древесины до склейки, чего раньше для ыеаащищениых конструкций не делали- Стгачала древесину насыщали гидрофобным антисептиком для защиты от гнили и термитов. Затем доски строгали для получения хорошего клеевого шва, обмазывали клеем и запрессовывали в ваймах. Непо- средственно перед монтажом арки обмазывали тем же составом. На рис. 53 представлен двухшариирный мост анало- гичной конструкции пролетом 36 м. По этому мосту про- ложено железнодорожное полотно, автомобильная и пе- шеходная дороги. Предполагаемая (на основании опыта эксплуатации клееных и антисептированных мостов) долговечность этих мостов равна 50 годам. В 1954 г. в Канаде был выстроен деревянный балоч- ный мост с клееными прогонами (рис 54 и 55) Его от- личительной особенностью является применение заранее Рис. 53 — Арочный клееный мост под железнодорожное полотно, автомобильную и пешеходную дорогу. Пролет 36 м (США) 53
заготовленных прогонов, склеенных, а потом креозотиро- ванных под давлением. Конструкция этого моста проста и экономична. Прочность клееных креозотированных ба- лок уже проверена многолетним опытом. Мосты этого ти- па отвечают главным требованиям современности: сбор- иости, экономичности и долговечности. Показатели этого моста следующие: длина 62 м, ши- рина 6,6 м, центральный пролет, перекрытый клееными Рис. 54 — Балочный мост с клееными прогонами, пролетом 18 и (Канада, 1954 г.) балками,— 18 м. Въездные эстакады имеют с каждой стороны по пять пролетов на сваях. Сечение наружных балок моста 22,5X117,5 см. Сечение центральной балки равно 32,5X130 см. Для обеспечения устойчивости балок из их плоскости (9то особенно важно во время заливки моста бетоном) установлены четыре поперечные клееные диафрагмы- По пяти прогонам, лежащим на клееных балках, уложен и в центральном пролете и на эстакадах продольный на- стил — деревоплита из досок сечением 5x10 см- Поверх дереваплиты уложен 10-сантиметровый слой слабоарми- рованного бетона. Фактический прогиб основных 18-метровых клееных балок от постоянной нагрузки оказался равным Зсм, т.е. меньше ожидаемого расчетного — 5 см. Вся древесина 54
моста была пропитана креозотом, кроме ограждешш а поручней, которые для лучшего внешнего вида были про- питаны солями Вольмана. В Т950 —1954 гг. miho- го балочных мостов этого типа строилось в запад- ных штатах США. В 1957—1958 гг. уже были выстроены мосты с клее- ными прогонами длиной до 30 м и сечением 30 х XI59 см. На основании опыта эксплуатации имеющихся антисептированных дере- вянных мостов и клееных конструкций высказывает- ся предположение, что долговечность мостов та- кого типа будет состав- лять около 75 лет три ми- нимальных эюоплуатацч- онных расходах1. Рис. 55 —Детали клееных балок моста (Канада, 1954 г.) На рис. 56 показаны экспериментальные участки же- лезнодорожной эстакады (США) с клееными прогонами и насадками из 5-сантиметровых досок, которые после острожки имели толщину 4,13 см. Насадки сечением 34,5X37 см были составными и по высоте и по ширине. Длина прогонов сечением 18,4X45 см — 9 м. Влажность досок при склейке составляла около 15%. Длина досок для прогонов была различной, стыки длиной 45 см- Скле- ивание производилось под давлением 7 кг/см2, которое сохранялось в течение 24 час. при температуре 20°. Скле- енные балки пропитывали креозотом под давлением, без применения наколов, до полного насыщения, ц*то дало привес креозота примерно 200 кг/м*. Пропитка под дав- лением не вызвала расклеивания в швах. Результаты об- следования этих клееных прогонов через 8 лет реальной эксплуатации (в 1953 г.) в эстакаде под железной доро- гой и сравнение их с прогонами из цельной древесины соседних пролетов показали, что клееный шов при рабо- * Wood Preserving Nevs fk 7, 1954. 55
Рис. 56 — Экспериментальный участок клееной железнодорожной эстакады (США) те под переменной нагрузкой имеет достаточную проч- ность и что такие конструкции пригодны для эстакад. В США продолжают также применять эстакады из цельной древесины. Участки железнодорожного пути, ча- сто значительной протяженности и высоты, устраивают на деревянных эстакадах. 9. Применение фанеры в клееных конструкциях Водостойкая фанера, приготовленная на смоляных фе- нольных клеях, применяется в ограждающих и несущих элементах зданий уже более 20 лет и широко использует- ся в США, Канаде, Англии, Франции, Швеции и пр. Про- изводство фанеры в зарубежных странах непрерывно ра- стет- В 1947 г. в США вырабатывалось 1500 тыс. мъ фа- неры, в 1957 г. эта цифра возросла до 4992 тыс. ж*, а в 1959 г. было выпущено 6640 тыс. мг фанеры, причем свы- ше 50%' этого материала расходуется на строительные нужды. В США и Канаде около 30% ежегодного произ- водства фанеры идет на жилищное строительство- Заводы изготовляют из фанеры крупные стеновые па- нели, щиты перекрытий и кровли. В сельском хозяйстве США, Канады, Англии получили большое распростране- ние фанерные постройки. Из фанеры уже много лет 56
