>-93093-153-4
конструкции из дерева и пластмасс .
_______;_____________иа
Д.Н. Лрленонов Ю.Н. Буслаев
В.П. Игнатьев П.Г. Романов Д.К. Чахов

&ч- он /
Арленинов Д.К. Буслаев Ю.Н. Игнатьев В.П.
Романов П.Г. Чахов Д.К.
КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС
Под общей редакцией д.т.н., проф. каф. КДиП МГСУ Арленинова Д.К.
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области строительства в качестве учебника для студентов, обучающихся по специальности 290300 “Промышленное и гражданское строительство " направления 653500 - “Строительство "
УДК 624.0
Рецензенты: Лаборатория деревянных конструкций ГУП ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (к.т.н. С.Б. Турковский; к.т.н., Ю.Ю. Славик)-, профессор В.Ю. Щуко (Владимирский Государственный университет).
Конструкции из дерева и пластмасс / Учеб, для техн, вузов /
Д.К. Арленинов, Ю.Н. Буслаев, В.П. Игнатьев, П.Г. Романов, Д.К. Чахов - М.: Издательство АСВ, 2002. - 280 стр.
ISBN 5-93093-153-4
Рассмотрены свойства древесины и пластмасс, как строительного материала, а также меры по защите от биопоражения и возгорания. Изложены основы расчета, проектирования, технологии древесных конструкций индустриального и построечного изготавления. Описаны конструктивные особенности несущих и ограждающих деревянных и металлодеревянных конструкций производственных и общественных зданий, а также конструкций деревянного малоэтажного домостроения.
Для студентов строительных вузов и факультетов обучающихся по специальности “Промышленное и гражданское строительство”.
ISBN 5-93093-153-4
ВВЕДЕНИЕ
Наличие огромных лесных запасов на территории нынешней России явилось основой использования древесины в качестве строительного материала для возведения зданий и сооружений жилищного, хозяйственного, культового и других назначений.
Первой конструктивной формой строений явился прямоугольный в плане сруб из бревен. С увеличением площади и объемов строящихся сооружений и в связи с различным их назначением, срубы стали возводить многоугольными в плане, с наличием внутренних стен, обеспечивающих неизменяемость сооружений и устойчивость наружных стен. Опытным путем определялись габариты сооружений, обеспечивающие надежность сооружений. Совершенствовались узловые соединения бревен, которые требовали большого плотницкого мастерства. Образцом такого строительства являются существующие нынче храмы в Кижах на Онежском озере, постройки в Малых Карелах Архангельской области.
С конца XVII века, когда появилась возможность распиловки бревен на брусья и доски, деревянное строительство вышло на новый этап. Более экономичные и легкие сечения древесины позволили создавать эффективные стержневые системы, позволяющие перекрывать значительные пролеты, что дало толчок в развитие архитектуры, мостостроении.
Наиболее ярким примером использования древесины в качестве стропильных конструкций является конструкция шпиля Адмиралтейства, осуществленная по проекту И.К. Коробова и сохраненная А.Д. Захаровым при перестройке башни в начале XIX века, фермы для перекрытия Манежа в г. Москве пролетом 48 м, построенные в 1817 г. А.А. Бетанкуром.
Значительная роль в создании инженерных сооружений принадлежит выдающемуся русскому изобретателю Ивану Петровичу Кулибину (1735-1818), разработавшему проект моста через Неву пролетом около 300 м.
Одним из первых он использовал результаты экспериментов для проектирования моста. Построенная Кулибиным модель моста в 1/10 натуральной величины (пролет около 30 м) успешно выдержала испытания. Хотя проект так и не был реализован, но принципы его конструирования оказали значительное влияние на дальнейшее развитие инженерных конструкций.
Принцип блокирования плоских 3-х ветвевых ферм, в коробчатую систему посредством решетчатых связей, намного определил инженерные решения того времени и явился прототипом нынешних стержневых пространственных конструкций.
Огромный вклад в создание деревянных инженерных конструкций и теорию их расчета внес Дмитрий Иванович Журавский (1821-1891). Применяемая ныне в нормативных документах формула для определения касательных напряжений при изгибе деревянного элемента была выведена им при изучении возможности сплачивания деревянных брусьев по высоте. Он
впервые выявил явление сдвига при изгибе, которое приводило к разрушению высоких балок и дал метод расчета составной брусчатой балки с соединением на шпонках. Д.И. Журавский на деревянной ферме с параллельными поясами и крестообразной решеткой со стойками (ферма Гау) доказал, что усилия в элементах решетки не равны между собой, а уменьшаются по мере удаления от опор к середине. Одновременно им доказано, что при перемещении сосредоточенной нагрузки усилия в элементах могут даже менять знак. Вклад Д.И. Журавского в отечественную науку не ограничивался изучением деревянных конструкций, его методы расчета статически определимых и статически неопределимых систем намного определили то время и актуальны по сегодняшний день.
Большой вклад в создание пространственных деревянных конструкций и сооружений внес Владимир Григорьевич Шухов (1853-1939).
После Великой Октябрьской Социалистической революции учеными за 20-30 лет была создана система нормативных документов по проектированию деревянных конструкций, основные положения которых являются основой Строительных норм и правил И-25-80 “Нормы проектирования. Деревянные конструкции”. В создание этих документов, а также в разработку новых видов конструкций внесли большой вклад такие ученые как Г.Г. Карлсен, Ю.М. Иванов, В.Ф. Иванов, В.М. Коченов, М.Е. Каган, Г.В. Свинцицкий, Е.М. Знаменский и многие другие, работавшие в коллективах отделов и кафедр ЦНИИСК им. Кучеренко, Военно-инженерной Академии им. Журавского, Московского и Ленинградского инженерно-строительных институтов.
После Великой Отечественной войны в связи с развитием индустрии сборного железобетона на некоторое время произошел спад в объемах строительства с применением деревянных конструкций, но это не отразилось на уровне научных достижений. Более того, география научных школ расширялась за счет региональных вузов таких городов как Архангельск, Новосибирск, Нижний Новгород, Воронеж. Усилиями специалистов была создана нормативная база по проектированию деревянных конструкций, что позволило в 60-х годах в связи с резким увеличением строительства на селе и с пуском в строй заводов и цехов клееных конструкций, заводов деревянного домостроения вновь увеличить объемы строительства с применением деревянных конструкций. Увеличение объемов строительства дало дальнейший толчок развитию научной мысли. Восстанавливались научные коллективы в традиционных центрах, где создавались новые экономичные конструктивные решения деревянных конструкций и методы их расчета. Ученики этих центров, возглавив отдельные направления сами создали научные школы в новых регионах.
Наряду с научными коллективами большой вклад в развитие деревянных конструкций внесли специалисты проектных институтов, таких как: ЦНИИЭП им. Мезенцева, ЦНИИЭПсельстрой, Гипролеспром, Гомельгражданпроекг и др. 4
За последние двадцать-тридцать лет построены многие уникальные здания и сооружения с применением деревянных конструкций. В первую очередь это арочные конструкции с различными конструктивными решениями восприятия распора.
Дворец спорта в г. Архангельске перекрыт трехшарнирными клееными деревянными арками пролетом 63 м. Шаг арок 6 м, сечение 320x1600 мм. Распор воспринимается железобетонными конструкциями примыкающих помещений.
Дворец спорта в г. Твери перекрыт клееными деревянными рамами, состоящими из одного криволинейного и двух прямолинейных элементов сечением 400x1650 мм. Шаг рам 6 м. Распор воспринимается железобетонными конструкциями примыкающих помещений (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид дворца спорта в Твери.
Олимпийский тренировочный манеж в Минске перекрыт трехшарнирными клееными деревянными арками пролетом 49 м. Шаг арок 6 м, сечение 220x1100 мм. Распор воспринимается железобетонными контрофорсами.
Тренировочный каток с искусственным льдом на Центральном стадионе “Локомотив” в г. Москве, пролет здания 42 м. Покрытие выполнено в виде цилиндрической оболочки из клееных деревянных конструкций. Шаг диафрагм оболочки 12 м. Диафрагмы состоят из верхнего пояса сечением 270x1000 м и нижнего пояса из металлических швеллеров.
Цех щитового паркета в г. Волоколамске Московской области. Размер здания 20x60 м. Покрытие представляет собой три пологие оболочки двоякой кривизны размером 20x20 м (рис. 2).
Широкое применение в массовом строительстве нашли треугольные металлодеревянные безраскосные фермы с верхним поясом из клееной древесины пролетом 18 м, треугольные металлодеревянные брусчатые фермы пролетом 12м, стрельчатые клееные деревянные арки и рамы пролетом от 18 до 62 м для складских зданий хранения сыпучих материалов и, в первую очередь, для химически агрессивных минеральных удобрений (рис. 3).