строят амбары, силосные башни, бункеры, зернохранили- ща, телятники, птичники и пр. Большую экономию в строительстве приносит исполь- зование опалубки из водостойкой фанеры для железобе- тонных и бетонных работ. Оборачиваемость такой опа- лубки равна в среднем нескольким десяткам раз, а в от- дельных случаях доводится и до 100 раз. Довольно часто фанера применяется также в стенках двутавровых и коробчатых балок или рам, в косынках, накладках и прокладках деревянных ферм и в элементах типа 'сен'двич (прослоенных конструкциях), состоящих из легкой пористой средней части и приклеенных к ней тон- ких жестких несущих материалов, например, фанеры. Описания применения фанеры в зарубежном строи- тельстве в русской литературе имеются1. Поэтому оста- новимся лишь на интересных примерах последних лет- На рис 57 приведена фотография строющегося в Анг- лии (1959 г.) сельскохозяйственного здания по типу по- строек, применяющихся в Канаде и США. Деревянные легкие рамы сделаны из досок толщиной 5 см, соединенных между собой угловыми фанерными ко- сынками на гвоздях. Пространственная жесткость всего здания обеспечивается обшивкой фанерными листами, которые прибивают к рамам по мере их монтажа оцинко- ванными гвоздями. Наружная обшивка ног рам состоит из листов водостойкой фанеры размером 2,4X1,2 м, тол- щиной 9 мм- Внутренняя обшивка — из фанеры толщи- ной 8 мм. Кровельные панели укладываются горизон- тальными рядами внахлестку, с промазкой швов масти- кой и последующей окраской кровли и стен. Пролеты рам достигают 15 мщ но обычный размер та- ких построек 11,5X33 м. Отепление из стекловолокна; вентиляционные отверстия близ каждой рамы создают нормальный тепловой и влажностный режим в здании. На рис. 58 показан монтаж в 1958 г. фанерных скла- док, перекрывающих площадь 33x36 м близ Сиэттля (США). Складки опираются на 4 ряда клееных прогонов, ле- жащих на стенах здания. Пролет каждой складки 7,8 м, а ширина — 3 м. Складки собирались на месте работ из 1 А. Б. Губенко, «Применение фанеры в строительстве США и Европы», Бюллетень строительной техники № 17/18, 1946. В. М. Хрулев, Повышение долговечности строительной фанеры, Госстройиздат, 1958. 57
Рпс 57 — Постройка ил легких рам с применением фанеры (Англия, 1959 г.) Рис. 58 — Складки из фанеры (США, 1958) 53
Рис. 59 — Гиперболический параболоид из фанеры (СШЛ, 1958) 15-миллиметровой фанеры на клею и гвоздях из загото- вок и деталей заводского изготовления- Сечение поясов складок 10X10 см (верхний) и 7,5X10 см (нижний). Реб- ра жесткости сделаны из брусков 5ХЮ см и 7,5X10 см. Рис. 60 — Своднкн из панелей сендвич из бумагой (США, 1958) фанеры с ячеистой 59
Монтаж складок производился краном н был закон- чен за 9 часов. На рис. 59 показан построенный в 1958 г. прл универ- ситете штата Канзас (США) фанерный гиперболический параболоид, опирающийся на три бетонные опоры. Обо- лочка состоит из двух одинаковых поверхностей по 6X6 м, имеющих общий бортовой элемент, который идет от середины одной стороны длиной 12 м к средней точке противоположной 12-метровой стороны. Бортовые эле- менты склеены из фанеры. Сама оболочка состоит из двух слоев шестимиллиметровой фанеры, нарезанной на полосы, шириной 30 см. Слои связаны между собой клеем и гвоздями* Этот павильон простоял зиму и был затем испытан на- грузкой до разрушения, для получения эксперименталь- ных данных по применению фанеры в будущих построй- ках такого типа. На рис. 60 показан монтаж перекрытия сводикамн сендвич с наружными слоями из фанеры спортивного за- ла в г. Такома (США) в 1958 г. Площадь зала 22X29 м. Пролеты сводиков 4,8 м. Верхний слой фанеры имеет толщину 8 мм, а нижний — 6 мм. Между фанерными слоями находится 18-милли- метровый слой ячеистой бумаги — так называемая «со- товая серединка». Панели длиной 1,2 м заканчиваются шпунтом для облегчения сборки- До осуществления этого покрытия, сводики были ис- пытаны нагрузкой, соответствующей четырехкратной рас- четной и показали хорошую прочность и жесткость. Приведенный на рис. 60 английский павильон на Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 г. также облицо- ван фанерной конструкцией типа сендвич.
III. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВА- НИЯ И ПРОИЗВОДСТВА КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 1. Проектирование клееных конструкций Проектирование клееных конструкций в США в ос- новном базируется на материалах испытаний и рекомен- даций Мэдисонской лаборатории лесных продуктов. Эти- ми же материалами в большой степени пользуется и Ка- нада. Прежде чем приступить к исследованию клееных кон- струкций в США, в 1935 г. Мэдисонская лаборатория от- командировала специалиста (Вильсона) для осмотра со- хранившихся в Европе клееных конструкций, построен- ных по патенту Гетцера (Германия, 1907 г.). Хорошее состояние этих конструкций после 25-летней эксплуатации послужило отправной точкой к постановке соответствующих исследований клееных конструкций в США. Основная серия испытаний клееных элементов и арок была выполнена Мэдисонской лабораторией к 1939 г. В дальнейшем лабораторией были продолжены работы в этой областной создана методика расчета, которая при- нята сейчас в США и Канаде, Основной породой древесины, которая применяется в США для изготовления клееных конструкций, является дугласова пихта. Довольно часто также применяется южная сосна. Так как в отдельных конструкциях часть сечения мо- жет состоять из других пород древесины, в американских справочных материалах даются необходимые характери- стики 20 древесных пород. 61
Канадские строительные правила (1953 г.) приводят Данные для 41 древесной породы. В Ев-pone, импортирую- щей древесину из разных стран света, интенсивно произ- водятся исследования различных пород древесины для определения допускаемых напряжений и создания еди- ной маркировки для различных стран. В США и Канаде допускаемые напряжения для клее- ных элементов принимаются существенно увеличенными по сравнению с допускаемыми напряжениями для цель- ной древесины. В США это увеличение примерно состав- ляет: для напряжения при растяжении и изгибе 20—25%, при сжатии вдоль волокон 38—40%, при скалывании и смятии 14—15%. Модуль упругости увеличен на 13%'. Повышение допускаемых напряжений для клееных конструкций основано на малой вероятности совпадения в одном сечении пороков отдельных досок. Эта вероят ность тем меньше, чем больше число слоев досок, обра зующих сечение. Статистический анализ результатов испытаний клее- ных элементов при различном расположении пороков и различных сортах и числе досок дал возможность в М> дисонской лаборатории 'вычислить вероятное увеличение прочности при той или иной комбинации с 0,5% ошибки. В таблицах допускаемых напряжений для клееных элементов даются два значения напряжений: одно для клееных сечений с числом слоев от 4 до 14, второе для сечений с числом слоев 15 и более. Величина допускаемых напряжений для древесины зависит также от ее влажности. Поэтому в США допус- каемые напряжения даются для двух состояний древе- сины по влажности: для влажности, соответствующей полному насыщению волокна и до 15% и для влажности 15% и менее (промежуточные значения находят по ин- терполяции). Приводим несколько значений допускаемых напря жений для клееных элементов из дугласовой пихты (табл- 1). В справочных материалах США аналогичные табли- цы име-ются также для южной сосны, березы, клена, ясе ня, дуба, вяза, тополя и других пород древесины. Для расчета клееных элементов двутаврового сече- ния и других не прямоугольных сечений приведенные в таблице величины напряжений применять нельзя, так как 62
Г-а блица 1 Допускаемые Напряжения для дугласовой пихты и 4» Число ело "ф От 4 до Сорта внут- ренних слоев Плотный, высший строи- тельный № 2 Плотный, высший строи- тельный № 2 Сорта наруж- ных слоев Допускаемые изгибе растяже- нии Влажность до 75°б Чистый ! 210 (плотный) № 1 140 210 140 Влажность' более 15 Чистый (плотный) № 1 168 112 168 112 напряжения в кг\см2 при сжатии вдоль волокон 168 126 >ъ | 119 91 скалы- вании 11,6 11,6 | 10,2 10,2 смятии 32 27,3 21,4 18,2 Примечание. Модуль упругости во всех случаях принимается равным 126 000 кг/см. влияние пороков древесины в досках поясов резко воз- растает. В этих случаях допускаемое напряжение умно- жают на коэффициент формы, имеющий значение от 1 до 0,8. Величины допускаемых напряжений при проектиро- вании клееных конструкций изменяются в зависимости от продолжительности нагружения; в США в этом слу- чае рекомендуются следующие поправки: нагрузка постоянная или на много лет . . 90% от допуска- емой нагрузки полная нагрузка, приложенная на 2 месяца .115% то же полная нагрузка, приложенная на 7 дней . Л25% » » снег . . . ........ .115% » » ветер и землетрясение 133% » » ударная нагрузка 200% » » Все комбинации нагрузок должны удовлетворять соответствующим требованиям. Например, при расчете элемента на постоянную нагрузку напряжение в нем не должно превышать 90% от допускаемого, а при расчете 63
на Постоянную и снеговую нагрузку напряжение в эле- менте должно быть не более 115% от допускаемого. Модуль упругости при расчете принимается постоян- ным в зависимости от влажности древесины. В том слу- чае, если расчет на прогиб имеет существенное значение, предлагается суммировать временную и удвоенную по- стоянную нагрузку. Если временная нагрузка для дан* ной конструкции может в дальнейшем оказаться дли- тельно действующей, для расчета прогиба принимают удвоенную сумму постоянной и временной нагрузок. Для криволинейных клееных элементов учет началь- ных напряжений, возникающих в досках при гнутье, про- изводится умножением величины основного допускаемо* vo напряжения на коэффициент где t — толщина слоя, a R — радиус кривизны. При расчете элементов, у которых отношение радиу- са кривизны к высоте элемента меньше 6, применение обычных формул расчета балок дает ошибку около 5%. Мэдисонская лаборатория рекомендует следующие ми- нимальные радиусы кривизны в зависимости от толщины слоя и породы древесины (табл* 2). Таблица 2 Минимальные радиусы кривизны в зависимости от толщины слоя Толщина слоя в м 6,3 8 9,6 И 12,5 16 18,8 20,3 25 31,3 37,5 43,7 50 Рекомендуемый минимальный радиус кривизны в см для белого дуба 45 60 75 90 108 145 182 197 26? 350 445 542 640 дугласовой нихты или южной желтой сосны 77,5 103 128 158 185 245 312 342 427 567 708 808 1000 64