Рис. 3. Склад антигололедных реагентов в г. Москве.
В последние 20 лет группой специалистов под руководством С. Б. Тур-ковского разработаны жесткие соединения клееных деревянных элементов (по аналогии с закладными деталями железобетонных конструкций), что послужило открытию нового направления сборных клееных деревянных конструкций. В практике строительства в России и за рубежом реализовано большое количество большепролетных зданий и сооружений из сборных клееных деревянных конструкций. Сочетание узловых вклееных стержней с линейным армированием клееных деревянных элементов, исследования которых проводятся под руководством В. Ю. Щуко, является дальнейшим этапом в развитии клееных деревянных конструкций для зданий очень больших пролетов.
Многолетний опыт строительства зданий различного назначения позволил определить рациональные области применения деревянных конструкций:
1.	Зрительные и общественные здания, спортивные сооружения, выставочные павильоны, рынки и другие пролетом от 18 до 100 м.
2.	Здания с химически агрессивной средой. В первую очередь, складские здания пролетом до 45 м для перегрузки и хранения минеральных удобрений.
3.	Малоэтажное деревянное домостроение.
4.	Производственные сельскохозяйственные здания.
5.	Неотапливаемые здания производственно-вспомогательного назначения промышленных предприятий.
6.	Неотапливаемые здания и навесы для хранения и переработки сельскохозяйственной продукции.
7.	Быстровозводимые здания комплектной поставки небольших пролетов для поставки в отдаленные районы Севера.
8.	Инженерные сооружения - опоры линий электропередачи, триангуляционные и радиопрозрачные мачты и башни, мосты небольшой грузоподъемности, пешеходные мосты.
РАЗДЕЛ I.
ДРЕВЕСИНА - СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ
Глава 1. Свойства древесины
1.1.	Достоинства и недостатки древесины
К основным достоинствам древесины относятся:
Малый вес. Древесина имеет в среднем плотность 550 кг/м3 и в 14 раз легче стали, в 4,5 раза легче бетона, что позволяет значительно снизить материальные затраты по транспортировке, по устройству фундаментов, обходиться без тяжелых грузоподъемных механизмов при возведении зданий и сооружений.
Прочность. Одним из показателей эффективности применения конструкций из различных материалов является показатель удельной прочности материала, который выражается отношением плотности материала к его расчетному сопротивлению. Для клееной древесины это отношение составляет 3,66-10-4, для углеродной стали 3,7-10-4, для бетона класса 22,5 -1,85-10-3. Это подтверждает целесообразность применения наряду со стальными деревянных клееных конструкций в большепролетных зданиях, где собственный вес имеет решающее значение.
Деформативность и вязкость. Из всех традиционных строительных материалов только древесина в меньшей степени реагирует на неравномерную осадку оснований фундаментов. Вязкий характер разрушения древесины (за исключением скалывания) позволяет перераспределять усилия в элементах, что не вызывает мгновенного отказа конструкций.
Температурное расширение. Коэффициент линейного расширения древесины различен вдоль волокон и под углом к ним. Вдоль волокон значение этого коэффициента в 7-10 раз меньше, чем поперек волокон, и в 2-3 раза меньше, чем у стали. Этот факт дает возможность не учитывать влияние температуры и не требует членения здания на температурные блоки.
Теплопроводность. Малая теплопроводность древесины, обусловленная ее структурой, является основой широкого применения в стенах ограждающих конструкций. Коэффициент теплопроводности древесины в 6 раз ниже, чем у керамического кирпича, в 2 раза ниже, чем у керамзитобетона, газо-пенобетонов плотностью 800 кг/м3 и эквивалентен газо-пенобетонам плотностью 300 кг/м3, т.е. плотностью почти вдвое ниже, чем у древесины.
Химическая стойкость древесины. Древесину можно использовать без дополнительной защиты или защищая ее покраской, поверхностной пропиткой в условиях химически агрессивной среды. Деревянные конструкции применяются при строительстве складов для химически агрессивных сыпучих материалов таких, как калийные и натриевые соли, минеральные удобрения, разрушающие бетон и сталь. Большинство органических кислот не разрушает древесину при обычной температуре.
Самовозобновляемость древесины. Основным достоинством древесины по сравнению с другими конструкционными материалами является постоянное возобновление ее запасов. При производстве других конструкционных материалов (стали, бетона, пластмассы и др.) расходуется большое количество исходного сырья, запасы которого постоянно иссякают. Кроме того, при производстве большинства конструкционных материалов требуются большие затраты энергии, дефицит которой ощущается во многих странах.
Простота обработки. Древесина легко обрабатывается простым ручным или электрическим инструментом. Деформативность древесины позволяет придавать конструкциям из нее различные прямолинейные и криволинейные формы. Производство конструкций небольших пролетов из цельной древесины можно освоить практически на лесопунктах, на любой базе строительной индустрии, что невозможно для производства металлических или железобетонных конструкций.
Древесине, как и другим материалам, присущи недостатки:
Неоднородность, анизотропность древесины и пороки. Неоднородность древесины проявляется в различии строения и свойств годовых слоев, образующихся в процессе роста дерева в зависимости от условий внешней среды, т.е. климатических условий, различных районов, экологии, продолжительности зимнего и летнего периодов. Неоднородность древесины сказывается на изменчивости показателей прочности, что усложняет получение достоверных расчетных характеристик древесины.
Древесина представляет собой тело с тремя осями анизотропии по главным структурным направлениям - вдоль и поперек волокон в тангенциальном и радиальном направлении. Ввиду малого различия между прочностными характеристиками по двум последним направлениям на практике используются характеристики по двум направлениям вдоль и поперек волокон с нелинейной интерполяцией под углом к волокнам. Значительные расхождения прочности древесины при приложении усилий вдоль и поперек волокон значительно усложняют вопросы конструирования деревянных конструкций и, в первую очередь, узловых соединений, что зачастую ведет к нерациональному увеличению сечений соединенных элементов.
К основным порокам относятся сучки, трещины и косослой. Наличие сучка изменяет направление волокон древесины либо прерывает их, что значительно влияет на прочность, особенно при растяжении, т.к. происходит неравномерное нагружение всех волокон по сечению. Также снижает прочность древесины наклон волокон относительно оси ствола (косослой), что наглядно демонстрируют опыты на крупных и мелких (чистых) образцах (без пороков) древесины.
Зависимость физико-механических свойств древесины от влажности. Древесина обладает способностью впитывать в себя влагу ввиду своей гигроскопичности. От количества влаги в древесине в значительной мере зависят и ее физико-механические свойства. Большое количество влаги может
в значительной мере нивелировать некоторые достоинства древесины. Так, плотность свежерубленой древесины хвойных пород (кроме лиственницы) и мягких лиственных пород (осина, тополь, ольха, липа) равна 850 кг/м3. По мере удаления влаги плотность уменьшается. При 15-25% влажности плотность принимается 600 кг/м3, а при 6-12% влажности плотность принимается 500 кг/м3. Лиственница имеет плотность соответственно 800 кг/м3 и 650 кг/м3 при влажности в пределах 15-25% и 6-12% соответственно.
Для строительства различают древесину:
-	сырую с влажностью выше 25%;
-	полусухую с влажностью 12-25%;
-	воздушно-сухую с влажностью 6-12%.
Ползучесть древисины. При кратковременном действии нагрузки древесина работает практически упруго, но при длительном действии неизменной нагрузки деформации во времени увеличиваются. Даже при малом уровне напряжений ползучесть может продолжаться годами. С увеличением уровня напряжений ползучесть проявляется более ярко и может привести к разрушению конструкции. Отслеживанием деформаций ползучести, путем замера прогибов можно прогнозировать эксплуатационное состояние деревянных конструкций.
Но если для деревянных конструкций ползучесть является недостатком, то в отдельных случаях при изготовлении изделий из древесины это свойство может обернуться достоинством, например, необходимо придать изделию криволинейную форму.
Биопоражение древесины. Напрямую связано с влажностью древесины. При влажности более 18%, а также при наличии кислорода и положительной температуры возникает условие для жизнедеятельности дереворазрушающих грибов. Также древесина разрушается жизнедеятельностью насекомых, которые разделяются на две группы: насекомые, повреждающие неокоренную древесину в лесу, на складах и лесосеках, и насекомые, которые разрушают окоренную древесину в процессе ее переработки и при эксплуатации в конструкциях.