Практика строительства в США показала, что при отношении высоты прямоугольного сечения к его шири- не, не превышающем lU~~Vs» сечение клееных арок обла- дает достаточной устойчивостью. Вертикальные или на- клоннее стойки трехшарнирных рам с пропорциями се- чения, не превышающими указанных, обычно оставляют свободными на всю их высоту, т. е. без раскреплений. В тех же случаях, когда хотят определить устойчивость арки, расчет ведут приближенно, по аналогии с сжатой стойкой. Стыки в клееных элементах располагают вразбежку. Для облегчения производства работ допускается распо- ложение стыков в одном сечении, в несмежных слоях, что удобно, если доски имеют стандартную длину. Уклон стыков «на ус» в США, Канаде и Западной Ев- ропе принимается обычно 1:12. Однако в случае распо- ложения стыков в сжатой зоне разрешается уклон 1 : 5. Канадские строители пользуются величинами допу- скаемых напряжений, приведенными в табл. 3 («Канад- T а б л и ц а 3 Допускаемые напряжения для цельной и клееной древесины Строительный материал Цельные пило- материалы СО >=5 О) X « к я Кле сина в защи- щенных условиях в незащи- щенных условиях Порода Дугласова пихта побе- режная средней плотности То же Допускаемые напряжения изгибе 119 193 151 растяже- нии вдоль волокон 119 193 1 I 154 сжатии вдоль волокон 84 127 102 в кг\см скалыва- нии 7 10,5 9,1 3 при смятии 16,5 24,5 16,5 Примечание. Модуль упругости во всех случаях принимается равным 112 000. 5-1483 65
ские строительные правила» 1953 г.; в таблицу входят характеристики допускаемых напряжений для 30 tki- РОД)- Из табл. 3 видно, насколько выше принимаемые в Ка- наде величины допускаемых напряжений для клееных элементов, чем для обычных пиломатериалов. 2. Увеличение долговечности деревянных конструкций Пропитка древесины антисептиками под давлением практикуется в США примерно с 1840 г. В настоящее время за небольшими исключениями вся пропитка дре- весины производится под давлением. Все сваи, шпалы, паркеты пропитываются антисепти- ками. Антисептической пропитке подвергаются 80% ли- ственных и 18% хвойных пород, применяемых в строи- тельстве; 90% древесины пропитываются креозотом, им- портируемым США в большом количестве, помимо имею- щегося в стране. К 1954 г. в США имелось 288 пропиточ- ных заводов, из которых 195 были оборудованы для про- питки под давлением, 77 — для поверхностной пропитки и 16 — для обоих видов пропитки1. Для консервирования клееных элементов применяют- ся и водные, и маслянистые антисептики. Для всех мас- лянистых веществ рекомендуется ограниченное поглоще- ние. При применении антисептиков до склеивания тре- буется соблюдение ряда специальных правил, Пропитка готовых клееных элементов под давлением не всегда возможна из-за формы и размеров элементов- Так как клеевые швы препятствуют прониканию антисептиков, внешние слои клееных конструкций иногда делают более толстыми, чем внутренние. Элементы из дуглаоовой пих- ты, если они толще 7,5 см, пропитывают с четырехсторон- ними наколами. Непременным условием хорошего антисепт.ированпя является тщательная обработка антисептиком отверстий для болтов, подтесок и пр. Подтески промазывают горя- чим креозотом, а сверху покрывают еще специальным за- крепляющим составом. Одна американская фирма вы- пускает устройство для сверления болтов с приспособлен 1Wood Preserving News Ks 9, 1954. 66
иием для одновременного наполнения отверстий антисеп- тиком. Болты и глухари перед закладкой их в древесину погружают в горячий антисептик. Для антисептирования применяют также поверхност- ное нанесение растворов щетками. Множество примеров доказывает, что антисептиро- ванная древесина даже в самых тяжелых условиях экс- плуатации служит десятки лет при минимальной стои- мости содержания конструкции. Многие креозотированные мосты, например, служат 40—50 лет* Деревянные антисептированные столбы — те- леграфные и линии электропередачи, подвергающиеся действию бурь, разливов рек и пр., служат по 25—30 и даже 40 лет. Древесина их настолько хорошо сохраняет- ся, что даже после замены столбов, вызванной механиче- скими повреждениями, их используют для работы в ме- нее тяжелых условиях, например делают из них ограж- дения, дорожные указатели, а в сельском хозяйстве — навесы, амбары, загоны, кормушки и т. д. Применение антисептирования древесины для сель- скохозяйственных построек имеет также большое значе- ние. Условия эксплуатации в сельском хозяйстве тяже- лые, но стоимость антисептирования полностью окупает^ ся, так как все постройки и ограждения хорошо сохраня- ются на протяжении 20—30 лет. Примером хорошей службы в тяжелых условиях яв- ляется выстроенный в Портленде (США) в 1942 г. сухой док из древесины, пропитанной солями Вольмана. Дре- весина дока повергается постоянно переменному смачи- ванию, но признаков загнивания до сих пор нет. Интересный пример долговечности антисептирован- ной древесины представляет собой эстакада, выстроен- ная в 1918 г. вдоль побережья океана близ Лос-Анжело- са (США). Эстакада длиной 600 м имеет 114 пролетов на креозотированных сваях длиной от 8,3 до 21 м, заби- тых в дно океана. По этой эстакаде проходила деревян- ная канализационная труба из клепок- Через пять лет другая труба большего диаметра из железобетона была уложена по дну океана, но деревянную трубу сохранили для отвода избыточных вод во время дождей. В 1933 г. деревянную трубу вскрыли и убедились в том, что она 67
в прекрасном состоянии. Железобетонная же труба за это время неоднократно давала течь и ремонтировалась. В 1948 г., спустя 30 лет, эстакаду разобрали в связи со строительством очистных сооружений для сточных вод. Древесина не имела никаких повреждений (ни гнили, ни следов разрушений морскими древоточцами). Всю анти- септированную древесину эстакады и трубы использова- ли на береговой линии для вновь строящегося объекта1. В 1944 г. под г. Сиэттль (США) была построена эс- такада 'высотой 30,6 м и длиной 300 м. Одну часть эста- кады пропитали креозотом, а другую — солями Вольма- на, для того чтобы установить, какая пропитка лучше. Антисептированная древесина в пристанях благодаря пропитке служит от 15 до 50 лет2. На деревянных анти- септированных сваях сооружаются большие современные причалы, как, например, в Ньюпорте (США), площадью 240X64 м\ на этих причалах расположены четыре ряда железнодорожных путей и склады. Длина креозотирован- ных свай причала от 1,5 до 36 м\ поглощение антисепти- ка в них 324—267 кг/м?:]. Многие деревянные конструкции в США подвергают также пропитке огнезащитными солями. Особенно часто такая пропитка применялась в годы второй мировой вол- ны: в 1943 г. было пропитано антипиренами 150 тыс. мъ древесины, которая шла на постройку ангаров, приста- ней, десантных судов и пр. В послевоенные годы потребность в древесине, пропи- танной антипиренами, сократилась. Например, за 1951 г- антипиренами было пропитано лишь 27 тыс мг древеси- ны. Антипирированную древесину в послевоенные годы, кроме строительства ангаров, применяют в строительстве паровозных депо, школ, а иногда для возведения строп- тельных лесов и малоэтажных ж'илых домов4. Стоимость жилого одноэтажного дома из защищенной от огня дре- весины больше стоимости обычного деревянного дома 1 Wood Preserving News № 8, 1949. -The Dock and Harbour Authority, March, 1955. 3 Civil Engineering, v. 19, № 4, 1949. i Engineering News Record, v. 142, № 7, 1949, 68
на 4% за счет пропитки древесины под давлением солями и последующей камерной сушки ее до 15—18% \ По «Нью-Йоркским строительным правилам» в зданиях вы- сотой более 45 м древесина должна быть обработана ог- незащитными солями. В креплениях шахт применяют пропитку древесины хлористым цинком, который, помимо антисептирующих свойств, обладает также свойствами антипирена. На основании стандартных испытаний на огнестой- кость, произведенных в США и Англии, сделан такой вы- вод: если данное сооружение по условиям огнестойкости может быть перекрыто незащищенными металлическими конструкциями, оно может быть перекрыто любыми де- ревянными конструкциями. Это объясняется тем, что ме- таллические конструкции при нагреве деформируются весьма быстро, древесина же сохраняет несущую способ- ность более продолжительное время, причем тем дольше, чем больше сечение элемента. В этом отношении (Крупные клееные элементы обладают преимуществом перед кон- струкциями из цельной древесины, имеющей обычно меньшие сечения. Слой угля, образующийся во время го- рения, замедляет нагрев внутренних слоев древесины, фенольные и резорциновые клеи сохраняют свои склеи- вающие свойства и удерживают этот слой угля вокруг древесины. Казеиновый и мочевинныи клеи разрушаются от огня и не способны удержать прогоревшую до шза часть древесины.2. Значение огнезащитных пропиток заключается в том, что они в основном снимают главный дефект древесины с точки зрения огнестойкости — ее свойство распростра- нять огонь и вспыхивать под действием радиации- Наибольшим распространением пользуются следую- щие антипирены: одно- и двухосновный сульфат аммо- ния, бура, борная кислота и хлористый цинк. Американской ассоциацией антисептирования древе- сины установлены следующие нормы пропитки древеси- ны в зависимости от условий ее эксплуатации (табл. 4). 1 Wood Preserving News M 5, 195L 2 Laminated timber OEEC, p. 80, Paris, 1956. 6-1483 69
Таблица 4 Нормы пропитки древесины Область применения Мосты Дренажные трубы Сваи в соленой воде Сваи в пресной воде Свайные основа- ния Стойки ограж- дения Столбы, огражде-! ния в контакте с землей Порода дерева Южная желтая сосна . • . ♦ Дугласова пихта Южная желтая сосна . . . , Дугласова пихта Южная желтая сосна . . . . Дугласова пихта ! Южная желтая \ сосна . . . . Дугласова пихта Южная желтая сосна . . . . Дугласова пихта Все породы . • . Поглощение антисептика в кг\мг креозот 162-194 130-162 162-194 130-162 324 227 194 162 194 194, 97 130 смесь креозота с каменно- угольной | смолой 162-194 130-162 162-194 130-162 324 227 194 162 97 130 смесь креозота с мазутом (50 : 50) 162-194 162—194 113 162 Деревоплита, находящаяся под бетоном в деревобе- тонных покрытиях мостов и эстакад, требует удержания лишь 32 кг\мъ ввиду того, что ее защищает вышележащий слой бетона. 3. Производство клееных конструкций Важнейшее значение для долговечности клееных кон- струкций имеют вопросы технологии изготовления. За рубежом строжайше соблюдаются все технологические правила в отношении состава и приготовления клея, под- готовки древесины и самого процесса склеивания. Тем'пе. 70
ратура и влажность в цехах заводов клееных конструк- ций постоянно регулируются. Именно благодаря такой постановке изготовления, тщательном контроле качества применяемого пиломате- риала и готовой продукции, клееные конструкции, вслед- ствие их относительно меньшего веса и достаточной ка- питальности, обеспечиваемой путем широкого примене- ния огнезащитной и антисептической пропитки, оказались конкурентно способными с несущими конструкциями из других материалов. Основными операциями при изготовлении клееных конструкций являются1: сортировка и отбор пиломате- риалов, сушка их, выбор клеев, обработка склеиваемых поверхностей, нанесение клеевых растворов, запрессов- ка, выдержка под давлением, ускорение сроков схваты- вания клея в клеевых швах, обработка поверхности гото- вых элементов, их упаковка и хранение- Сортировке пиломатериалов и отбору их для несущих конструкций за (рубежом уделяется большое внимание2. В США пиломатериалы хвойных пород разделяются на три основные группы: обычные строительные, конст- рукционные и поделочные. Для всех ответственных несу- щих элементов предназначаются конструкционные пило- материалы. При маркировке пиломатериалов учитывает- ся множество факторов — главные из них — плотность, влажность, сучки (их количество и расположение), тре- щины, косослой и пр. Исчерпывающий перечень требований, предъявляе- мых к разным сортам пиломатериалов содержится в рус- ском переводе справочника Мэдисонской лаборатории (Справочник по древесиноведению, лесоматериалам и деревянным конструкциям, Гослесбумиздат, 1959 г.). Практически, сортировка и маркировка пиломатериа- лов в США и Канаде производятся по внешнему виду опытными, хорошо знающими это дело бракерами. Счи- тается, что ошибка в оценке пороков при такой системе не превышает 5%. Правильная сортировка и подбор пи- ломатериалов для обеспечения высокого качества клее- ных конструкций имеют большое значение. Наиболее ка- 1 А. Б. Губенко «Изготовление клееных деревянных конструк- ций и деталей», Гослесбумиздат, 1957. 2Ю. М. Иванов «Лесные материалы США», Сборник «Амери- канское строительство», Амторг, 1946. 71