Распространение огня происходит в результате соединения углерода древесины с кислородом. Примерно при 250 °C клетчатка древесины начинает разлагаться, образующиеся при этом вещества начинают гореть и своим теплом разлагают моховые части древесины. И если с наружной стороны древесина быстро обгорает, то ввиду малой ее теплопроводности и появлению толщины обуглевающего слоя, препятствующему поступлению кислорода, дальнейший процесс сильно замедляется. Поэтому деревянные конструкции массивного сечения имеют большую огнестойкость по сравнению с металлическими конструкциями.
Все вышеперечисленные достоинства и недостатки древесины обусловлены, в первую очередь, анатомическим строением древесины.
1.2.	Строение древесины и физические свойства
Для того, чтобы понять общие принципы конструирования деревянных конструкций, прежде всего, надо знать строение древесины. Знание в этой области позволяет разобраться, как работает древесина при различных видах напряженных состояниях.
В поперечном сечении ствола древесины хвойных пород (сосна, ель) можно рассмотреть несколько характерных слоев (рис. 1.1).
Наружный слой состоит из коры - 1 и луба - 2. Под лубом находится тонкий слой камбия - 3. Назначение луба в растущем дереве - проводить вниз по стволу образующиеся в листьях питательные органические вещества.
В поперечном разрезе основную часть занимают заболонь и ядро. Заболонь состоит из молодых клеток, ядро - полностью из отмерших клеток. У деревьев всех пород в раннем возрасте древесина состоит только из заболони, и лишь с течением времени происходит отмирание живых клеток. При этом у одних пород древесины центральная часть приобретает темную окраску, т.е. образуется ядро. У других - отмирание не сопровождается ее потемнением.
Рост древесины осуществляется следующим образом. В период весны, когда в стволе появляется много сока, камбий развивает большую деятельность, откладывая во внутреннюю часть значительное количество крупных клеток. Летом по мере уменьшения количества питательных соков активность камбия замедляется, и откладывается меньшее количество клеток и меньших размеров. В зимнее время жизнедеятельность камбия затихает, и рост дерева прекращается. Откладывание весенней и летней частей древесины, периодически происходящее из года в год, является причиной образования годичных слоев (колец). По их количеству, исчисленному по радиусу, легко узнать возраст дерева. Годичный слой состоит из светлого слоя древесины (ранняя древесина), обращенного в сторону сердцевины, и более темного, плотного, летней древесины, обращенного к коре (поздняя древесина).
Механическую функцию в древесине выполняют, в первую очередь, прозенхимные клетки - трахеиды, которые, главным образом, расположены вертикально. Для наглядности основную часть древесины можно сравнить с пучком соломы, в котором отдельные соломинки (трахеиды) склеены между собой в продольном направлении. Трахеиды - это прозенхимные клетки со средним отношением длины их к размеру в поперечном сечении примерно равным 50-60. Стыкование трахеид в продольном направлении осуществляется в процессе роста. Они своими заостренными концами врастают между собой и в другие анатомические элементы, так называемые “паренхимные клетки”, имеющие одинаковые размеры во всех трех осевых направлениях. Эти клетки входят в состав “сердцевинных лучей”, которые пронизывают в перпендикулярном направлении несколько годичных слоев,
6
5
4
Рис. 1.1. Строение древесины в поперечном разрезе:
1 - кора; 2 - луб; 3 - камбий; 4 - заболонь; 5 - ядро; 6 - сердцевина.
и по ним происходит движение питательных веществ и воды в горизонтальном направлении в период вегетации. В период покоя в них хранятся запасы питательных веществ.
Трахеиды составляют 90% общего объема древесины, и в 1см3 их приблизительно размещается 420000 шт. Трахеид ранней части годичного слоя обладает тонкими стенками (2-3 мкм) и большими внутренними полостями, а трахеиды поздней части годичного слоя имеют более толстые стенки (5-7 мкм) и меньшие полости. Длина трахеид 2-5 мм.
Микроструктура всех пород древесины характеризуется большим числом разнообразной формы клеток, окруженных оболочками. Основным веществом, из которого состоит слоистая клеточная оболочка, является целлюлоза, состоящая из: углерода (С - 49,5%), кислорода (О - 44%), водорода (Н - 6%), азота (N - 0,5%).
Это типичное органическое соединение. В среднем можно принять, что в древесине хвойных пород содержится 48-56% целлюлозы (СНО), 26-30% лигнина и 23-26% гемицеллюлоз. Для более полного представления о строении древесины рассматривается три разреза ствола: поперечный, радиальный и тангентальный (рис. 1.2).
Древесина лиственных пород имеет несколько отличную от хвойных пород структуру. Спиральное направление стенок клеток древесины лиственных пород приводит к большому короблению и растрескиванию пиломатериала при сушке, ухудшению гвоздимости. Наличие этих недостатков и малая стойкость к загниванию ограничивает применение лиственных пород для деревянных конструкций. Более высокие прочностные показатели древесины твердых лиственных пород реализуются путем использования их для изготовления соединительных элементов (начели, шпонки, накладки), а также опорных антисептированных деталей.
Рис. 1.2. Основные разрезы ствола:
1 - осевой (а); 2 - радиальный (г);
3 - тангенальный (t).
ляет 500 кг/м3, а лиственницы 650
Физические свойства древесины
Плотность. Поскольку влага составляет значительную часть массы древесины, то величина плотности устанавливается при определенной влажности. С увеличением влажности плотность увеличивается и, поэтому для расчетов при определении постоянных нагрузок используют усредненные показатели, представленные в нормах (1).
Для конструкций, эксплуатируемых в условиях, когда равновесная влажность не превышает 12% (отапливаемые и неотапливаемые помещения с относительной влажностью до 75%), плотность сосны и ели состав
Для конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе или в закрытых помещениях с высокой влажностью более 75%, плотность сосны и ели составляет 600 кг/м3, а лиственницы 800 кг/м3.
Теплопроводность древесины зависит от плотности, влажности и направления волокон. При равной плотности и влажности теплопроводность поперек волокон в 2,5-3 раза меньше, чем вдоль волокон. Коэффициент теплопроводности поперек волокон при стандартной влажности 12% более чем в 2 раза ниже, чем при влажности равной 30%. Эти показатели объясняются трубчатым строением волокон древесины.
Температурное расширение. Коэффициент линейного расширения поперек волокон пропорционален плотности древесины, и в 7 - 10 раз больше коэффициентов расширения вдоль волокон. Это объясняется тем, что при нагревании древесина теряет влагу и меняет свои объемы.
В практике проектирования температурные деформации практически не рассматриваются, т. к. коэффициент линейного расширения вдоль волокон
незначителен.
1.3.	Механические свойства древесины
1.3.1.	Анизотропия
Слово “анизотропия” происходит от греческих слов: “анизос” (неравный) и “тропос” (направление) и означает неодинаковость свойств материала в различных структурных направлениях. Анизотропия является следствием особенностей анатомического строения древесины, в которой ее механические и упругие свойства резко отличаются для направлений вдоль и по
перек волокон. Помимо строения древесины, на механические свойства оказывает влияние неоднородность древесины, обусловленная наличием поздней и ранней древесины годовых колец. Прочность поздней древесины годичных колец в 3-4 раза выше прочности ранней древесины. Однако в пределах одного ствола содержание поздней древесины изменяется. Слои, окружающие сердцевину, содержат мало поздней древесины, затем ее содержание увеличивается, а далее к коре уменьшается. Также меняется содержание поздней древесины по высоте ствола от комеля к вершине, снижаясь в 1,5-2 раза.
Необходимо отметить, что теплофизические свойства, теплопроводность, линейное тепловое расширение, электропроводность древесины также различны по трем направлениям структурной симметрии, т.е. древесина анизотропна также в отношении этих свойств.
Расчетная модель предполагает наличие трех взаимно перпендикулярных плоскостей структурной симметрии. Такие материалы называют ортотропными. Предположение об ортотропности применительно к элементарному объему древесины является упрощенной схемой (рис. 1.3, а).
В чем идеализация схемы анизотропии?
1.	Плоскость аг рассматривается как плоскость симметрии при условии, если кривизна годичных слоев мала в пределах рассматриваемого объема.
2.	Плоскость rt перпендикулярную волокнам можно рассматривать как плоскость симметрии лишь при условии постоянства свойств по высоте ствола и при отсутствии сбега ствола.
3.	Тангентальная плоскость at рассматривается как плоскость симметрии, если не считаться с различием свойств ранней и поздней древесины.
Механические свойства древесины различны в разных направлениях и зависят от угла между направлением действующего усилия и направлением волокон (рис. 1.3,6). При совпадении направления усилия и волокон прочность древесины достигает максимального значения. Поэтому, при выведении формул для определения расчетных сопротивлений под углом к волокнам, древесина рассматривался как ортотропный материал.