чественный материал ставят в зоны сечения с максималь- ным напряжением, a ib менее напряженных зонах — пило- материал более низких сортов. На небольших заводах обычно бывает выгоднее про- изводить сортировку и штабелевку древесины вручную* При больших масштабах производства экономически оправдывает себя применение системы непрерывно дей- ствующих ленточных транспортеров и автопогрузчиков, что уменьшает расходы, связанные с перегрузкой и шта- белевкой древесины. Перед тем как пиломатериалы поступают© производ- ство, они проходят искусственную сушку с тем, чтобы довести процент влажности до 6—12, но не более 16- Для сохранения этой влажности пиломатериалов заводские склады отапливаются и вентилируются. Наибольшая допускаемая разность во влажности смежных слоев (пакета клееных ■конструкций принимается равной 5%. Так как достигнутый процент влажности необходимо сохранять неизменным во время всего производствен- ного процесса, в цехах завода регулируются температу- ра и влажность воздуха. Перед сборкой клееных элемен- тов влажность каждого слоя обязательно контролируется электровлагомером. Назначая требуемую влажность клееного элемента, учитывают повышение ее в процессе склейки. Количество влаги, переходящее от клея к древесине, определяют по следующей формуле1: р^ 0,00128ГС ш 1-1 TS L ' где W — вес воды в 100 кг размешанного клея в кг\ G — вес размешанного клея на 1 000 см2 клеевого шва в кг\ L — число слоев; Т — средняя толщина слоев в см\ S — объемный вес древесины (сухой). В Европе часто .применяется древесина ic большей влажностью, чем в США, что влияет на технологию склейки, В этих случаях применяется более густой клей, требующий дли запрессовки приложения большего дав* ления. 1 Laminated timber, OEEC, № 113, Paris, 1956. П
На производство клееных элементов большое влия- ние оказывают специфические свойства той или иной по- роды древесины; некоторые породы очень быстро погло- щают воду- В этих случаях за рубежом применяют бы- стро схватывающиеся клеи с нагревом, чтобы избежать получения «голодных» швов. Для защищенных конструкций, работающих в усло- виях нормального температурно-влажностного режима, при производстве клееных конструкций 'применяют ка- зеиновый клей. Иногда в казеиновый клей добавляют антисептик, для увеличения его грибоустойчивости. Добавления в казино- вый порошок портландцемента за рубежом не практи- куют, хотя несколько лет назад во французской прессе отмечалось, что эта добавка, применяемая в СССР1, да- ла хороший результат. Элементы конструкций, работающих при эксплуата- ционной влажности выше 15%, а также конструкций, подвергающихся увлажнению или защищенных не пол- ностью, в США чаще всего выполняются на резорцино- вом или фенольно-резорциновом клее. Для элементов, предназначаемых для работы в очень сухих условиях также применяют резорциновый клей. (Клей состоит из 90% резорциноля и 10%' фенола с по- рошковым катализатором). Мочевинные клен сейчас уже не применяют для эле- ментов, работающих в незащищенных условиях, так как известны случаи разрушения их клеевых швов после не- скольких лет эксплуатации, а также при повышении тем- пературы до 65°. Меламиновые клеи применяются в ограниченном ко- личестве; в практике строительства в США их использу- ют для конструкций, работающих в незащищенных усло- виях. Главным их преимуществом является совершенно бесцветный клеевой шов, что позволяет придать конст- рукции хороший внешний вид, Меламино-мочевинный смоляной клей применяется в постройках, подвергающихся случайным непродолжи- тельным увлажнениям (как навесы). Эти же клеи хоро- ши и при низкой влажности. 1 Плунгянская М. Н. и Брук А. С. Казеино-цементный клей. ЦИИНС, Бюллетень строительной техники № 8, 1949 г. 73
Фенольные смолы обладают высокой водостойкостью- В США их чаще всего применяют в производстве водо- стойкой фанеры, так как наиболее распространенные ви- ды клеев на основе фенольных смол требуют горячего прессования. «Канадские строительные правила» (1953 г.) дают следующие рекомендации в отношении выбора клеев для деревянных конструкций (табл. 5), Таблица 5 Выбор клея в зависимости от условий эксплуатации клееных конструкций К леи Условия применения в отапливае- мых и хоро- шо вентили- руемых поме- щениях при высокой влажности или соприкоснове- нии с водой на короткие промежутки времени при погруже- нии в воду часто или на продолжитель- ное время Казеиновый Мочевино-формальдегид- ный Меламино-формальдегид- н ый Резорцпно-фенолыю- фор- мальдегидпый . , . . Фенольно-формальдегид- ный + + + + Для того чтобы клен был прочным, в США при его приготовлении строго придерживаются установленных пропорций и пользуются точно выверенными весами. Приготовление клея производится в механических клее- мешалках. Для нанесения клея здесь обычно применяют сталь- ные облицованные резиной двойные вальцы. После упот- ребления 'их хорошо очищают. Клеевые вальцы налажи- вают та.к, чтобы расход клея соответствовал установлен- ной норме. Контроль расходования клея часто произво- дится при помощи выверенной доски — обмеренной и взвешенной, которую пропускают через клеевые вальцы и взвешивают вновь. Доску взвешивают вместе с воще- ной бумагой, которая предохраняет весы от потеков клея- 74
Обычно клей наносят на обе склеиваемые поверхно- сти. Расход казеинового клея составляет от 377 до 538 г на 1 м2 клеевого шва, смоляных клеев — от 244 до 366 г на 1 м2 шва. Для улучшения качества клееного элемента и умень- шения расхода клея в США особое внимание уделяется острожке досок. Чем лучше остроганы доски и чем тща- тельнее подготовлен слой в отношении параллельности его сторон, тем выше прочность клеевого шва и меньше расход клея. При производстве клееных элементов известную тех- нологическую сложность ^представляют опиливание -кон- ца доски «на ус» и процесс склейки этого стыка. Для по- лучения правильного клеевого шва плоскости стыка должны быть хорошо подогнаны друг к Другу. Для склейки стыков часто применяются высокочас- тотные установки. Для склейки в поле токов высокой ча- стоты применяют только синтетические клеи меламино- формальдегидного или резорцино-формальдегидного ти- па; казеиновый клей в этом случае непригоден. При производстве изогнутых клееных элементов, сты- ки во всех досках, образующих слои пакета, склеивают по всей длине заранее- После освобождения изогнутого элемента из запрес- совки он слегка меняет форму, стремясь выпрямиться. Величина этого распрямления зависит не только от фор- мы элемента, но и от времени, в течение которого,он на- ходился в запрессовке. Так, 12-метровые амбарные стро- пила, которые находятся в высокочастотной машине в запрессовке всего лишь несколько минут, разгибаются на 75 мм, в то время ка'к большие трехшарнирные полуар- ки пролетом 18 м разгибаются только на 19 мм, если они соответствующим образом выдержаны. В США обычно находят величину обратного изгиба для данного элемента опытным путем. Вообще же эту величину считают настолько незначительной, что ею, осо- бенно если элементы находились достаточное время в за- прессовке, пренебрегают. Более важным в этой связи является требование оди- наковых условий производства для всех элементов одной серии, чтобы величина обратного изгиба была у них оди- накова. Заметить на глаз небольшое различие в кривиз- не на внутреннем контуре арок трудно, а наружная сто- 75
рона рам обычно опиливается, так что для нее величина обратного выгиба не имеет значения- На рис. 61 показано как располагают доски в процес- се изготовления клееных арок и рам с сечением пере- менной высоты. В местах перехода стойки в ригель ра- мы с внутренней стороны рамы располагают непрерыв- ные слои, а с наружной стороны наклеивают все более короткие слои в соответствии с приблизительным очерта- нием рамы. Для того, чтобы произвести длинный прямой пропил вдоль всей кромки применяют циркульную пилу, смонти- рованную на рельсах. Раму закрепляют в требуемом по- ложении, а пила, снабженная мотором, продвигается по рельсам, производя опиловку. Для пропилов криволинейных поверхностей применя- ются часто ручные электропилы. Преимущество их со- стоит в том, что ими можно пользоваться на любом уча- стке цеха, а недостаток в том, что глубина пропила огра- ничена и скорость работы 'невелика. 76 Рис. 61 —Получение требуемого очертания рамы, путем распила: 1—линия распила.
Острожку элемента производят с четырех сторон. Из- за наличия клея на резцы наваривают пластинки из твер- дых сплавов- Острожку крупных клееных элементов часто произво- дят по тому же принципу, что и опиловку: клееный эле- мент закрепляют и по его поверхности перемещают под- вешенный сверху строгальный станок такого типа, как для острожки пола. Такой способ дает возможность варьировать глубину снятия стружки, что выгоднее, чем острожка в строгальном станке. Кроме того, для острож- ки применяют ручные электроинструменты. Другие процессы по отделке поверхности, как сверле- ние отверстий, шлифовка и т. п., производятся ручным электро- или пневмоинструментом. Для вырезания дефек- тов, на поверхности применяется фрезерный станок; полу- чаемые вырезы стандартного размера заделываются стандартными же вкладышами- Торцы арок и других клееных элементов при помощи ручных вальцов обмазы- вают специальными составами для предотвращения обра- зования трещин. Для каждой серии клееных элементов в США обычно делают шаблоны в натуральную величину. Шаблоны де- лают из фанеры, сколоченной внахлестку, или из тонких досок сечением 1,25X15 см на гвоздях, расшитых свя- зями. На шаблоне пишут его основные размеры, чтобы была возможность проверить его в случае, если он дефор- мируется. Вопрос о том, делать или не делать шаблоны, решает- ся обычно с точки зрения того, что стоит дешевле: сде- лать рабочие чертежи со всеми деталями или сделать шаблон по обычным чертежам. Для перемещения крупных клееных элементов по це- ху пользуются электротельферами, подвешенными на мо- норельсах ко всем фермам, и маленькими равносторон- ними треугольными тележками (со стороной около 60 см) на трех роликах. * * * Группа европейских специалистов, направленная в США для ознакомления с производством клееных конст- рукций, пришла в своем отчете к следующим основным выводам *. 1 Laminated timber, OEEC, Project M 113, Paris, 1956. 77
1. Весь опыт производства клееных деревянных кон- струкций показывает, что они только тогда рентабельны, когда производственный процесс хорошо налажен и клее- ные элементы выпускаются сериями. Для завода клееных конструкций не требуется дорогостоящего сложного обо- рудования, нужны обыкновенные станки и небольшой штат рабочих, хорошо знающих технологию изготовле- ния клееных конструкций. 2. Приспосабливать под завод клееных конструк- ций старый деревообрабатывающий завод не имеет смыс- ла. Выгоднее выстроить новый, пусть небольшой завод. Ниже дается перечень необходимого оборудования для переработки 1,42 мъ древесины в час и общий вид цеха клееных конструкций (рис. 62). Рис. 62 — Общий вид сборочного цеха клееных балок Однако зависимость между масштабом производства и его стоимостью не является прямой. Например, макси- мальная производительность бригады в шесть человек, производящих сборку и накладывающих струбцины, не 78
возрастет в прямой пропорции, если ее увеличить еще на два человека. Следующим этапом повышения производи- тельности будет создание второй бригады, что удвоит выпуск продукции. Разным типам производства соответствуют разные специфические особенности производства и стоимости.