1.3.2.	Основные виды напряженного состояния элементов деревянных конструкций (растяжение, сжатие, смятие, изгиб, скалывание) Растяжение. Сопротивление чистой древесины растяжению вдоль во-
локон весьма велико; в среднем для сосны около R = 100 МПа. (рис. 1.4).
Из диаграммы видно, что при кратковременном нагружении деформации возрастают пропорционально напряжению почти до момента разрушения, т.е. закон Гука соблюдается до конца разрушения. Тем не менее, за предел пропорциональности принимается нагрузка равная 0,5 от временного сопротивления. Разрушение наступает при очень малой относительной деформации равной 0,7%. Этот факт показывает, что древесина при растяжении вдоль волокон работает подобно хрупким материалам, т.е. более напря-14
Рис. 1.3. Оси плоскости симметрии элементарного объема древесины: А - плоскости симметрии ортотропной анизотропии; Б - схема цилиндрической анизотропии изотропного тела.
женные волокна разрушаются почти мгновенно, передавая свою долю растягивающих усилий оставшимся волокнам.
Прочность пиломатериала на растяжение существенно снижается за счет неоднородности древесины. В зоне сучков, отверстий концентрируются напряжения, величина которых зависит от размера (рис. 1.5). При наличии наклона волокон (косослоя) растягивающее усилие раскладывается на две составляющие: вдоль наклонно расположенных волокон и перпендикулярно к ним, что вызывает растяжение поперек волокон. Чем больше наклон волокон, тем больше составляющая растягивающих усилий поперек волокон и тем меньше прочность элемента, т.к. прочность древесины поперек волокон при растяжении в 25 - 30 раз меньше, чем вдоль волокон. В связи с этим при проектировании конструкций необходимо избегать приложения усилий, действующих поперек волокон.
При растяжении влияние природных дефектов проявляется более значительно, чем при других видах напряженного состояния, что нашло отражение при назначении расчетных сопротивлений.
Сжатие. Сопротивление сжатию вдоль волокон является одной из наиболее устойчивых механических характеристик древесины, сравнительно мало зависящей от различных факторов, в частности от пороков древесины. Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон, получаемый в результате испытаний малых образцов, широко используется для оценки прочности древесины, в частности при обследовании старых конструкций.
В среднем предел прочности при сжатии вдоль волокон равен
R = 44 МПа. Характер разрушения образцов при сжатии вдоль волокон зависит от качества и состояния древесины. У образцов из сухой древесины наблюдается складка разрушения, направленная на тангенциальной грани примерно под углом 60°. У образцов из влажной древесины, имеющей низкую прочность, наблюдается смятие волокон у торцов.
Рис. 1.4 Диаграмма деформирования древесины при растяжении вдоль волокон
Из графика видно (рис. 1.6), что пропорциональность между деформациями и напряжениями при сжатии вдоль волокон не наблюдается. Между тем, на участке графика до 0,5 ствр наблюдается зависимость близкая к линейной, и отношения ст - £ принимается постоянным.
Нарастание пластических деформаций на втором участке объясняется тем, что слои более прочной поздней древесины, которые и сопротивляются нагрузке, начинают терять устойчивость. Но их некоторое время подкрепляют соседние менее прочные слои ранней древесины. В момент максимальной нагрузки ранняя древесина исчерпывает свои возможности подкрепления, и происходит образование складки т. е. потери устойчивости слоев поздней древесины. Благодаря пластическим деформациям работа древесины при сжатии является более надежной, чем при растяжении.
Смятие. В отличие от сжатия смятие - это напряженное состояние элемента на поверхности, воспринимающей нагрузку. Смятие древесины происходит вдоль волокон, поперек волокон и под углом. При стандартных испытаниях на сжатие вдоль волокон малых образцов, имеющих хорошо приторцованные поверхности, обычно не наблюдается снижения сопротивления в результате смятия торцов. Для практических целей нормы проектирования не дают различие между прочностью на сжатие вдоль волокон и смятие вдоль волокон. Таким образом, предел прочности смятия вдоль волокон принимается также, как и = 44 МПа .
Древесина сжатию и смятию поперек волокон сопротивляется значительно слабее, чем сжатию вдоль волокон. Предел прочности смятию поперек волокон находится в диапазоне	=2,8-4,5 МПа . Необходимо
отметить, что предел прочности как характеристика теряет свою определенность, поскольку при увеличении нагрузки происходит спрессовывание древесины без нарушения ее сплошности. Поэтому за нормируемый предел прочности принимаются значения допустимых в эксплуатации деформаций.
Для смятия поперек волокон хвойных пород наблюдается две типичные диаграммы ст-е (рис. 1.7). Диаграмма смятия поперек волокон в радиальном направлении характеризуется тремя этапами. На первом этапе (АВ)
Np
Рис. 1.5. Характер влияния дефектов при растяжении вдоль волокон.
происходит сжатие годовых слоев ранней древесины, и участок диаграммы почти прямолинейный. Второй этап (ВС) характеризуется смятием оболочек клеток ранней древесины. Этот этап работы древесины не требует больших усилий, и на диаграмме наблюдается участок, слегка наклоненный к оси абсцисс. Третий этап (СД) протекает за счет сжатия клеток поздней древесины, т.е. уплотнения древесинного вещества. Поэтому древесина вновь приобретает способность сопротивляться действию нагрузки, и, как правило, разрушения древесины не происходит.
При сжатии поперек волокон в тангентальном направлении характерна одноэтапная диаграмма. Усилия воспринимаются одновременно ранними и поздними зонами годичных слоев. Нагружение завершается зачастую разрушением древесины.
У древесины лиственных пород при сжатии, как в радиальном, так и в тангентальном направлениях, имеет место диаграмма с тремя этапами.
Сопротивление древесины на местное смятие выше, чем при смятии по всей поверхности. Повышение происходит в основном за счет распределения напряжений на большую поверхность в направлении вдоль волокон, благодаря поддерживающему влиянию не нагруженных соседних волокон, работающих при этом на растяжение.
Изгиб. Прочность при изгибе одна из важнейших характеристик древесины. При испытании на образцах разрушение начинается с почти невидимых складок в сжатой зоне, а окончательное разрушение происходит в растянутой зоне в виде разрыва или отслоения крайних волокон. Предел проч-
Г"Саь< гсс L v-'j; ;.;?я Т
!; -	Т '.я |	17
а, МПа
Рис. 1.6. Диаграмма деформирования древесины при сжатии вдоль волокон.
ности занимает по величине промежуточное положение между сжатием и растяжением и равен = 80 МПа .
Обычно напряжения при изгибе определяют по формуле:
но эта формула справедлива для упругой стадии работы до появления пластических деформаций (рис. 1.8, а). В этом случае закон изменения ст- сбудет прямолинейным и называется условно упругой стадией работы древесины.
С увеличением нагрузки эпюра напряжений становится нелинейной (рис. 1.7, б, в) за счет того, что крайние волокна начинают терять устойчивость, и усилие сжатия все более и более воспринимают волокна, находящиеся ближе к нетральной оси. В растянутой зоне наоборот: в крайних волокнах увеличивается напряжение, которое обусловлено равенством плеча внутренних сил, сопротивляющихся изгибающему моменту.
Скалывание. Скалывание является наиболее неблагоприятным, хрупким характером разрушения древесины и, тем не менее, наименее изученным явлением, не доведенным до корректной методики определения предела прочности. Существующая ныне методика испытания образцов на скалывание, например, не учитывает наличие изгибающего момента от действия приложенного усилия, вызывающие дополнительные растягивающие напряжения по площадке скалывания.
В реальных конструкциях в опорных зонах, где чаще всего происходит скалывание, имеет место сложное напряженное состояние (различное сочетание касательных и нормальных напряжений) неадекватное напряженному состоянию стандартных образцов при испытании. Поэтому в нормах проектирования расчетные сопротивления на скалывание вдоль волокон даны
Рис. 1.7. Диаграмма деформирования древесины на смятие по радиальной и тангентальной плоскостям.
применительно к виду конструкции или узла на основании локальных исследований. В отличие от других видов напряженного состояния влияние пороков на скалывание сказывается незначительно. Предел прочности равен =6-7 МПа . Разница между прочностью на скалывание в тангенциальной и радиальной плоскостях незначительна.
Различают два вида скалывания древесины: одностороннее и промежуточное. В первом случае силы скалывания расположены по одну сторону от площадки скалывания, что приводит к неравномерному распределению по ее длине скалывающих напряжений г (рис. 1.9). Процесс скалывания в этом случае обычно сопровождается расщеплением или отдиранием волокон. Причиной тому служит момент М=Те.
Во втором случае площадка скалывания находится в промежутке между двумя действующими на нее силами, в результате чего напряжения распределяются по длине площадки скалывания более равномерно.
Для инженерных методов расчета часто используют формулу для определения расчета сопротивления на скалывание (рис. 1.9). Как показали исследования в МИСИ, эта формула имеет запас прочности.
Рис. 1.8. Эпюра напряжений по высоте поперечного сечения изгибаемого элемента.
1.3.3.	Длительное сопротивление древесины
Длительное сопротивление является показателем действительной прочности древесины в отличие от предела прочности, определяемого путем кратковременных испытаний.
Необходимо отметить, что на прочность древесины большое влияние оказывает скорость приложения нагрузки и продолжительность ее действия. При этом разница величины разрушающей нагрузки на одинаковый деревянный элемент при ударе втрое, а при кратковременном равномерном приложении нагрузки вдвое выше, чем длительно действующая нагрузка. Для иллюстрации приведем методику испытаний стандартных образцов для определения длительной прочности древесины. Из серии одинаковых образцов отберем несколько и путем испытаний (например, на изгиб или растяжение) определим по стандартной методике кратковременную прочность (Р). Затем на специальных установках, обеспечивающих длительную нагрузку, нагрузим ряд образцов нагрузкой, составляющей 0,9Р; 0,8Р; 0,7Р; 0,6Р; ОДР. С течением времени образцы будут разрушаться, причем чем больше нагрузка, тем скорее будет разрушение образцов. Так, в течении нескольких лет должны разрушиться все образцы, кроме образцов, загруженных нагрузкой ОДР, хотя и при этой нагрузке может разрушиться один-два образца из серии. Остальные образцы не разрушаются, как бы долго ни действовала нагрузка.
Изобразив результаты таких испытаний на графике в координатах “кратковременная прочность - время до разрушения”, получим асимптотическую кривую ( рис. 1.10, б). Асимптотический характер кривой показывает, что прочность с увеличением длительности приложения нагрузки хотя и падает, но не безгранично. Кривая носит название кривой длительного сопротивления древесины, а ордината ОДР или ОДР характеризует предельное значение нагрузки. Разделив величину этой нагрузки на площадь поперечного сечения (при испытаниях на сжатие и растяжение), получим Стд, равный предел удлительной прочности древесины.
Замеряя деформации образцов на этих испытаниях, отмечаем другую характерную особенность древесины - свойство ползучести под действием неизменной нагрузки. При уровне напряжений ст<<тдл деформации будут с те-
Рис. 1.9. Виды скалывания: а и б - одностороннее скалывание; в - промежуточное скалывание.
чением времени затихать, а при напряжениях ст >стда деформации будут нелинейно возрастать вплоть до разрушения (рис. 1.10, б). Ярко выраженные свойства ползучести подтверждают тезис о том, что древесина по структуре своей является природным полимером. Этим свойством древесины объясняется увеличение прогибов балок, находящихся в длительной эксплуатации, если их сечение подобрано, исходя только из условий прочности.
Рассматривая вопрос о деформировании древесины, необходимо отметить, что при кратковременном нагружении нагрузкой до 0,3-0,5RBp имеют место упругие деформации, которые исчезают после снятия нагрузки, а при действии постоянной нагрузки этой величины с течением времени, помимо упругих, развиваются эластические и остаточные деформации. Эластические деформации также, как и упругие, обратимы, но они исчезают после снятия нагрузки только через длительные промежутки времени. Остаточные деформации являются необратимыми и остаются после снятия нагрузки. Необходимо отметить, что остаточные деформации составляют значи-
A - предел длительного сопротивления; Б - деформация древесины во времени.
тельно большую долю, чем упругие и эластические деформации. Этим и объясняется, что балки, получившие во время эксплуатации значительные прогибы, нельзя использовать, облегчая конструкцию перекрытия.
Длительная прочность и ползучесть древесины является одним из сложнейших вопросов, и благодаря исследованиям Ф.Б. Белянкина, Ю.М. Иванова и др. ученых мы в настоящее время имеем возможность корректного назначения расчетных характеристик при различных видах напряженного состояния с учетом длительного действия нагрузки.
1.3.4.	Влага в древесине и влияние ее на
прочность и деформативность
В древесине содержится две формы влаги: связанная (гигроскопическая) и свободная. Связанная влага удерживается в основном физико-химическими связями и находится в толще клеток. Свободная влага содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах. Состояние древесины, при котором свободная влага отсутствует, а клеточные стенки содержат максимальное количество связанной влаги, называется пределом гигроскопично
сти. При температуре 15-20 °C предел гигроскопичности примерно для всех пород равен 30%, а для замороженной древесины - 23-25%. Имеется третья форма влаги - химически связанная влага, но эта влага имеет значение только при химической переработке древесины.
Для количественной характеристики содержание влаги в древесине определяют:
= W~W(1 -100% то
где: т - масса влажной древесины; т0 - масса абсолютно сухой древесины.
Измерение влажности древесины осуществляется прямыми и косвенными методами. Прямые методы основаны на выделении различными способами (высушивание) влаги из древесины. Основной недостаток прямых методов заключается в их длительности (8-10 ч). Косвенные методы основаны на измерении показателей других физических свойств древесины, которые зависят от содержания влаги. К примеру, влажность древесины определяют электровлагомерами.
Влажность свежесрубленной древесины зависит от породы, местоположения древесины в стволе и других условий. При изменении влажности в пределах от абсолютно-сухого состояния до точки насыщения волокон древесина претерпевает объемные изменения, усыхая при уменьшении влажности и разбухая при ее увеличении. Усушка и разбухание вдоль волокон малы и составляют 0,1-0,3%. В направлении поперек волокон усушка и разбухание значительны. В радиальном направлении 3-6%, а в танген-тальном направлении 6-12%. Поэтому при подсчете объемов требуемого пиломатериала обязательно указывается влажность в процентах.
Неравномерная усушка древесины в радиальном и тангентальном направлениях приводит к возникновению сжимающих напряжений во внутренних годовых слоях и растягивающих усилий в поверхностных годовых слоях. Резкая неравномерность в деформации годовых слоев в процессе усушки древесины приводит к возникновению радиальных трещин, которые располагаются, главным образом, по сердцевинным лучам. Если возможно свободное развитие деформаций (малые сечения), то возникающие напряжения не превышают соответствующих пределов прочности, трещины не появляются, а вместо этого возникает явление коробления.
Влажность древесины ниже предела гигроскопичности является функцией относительной влажности воздуха и температурой, поэтому при определенных параметрах древесина получает состояние, при котором она не приобретает и не теряет влагу. Это состояние называется равновесной влажностью (табл. 1).
Деревянные конструкции, находящиеся в эксплуатации открытых и неотапливаемых помещений, обычно подвергаются воздействию как долгосрочных (сезонных), так и краткосрочных (суточных) изменений относи
тельной влажности. Следовательно, и равновесная влажность древесины колеблется. Но при этом изменения обычно происходят постепенно, и краткосрочные колебания среды влияют лишь на поверхностные слои. Поэтому с целью уменьшения влияния окружающей среды на древесину наносят защитные покрытия: лаки, краски.
При проектировании клееных деревянных конструкций в отапливаемых помещениях необходимо задаваться предельными параметрами относительной влажности и температуры помещений. В соответствии с этими параметрами следует высушивать исходное сырье до уровня не более равновесной влажности древесины, которую будут иметь конструкции при эксплуатации помещений. При несоблюдения этих требований возможно расслоение по клеевым слоям в процессе эксплуатации.
Показатели механических свойств древесины в значительной степени зависят от ее влажности. При увлажнении древесины до предела насыщения волокон древесины (30%) прочность и модуль упругости древесины снижается, а деформативность увеличивается. При дальнейшем повышении влажности древесины показатели механических свойств практически не меняются. Следовательно, прочностные и деформативные свойства древесины характеризует лишь наличие связанной влаги в стенках клеток. Поэтому сравнивать показатели древесины, имеющие различную влажность, вплоть до предела гигроскопичности нельзя. В связи с этим для сравнения прочностных и упругих характеристик древесины результаты испытаний приводят к стандартной влажности 12%. Для пересчета прочностных показателей приведенных к стандартной влажности используют формулу:
Bt2 = 2?w[l + a(17-12)]
Для пересчета упругих характеристик (модуль упругости, модуль сдвига и др.) используют формулу:
С _________________________________________ 12 l-a(lF-12) , где 512 и Сн - показатель, приведенный к влажности 12%; В^ и Cw - показатель испытаний при влажности в момент испытаний; W - влажность образцов в момент испытаний; а - поправочный коэффициент для различных видов напряженного состояния при испытаниях; а = 0,05 при сжатии; а = 0,04 при изгибе; а = 0,03 при скалывании.