ПЕРЕЧЕНЬ НЕОБХОДИМОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЗАВОДА КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 1. Автопогрузчик с 2-тонным краном (не является обязательным, но экономически выгоден даже при минимальном уровне выпуска продукции). 2. Двусторонний рейсмус со скоростью подачи 15 м/мин. 3. Усовочный станок. 4. Клеевые вальцы — 2 шт. 5. Рольганги длиной 60 м, шириной 0,35 м, высотой 82,5 м (в виде козел). 6. Ваймы. 7. Винтовые струбцины. 8. Пневматический гайковерт. 9. Компрессор и воздухосборник. 10. Строгальные станки (такого же типа, как для острожки досок пола) — 2 шт. 11. Шлифовальные станки (такого же типа, как для шлифовки по- лов) — 2 шт. 12. Ручные электрические шлифовальные машины — 2 шт. 13. Ручные электродрели — 2 шт. 14. Ручные электропилы — 2 шт. 15. Ручной электрорубанок. 16. Циркулярная или ленточная пила для производства длинных пря- молинейных разрезов, перемещающаяся по рельсам. 17. Высокочастотная машина для склейки стыков «на ус». 18. Подъемное оборудование, например десять 2-тонных тельферов на монорельсах. 19. Клеемешалка, 20. Различные подмости, верстаки. 80
Примечание. Если трудно достать сухой лес, то не- обходимо иметь свою сушилку. Штат фабрики 1. Разгрузка, погрузка, перевозка древесины 2 человека 2. Острожка и распиловка стыков «на ус» 4 » 3. Сборка, включая склейку стыков . . 7 человек 4. Обработка готовой поверхности с помощью других, не занятых в это время рабочих .... 5 » Всего рабочих завода . . 18 человек 5. Средний технический персонал ... 2 человека 6. Канцелярия ... # .... 3 » 7. Проектировщики 3 » Площадь завода — 2 700 м2. Продукция 1,42 ж3 в час необработанной древесины, принимая на отходы 15% -и 16% на использование маломерного материала (меньшего, чем 5X20 см}.— всего 30%. ' 100-30 t п 1,42-300.8, что соответствует 2400 м$ клееной древесины в год.
ЛИТЕРА ТУРА 1. Laminated timber, ОЕЕС, Project № из, Paris, 1956. Журналы, 1944- 1960 гг. 2. American Builder, USA. 3. American Society for testing Materials bull., USA. 4. Annales de I'Institut technique du batiment et des travaux publiques, France. 5 Architectural Forum, USA. 6. Batir, France. 7. Budownictwo przemyslowe, Polska. 8. Byggmastaren, Sweden. 9. Civil Engineering, USA. 10. Civil and Structural Engineering Review, London. 11. Deutsche Bauzeitung, Berlin. 12. Engineering News Record, USA. 13. Engineering Journal, Canada. 14. Engineering, London. 15. Excavating Engineering, USA. 16. Habitat Habitation, Beige. 17. Hoch-und Tiefbau, Swiss. 18. Journal of the american institute of Architects, USA. 19. La technique moderne, Paris. 20. Le Genie Civil, France. 21. Prefabrication and new building technique, London. 22. Revue du bois, France. 23. Technique et architecture, France. 24. The Architectural Review, London. 25. The Builder, London. 26. The British Constructional Engineer, London. 27. The Dock and Harbour Authority, London. 28. The Engineer, London. 82
29. The Journal of the royal institute of British Architects, London. 30. Veneers and Plywood, USA. 31. Western Construction News, USA. 32. Werk, Swiss. 33. Wood, London. 34. Wood Preserving News, USA. 83
СОДЕРЖАНИЕ Стр, Предисловие 3 I. Некоторые общие дамные о применении деревянных конструкции за рубежом 5 II. Основные типы деревянных клееных конструкций за рубежом 10 1. Балки и стойки 2. Арки 15 3. Рамы . . 27 4. Фермы 34 5. Купола 38 6. Оболочки . , 40 7. Конструкции деревянных сельскохозяйственных здании . . 43 8. Мосты и эстакады 47 9. Применение фанеры в клееных конструкциях . . . ,56 III. Некоторые особенности проектирования и производства клееных конструкций . , 51 1. Проектирование клееных конструкций — 2. Увеличение долговечности деревянных конструкций . . 66 3. Производство клееных конструкции 70 Литература 82 Елена Константиновна Иванова КЛЕЕНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ * * * Госстройиздат Москва, Третьяковский проезд, д. 1 * * * Редактор издательства Г. N. Вилков Технический редактор Я. Я. Рудакова Корректор Л. М. Шустова Сдано в набор 21/V I960 г. Подписано к печати 26/ХН 1960 г. Т-15494 Бумага 84x108733 = 1.312 бум. л.—4,3 печ. л. (4 уч.-изд. л.). Тираж 3000 экз. Изд. Ms VI-3140 Зак. 1483 Цена 20 коп* Типография М 3 Госстройиздата. Старошнский пер.* д. 3
Цена 20 коп.