Эти формулы справедливы в диапазоне влажности образцов от 8% до 23%. Снижение модуля упругости при увеличении влажности древесины ведет к увеличению деформативности, что необходимо учитывать при проектировании деревянных конструкций, изготавливаемых из массивной древесины. Это объясняется тем, что атмосферная сушка бруса зачастую не производится, и конструкция приобретает равновесную влажность уже в процессе эксплуатации. В результате изготовленные, например, в осенний
Таблица 1. Равновесная влажность древесины в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха
t, °C	Относительная влажность воздуха, %													
	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	98
Одо 5	7,1	7,9	8,7	9,5	10,4	н,з	12,4	13,5	14,9	16,5	18,5	21,0	24,3	26,9
10	7,1	7,9	8,7	9,5	10,3	11,2	12,3	13,4	14,8	16,4	18,4	20,9	24,2	26,8
15	7,0	7,8	8,6	9,4	10,2	11,1	12,1	13,3	14,6	16,2	18,2	20,7	24,1	26,8
20	6,9	7,7	8,5	9,2	10,1	11,0	12,0	13,1	14,4	16,0	17,9	20,5	23,9	26,6
25	6,8	7,6	8,3	9,1	9,9	10,8	11,7	12,9	14,2	15,7	17,7	20,2	23,6	26,3
32	6,7	7,4	8,1	8,9	9,7	10,5	11,5	12,6	13,9	15,4	17,3	19,8	23,3	26,0
40	6,5	7,2	7,9	8,7	9,5	10,3	11,2	12,3	13,6	15,1	17,0	19,5	22,9	25,6
45	6,3	7,0	7,7	8,4	9,2	10,0	11,0	12	13,2	14,7	16,6	19,1	22,4	24,7
50	6,1	6,8	7,5	8,2	8,9	9,7	10,6	11,7	12,9	14,4	16,2	18,6	22,0	24,7
55	5,9	6,6	7,2	7,9	8,7	9,4	10,3	и,з	12,5	14,0	15,8	18,2	21,5	24,2
60	5,7	6,3	7,0	7,7	8,4	9,1	10,0	11,0	12,1	13,6	15,3	17,7	21,0	23,7
период, конструкции из влажной древесины получают значительные необратимые деформации (прогибы) в период максимальных снеговых нагрузок.
Для прогнозирования прогиба в этих случаях необходимо для балочных конструкций задаваться в расчетах пониженным значением модуля упругости, а для стержневых конструкций следует использовать приведенный модуль упругости, учитывающий также и податливость узловых соединений. Реализация такого расчета позволит правильно назначать высоту строительного подъёма и не приведет к провисанию конструкций во времени.
Прочностные характеристики древесины в условиях постоянного или периодического длительного нагрева, если температура окружающего воздуха не превышает 50 °C, практически не изменяются. Лишь более высокие температуры окружающей среды могут привести к негативным последствиям, вызывая интенсивную сушку древесины и образование трещин, особенно в присучковой зоне цельной древесины, или расслоение по зоне клеевого шва у клееной древесины. Поэтому нормативными документами регламентируется применение деревянных конструкций из цельной древесины при температурах до 50 °C, а из клееной древесины при температуре до 35 °C.
В то же время понижение температуры увеличивает прочность и дефор-мативность древесины. Это объясняется тем, что при переходе температуры через 0 °C влага в древесине замерзает. Замерзание влаги в древесине представляет собой последовательный процесс. При понижении температуры ниже 0 °C сначала замерзает свободная влага в полостях клеток. Затем значительно медленнее в мерзлое состояние переходит часть связанной влаги. Поскольку связанная влага замерзает при температурах значительно ниже 0 °C, а массивное сечение древесины обладает значительной инерцион
ностью к реакции на изменение температуры, то полностью замороженной древесины в эксплуатируемых конструкциях неотапливаемых зданий и открытых сооружениях не бывает. Это объясняет тот факт, что несмотря на более высокие прочностные и деформационные свойства древесины при отрицательных температурах, расчетные сопротивления и модуль упругости древесины (1) имеют одно и то же значение при различных температурных условиях. Следовательно, можно сделать вывод, что надежность деревянных конструкций, при прочих равных условиях по нагрузке, эксплуатируемых в зимнее время выше, чем в летний период. Этот резерв прочности будет отражен в новой редакции СНиП, т. к. в последние годы были проведены исследования в этом направлении.
Глава 2. Древесина и пластмассы - конструкционный и теплоизоляционный материал
2.1. Пиломатериалы и листовые материалы на
основе древесного сырья
По размерам поперечного сечения пиломатериалы разделяются на доски, если ширина вдвое больше тощины, бруски, если ширина меньше двойной толщины, и брусья, если ширина и толщина более 100 мм.
По характеру обработки различают пиломатериалы обрезные и необрезные. Необрезными называются доски, пропиленные только с двух сторон по пласти. Обрезными называются доски, пропиленные с четырех сторон. Рис. 2.1.
Рис. 2.1. Виды пилопродукции:
а - двухкантный брус; б - трехкантный брус; в - брус; г - необрезная доска; д - обрезная доска; е,ж - обрезная доска с обзолом; з - брусок; и - горбыль; л,м - лафет.
Длина хвойных пиломатериалов установлена до 6,5 м, с градацией 25 см. Размеры поперечного сечения, указанные в сортаменте, установлены для древесины с влажностью 20%. При использовании пиломатериалов с большей влажностью следует учитывать припуски на усушку, которые даются в ГОСТ 6782.1-75.
Для пиломатериалов хвойных пород установлены отклонения от номинальных размеров по длине 25 - 50 мм в зависимости от длины элемента, по толщине при размерах: до 32 мм + 1 мм, от 40 до 100 мм + 2 мм, более 100 мм + 3 мм, которые допускаются при лесопилении.
Сортность пиломатериала. Древесина, как и все природные материалы, характеризуются нестабильными прочностными характеристиками. Причинами этой нестабильности в первую очередь являются пороки древесины (сучки, косослой, трещины, червоточина и др.). Все это налагает требование на разграничение пиломатериала по сортам. Нормами на проектирование деревянных конструкций предусмотрен 1, 2 и 3 сорт, где 1 и 2 сорт используется при изготовлении несущих конструкций, а третий сорт используются в основном при изготовлении ограждающих конструкций. Сорта различаются в зависимости от видов, величин, расположения и количества пороков, (рис. 2.2.)
Для первого сорта допускаются сросшиеся с чистой древесиной сучки,
1000	1
Ь<1Ш) (dr>d)<}h п=2
Ь>100 (di+d^ jb п-3
b<!00 (dt+dj^Ab п=3 i<4i Ь>!ОП (d^d^ib п~4
Рис. 2.2. Ограничение пороков по сортам пиломатериалов /т - длина трещины; п - количество сучков; dj,d2 - диаметр сучков.
если по длине доски или бруса в 20 см размер одного или нескольких сучков на пласти или кромке не более одной четверти соответствующих сторон. Для второго сорта, соответственно, не более одной трети, а для третьего сорта, соответственно, не более половины соответствующих сторон. При больших размерах сучков пиломатериал не должен использоваться при изготовлении конструкций. Косослой на длине один метр для первого сорта не должен превышать 7 см для второго 10 см, а для третьего 12 см. Гниль и червоточина не допускаются.
Фанера. Наиболее распространённый в строительстве конструкционный материал, применяемый как в несущих конструкциях в виде стенок двутавровых и коробчатых балок, фасонок в стержневых конструкциях и т.д., так и в ограждающих конструкциях в виде обшивок. При изготовлении опалубки фанера вытесняет применяемый ранее пиломатериал. В настоящее время наиболее рациональной является многооборачиваемая щитовая опалубка, конструкция которой представляет собой фанерную «палубу» (поверхность соприкасающиюся с бетоном) с ребрами и крепежными элементами из металла. Фанера также широко применяется в конструкциях полов, перегородок.
Фанера представляет собой листовой материал толщиной до 15 мм, получаемый путем склеивания трех и более слоёв шпона толщиной 1,1 - 1,5 мм с взаимно перпендикулярны расположением волокон смежных слоев. Фанера толщиной более 15 мм называется фанерными плитами. Сырьем для фанеры являются кряжи, в основном березы и лиственницы, в результате поперечной распиловки которых по длине, соответствующей формату фанеры по одной из сторон, получают “чураки”. На специальном оборудовании путем лущения чурака получают шпон в виде непрерывной ленты, которую разрезают по длине на листы, требуемые по формату. Чаще всего это квадратные листы с размером стороны 1,5 м. Фанерные плиты имеют длину до 2,5 м.
Пакет слоев шпона склеивается в прессах методом горячего или холодного прессования. По выбору клея назначается марка фанеры. Фанера марки ФСФ (Ф - фанера, СФ - на смоляном фенолформальдегидном клее) обладает повышенной водостойкостью и рекомендуется для строительных конструкций. Фанера марки ФК (Ф - фанера, К - на карбомидном клее) является фанерой средней водостойкости и рекомендуется для конструкций, устанавливаемых внутри помещений. Визуально фанеру марки ФСФ можно отличить от фанеры марки ФК по цвету клеевого слоя. У фанеры ФСФ клеевой слой имеет красноватый цвет, а у фанеры ФК - цвет белый. Цвет наружных слоев шпона у обеих марок естественный. Бакелизированная фанера марки ФБС (Ф - фанера, Б - бакелизированная, С - пропитка наружных слоев и огрунтовка средних слоёв спирторастворимыми смолами) характеризуется очень высокой прочностью и водостойкостью. Ее используют для специальных конструкций, эксплуатируемых в жёстких условиях.
Для опалубки фанерные плиты выпускаются с защитными покрытиями из пропитанных смолами пленок. Эти плиты марки ФСФ визуально отличаются от традиционной фанеры цветом наружных слоёв.
В силу различной ориентации волокон слоев шпона фанера обладает меньшей анизотрапией свойств, чем древесина, имеет высокие характеристики на скалывание, что позволяет использовать ее, в частности, в качестве стенок балок, которые воспринимают сдвигающие усилия. Вследствие малой толщины отдельных слоев шпона и различного направлениям волокон, фанера незначительно подвержена явлениям разбухания и усушки, и внутренние напряжетщя от этих факторов невелики. Таким образом, реализуя все достоинства древесины, фанера нивелирует отдельные её недостатки, что позволяет использовать её не только в строительстве, айв судостроени-ии, авиастроении и других отраслях промышленности.
Фанера всех марок имеет пять сортов: А/АВ; АВ/В; В/ВВ; ВВ/С; В/С, которые характеризуются сортами наружного (числитель) и оборотного (знаменатель) слоев шпона. Поскольку для шпона сортов А и АВ предъявляют высокие требования по качеству поверхности, и фанера этих сортов применяется для отделочных работ и мебели, то для строительных конструкций применяются остальные сорта, т.к. прочностные характеристики практически не зависят от сорта шпона.
Для фанерных плит изготавливают шпон толщиной от 2 до 4 мм. По отечественным стандартам толщина плит доходит до 78 мм. В зависимости от назначения плит, смежные слои шпона могут иметь, как взаимноперпепди-кулярное, так и параллельное направление волокон. Наружные слои шпона преимущественно изготавливаются из берёзы, а средние слои из других мягких лиственных пород.
Технологические качества шпона (малая толщина, пластичность) поз-волляют изготавливать не только плоскую, но и гофрированную фанеру, а также профильные погонажные элементы: трубы, уголки, швеллера. В прессах позиционного или проходного типа с горячими матрицами и пуансоном требуемого профиля осуществляется процесс гнутья и отверждения клея предварительно набранного пакета слоёв шпона. Для гофрированной фанеры, уголков, швеллеров, толщина которых превышает 6-8 мм, набор слоёв шпона отличается от фанеры. Например, при наборе из 7 слоёв наружные и три внутренних слоя имеют направление волокон вдоль оси элемента, что повышает их прочностные характеристики при сжатии, растяжении и изгибе. Расположенные под наружными слоями слои шпона имеют направление волокон перпендикулярно оси элемента. Максимально разнесенные относительно центральной оси сечения поперечные слои шпона обеспечивают формоустойчивость профиля. В качестве конструкционного материала находят применение фанерные трубы. Изготавливаемые трубы длиной 1,5 м наращиваются путем клеевого стыка “на конус”. Эффективное сечение труб рационально использовать в качестве стоек, мачт, трубопрово-30
дов для транспортировки отдельных химически агрессивных жидких материалов.
Древесно-стружечные плиты (ДСП) изготавливаются путем горячего прессования древесных частиц, смешанных со связующим материалом. Древесные частицы получают путем переработки технологического сырья (низкосортная древесина, отходы лесопиления и фанерного производства). Полученная дробленка имеет малые размеры и высокую однородность. В качестве связующего применяют фенолформальдегидные, меламино-фор-мальдегидные смолы, количество которых составляет от 7 до 10% от массы плит. По конструкции сечения древесностружечные плиты разделяются на однослойные и трехслойные. В однослойных плитах исходная масса равномерно распределена по сечению плиты. Трехслойные плиты характеризуются тем, что внутренний слой отличается от наружных слоев большими размерами древесных частиц и меньшим процентом содержания связующего. Большая плотность наружных слоев плит увеличивает прочность при изгибе. Изготовление древесно-стружечных плит осуществляется в гидравлических прессах при температуре 130 - 140 градусов. Разработана также экструзионная технология изготовления плит с круглыми пустотами в средней по сечению зоне. Стружка в них ориентирована перпендикулярно плоскости плиты, в результате чего прочность этих плит при изгибе снижается в 2 - 3 раза.
Недостатком ДСП является высокое водопоглощение, которое влечёт за собой расслоение при усушке. Наличие в качестве связующего формальдегида, который в прцессе эксплуатации выделяется в окружающую среду, снижает область применения этого материала. Для избежания токсичности плиты облицовываются с двух сторон древесным шпоном либо плёнкой, либо бумагой, пропитанной смолами. Снижение водопоглощения до 10% возможно путем введения гидрофобных добавок.
Высокая звукоизоляция и малая теплопроводность ДСП реализуется в строительстве при устройстве подготовки под чистые полы в помещениях, при устройстве подвесных потолков.
Древесно-волокнистые плиты (ДВП) - листовой материал, изготавливаемый методом горячего прессования или сшивкой с подпрессовкой. Древесным сырьем являются отходы лесопиления и деревообработки, которые дробят и затем проваривают в растворе едкого натрия для нейтрализации смолиствх и сахаристых веществ. Проваренная щепа размалывается в специальных установках до волокнистого состояния. Связующим веществом является канифольная эмульсия с добавлением фенолформальдегидных смол. В зависимости от степени прессования ДВП изготовляются сверхтвердыми, твердыми и мягкими. Мягкие плиты используются как теплоизоляционный материал.
Технология изготавления ДВП заключается в следующем. Приготовленная масса формируется в ковер заданной толщины и направляется в ролико-31
вую сушилку для изготовления мягких плит либо в горячий пресс. Прессование происходит при температуре 150 - 160 градусов под давлением 1 -5 МПа. Толщина твердых плит от 3 до 6 мм. Толщина мягких плит от 12 до 25 мм.
Цементно-стружечные плиты (ЦСП) - листовой материал толщиной от 8 до 40 мм, в котором связующим является портландцемент. Древесные частицы получают в результате рубки короткомерных и тонкомерных отходов пиломатериала на специальных рубительных станках, которые позволяют получить древесные частицы определенной формы. Для нейтрализации действия сахаристых веществ на цементную связку в исходный состав добавляют жидкое стекло. Прессование и отверждение связки происходит в горячих прессах. ЦСП является трудносгораемым материалом, поэтому одной из областей его применения является изготовление перегородок, подвесных потолков в промзданиях. Используется ЦСП в качестве обшивок стеновых панелей и плит покрытий с рёбрами из древесины или эффективного металлического профиля. В деревянном домостроении ЦСП применяется в качестве настила под чистые полы, для обшивок каркасов стен и перегородок. Обработанные защитными водоотталкивающими покрытиями ЦСП используют в качестве экранов для защиты деревянных стен от атмосферного воздействия.
2.2. Пластмассы. Конструкционные стеклопластики и теплоизоляционные пенопласты
Пластическими массами (пластмассы) называются материалы искусственного происхождения, основой которых, выполняющих роль связующего компонента, являются продукты химического процесса под действием повышенных температур, давления и т.д. (полимеризации, поликонденсации) молекул мономера (этилен, стирол и т.д.).
Помимо основы, которые сами по себе являются конечными материалами (полиэтилен, полистирол, различные смолы и т.д.), в состав пластмасс могут входить: пластификатор, стабилизатор, наполнитель, краситель, антистатики.
Пластификатор включается в состав пластмасс для повышения его эластичности и гибкости. Пластификатор снижает хрупкость, повышает морозостойкость. Пластификаторы представляют собой низкомолекулярные жидкости, например, дибутилфталат, этилгликоль.
Стабилизатор добавляется для сохранения исходных свойств полимерных материалов при действии света, тепла, при механических и химических воздействиях и, наконец, от воздействия микроорганизмов.
Наполнитель вводится для экономии полимера и обеспечения механической прочности материала. В качестве наполнителя используются древесные волокна, стекловолокна и цемент, диабазовая мука и т.д.
Антистатики уменьшают электризацию полимерных материалов в
процессе их переработки и эксплуатации изделий из них. В качестве антистатика применяют поверхностно-активные вещества и электропроводящие наполнители (сажа, графит, порошки металлов).
Достоинства и недостатки пластмасс.
Среди многих преимуществ пластмасс, определяющих эффективность их применения в строительстве, по сравнению с традиционными материалами, является возможность создания конструкции с заданными свойствами по прочности и теплопроводности.
Многие полимерные материалы практически не поглощают влагу, химически стойкие к воздействию различных агрессивных сред.
У отдельных видов пластмасс высокая механическая прочность, превышающая прочность древесины, бетона.
Такие виды пластмасс, как органическое стекло, винипласт, полиэфирные стеклопластики, являются светопрозрачными материалами.
Важно и то, что светопрозрачные полимерные материалы пропускают ультрафиолетовое излучение.
Многие пластмассы обладают малым удельным весом (пенопласты, со-топласты и др.) и низкой теплопроводностью, что позволяет их использовать в отражающих конструкциях.
Как и всякие материалы, применяемые в строительстве, полимерные материалы имеют недостатки: низкая теплостойкость и морозостойкость отдельных видов пластмасс; возгораемость, низкая огнестойкость и токсичность; малая поверхностная твердость.
Конструкционные стеклопластики.
Стеклопластики - пластические массы, полимерной основой которых являются синтетические смолы, а наполнителем или армирующим материалом, придающим повышенную прочность и жесткость всей композиции, стекловолокна, стеклонить или стеклоткань. К конструкционным стеклопластикам относятся листовые полиэфирные стеклопластики, СВАМ, АГ- 4С, АГ- 4В, КАСТ- В и др.
Армирующий материал воспринимает значительную часть нагрузки. Смола связывает армирующий материал между собой в единую систему и обеспечивает равномерное распределение напряжения при работе стеклопластика. Таким образом, получается композиционный материал, характеризующийся значительной удельной прочностью, большим сопротивлением к износу, водостойкостью, малой теплопроводностью, стойкостью к гниению и действию агрессивной среды.
Полимерная основа. В качестве связующего для стеклопластиков применяют различные синтетические смолы. Из большого числа смол, обладающих необходимыми свойствами, можно назвать полиэфирные, фенольные, эпоксидные.
Рис. 2.3. Фильерный способ получения стекловолокна:
1 - питатель; 2 - лоток; 3 - электропечь; 4 - нитесборник; 5 - наматывающий аппарат.
Наша промышленность выпускает следующие полиэфирные смолы:
общего назначения - ПН-1, ПН-2;
повышенной теплостойкости -ПН-3, ПН-4;
пониженной горючести - ПН-6, ПН-7, ПН-1С;
водо-кислотостойкие - ПН-10, ПН-69, ПН-15.
Отверждение полиэфирной смолы может происходить под влиянием тепла, ультрафиолетовых лучей и перекис-лых соединений. Процесс отверждения зависит от типа полиэфирной смолы и качества отвердителя. Недостаток полиэфирных смол - их горючесть, недо
статочная теплостойкость. Для улучшения свойств полиэфирного связую-
щего его модифицируют различными веществами, что позволяет получать
стеклопластики с высокой механической прочностью, повышенной термостойкостью и водостойкостью. К достоинствам полиэфирных смол относятся высокие адгезионные свойства, малая усадка, отсутствие летучих ве
ществ в процессе производства стеклопластиков.
При производстве стеклопластиков находят применение также феноло-формальдегидные смолы.
Стеклопластики на основе фенолоформальдегидных смол обладают стойкостью к высоким температурам, хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, стойкостью к воздействию атмосферных условий. Плотная сетчатая структура этих смол обуславливает их твердость, жесткость и повышенную хрупкость. Эти смолы обладают сравнительно высоким модулем упругости 50-60 МПа.
Эпоксидные смолы обладают повышенными механическими характеристиками, высокой адгезией к стекловолокну, сравнительно высокой стойкостью к действию повышенных температур, отсутствием выделения летучих продуктов реакции в процессе термоотверждения. Существенный недостаток эпоксидных смол то, что они дороже в 4-5 раз полиэфирных. К недостаткам эпоксидных смол относят также сложность регулирования длительности отверждения, токсичность и хрупкость. Для уменьшения хрупкости эпоксидные смолы модифицируют различными пластификаторами.
Значительного изменения свойств стеклопластиков можно добиться введением в состав связующего наполнителя. В зависимости от состава и содержания наполнителей можно повысить вязкость связующего, снизить его усадку, повысить водостойкость.
В качестве наполнителя применяется мел, тальк, слюда, кварц, каолин и др. В зависимости от вида стеклопластика количество наполнителя может
быть различным. Так, при использовании тканей вводят не более 5% наполнителя, при использовании стекломатов до 30%. Некоторые наполнители могут изменить физико-механические показатели стеклопластиков. Окись сурьмы добавляют к полиэфирным смолам для повышения огнестойкости стеклопластика. Введение в связующие графита повышает электропроводность, введение порошка металлов повышает теплопроводность.
Стекловолокнистые армирующие материалы. Наиболее распространенными способами выработки стекловолокна являются: вытягивание расплавленной стекломассы через фильеры. Этот способ основан на использовании предварительно изготовленных стеклянных шариков диаметром до 20 мм (рис. 2.3).
Стеклянные шарики из бункера автоматического питателя - 1, по наклонному лотку - 2, поступают в электропечь - 3. Сосуд служит одновременно нагревательным элементом и резервуаром для расплавленной стекломассы, которая создает напор у отверстий. Температура в печи 1200-1250 °C. Диаметр фильер 1,2 - 2,0 мм. Вытяжка через фильерные отверстия осуществляется с помощью нитесборника 4. В нитесборнике собранные в одну нить элементарные волокна пропитываются замасливающими составами (парафин). Замасливание придает волокну ровную поверхность, защищает от атмосферных воздействий, препятствует накоплению зарядов статического электричества при трении.
При изготовлении стеклопластиков на основе тканых армирующих материалов замасливатель перед формованием изделий обычно удаляют. Делают это путем нагревания при 200-300 °C либо химическим способом (обработка водным раствором мочевины). Стекловолокна обладают повышенной прочностью. При растяжении стекловолокно выдерживает до 1500 МПа. Для сравнения: нейлоновая нить 560 МПа, медная проволока 560 МПа, стальная проволока до 3100 МПа. Отдельно взятые стеклянные волокна редко используют в качестве упрочняющего наполнителя для стеклопластиков. Из волокон изготовляют нити, ровинги, стекломаты, ткани.
Ровинг (жгут) представляет собой непрерывную прядь, состоящую из большого числа равномерно натянутых некрученных нитей.
Стекломаты представляют собой рулонный материал из хаотически расположенных в горизонтальной плоскости отрезков нитей длиной примерно 50 мм, скрепленных связующим. Маты используют, как армирующий материал, при изготовлении стеклопластиков на основе полиэфирных смол.
К нетканым стеклопластиковым материалам относят и перекрестные сетки. Состоят эти материалы из непрерывных стеклонитей, расположенных во взаимноперпендикулярных направлениях. В местах их пересечения склеивают или скрепляют механически. Нетканые перекрестные материалы изготовляют различной структуры: от плотных до редких сеток с размером ячейки 20x20 мм. Плотные клееные материалы применяют для армирования конструкционных стеклопластиков, получаемых методом намотки, контакт-э.	35
ного формования и прессования. Клееные сетки предназначены для армирования пленок, бумаг. Нетканые перекрестные сетки - перспективный армирующий материал при изготовлении строительных конструкций. В результате исключения операции ткачества в 10-15 раз увеличивается производительность оборудования. Улучшаются и прочностные характеристики стеклопластика, т.к. устраняются изгибы нитей в местах пересечения.
Тканые стекловолокнистые материалы. Стеклоткани различаются типом переплетения, числом нитей вдоль и поперек ткани.
Для создания высокопрочных конструкционных, не расслаивающихся стеклопластиков разработаны многослойные стеклоткани толщиной 1-10 мм. Отдельные слои тканей связывают друг с другом в процессе тканеобра-зования. Многослойные ткани могут быть изготовлены комбинированными с включением различного количества синтетических волокон. Изготавливают стеклоткани также из ровинга. В производстве таких тканей применяют некрученые стеклонити из волокон диаметром 10 мкм, что обеспечивает их низкую себестоимость.
Конструкционные стеклопластики, применяемые в строительстве, разделяются на листовые или прутковые материалы, используемые в качестве ограждения, деталей крепления, в т.ч. нитей, арматуры и т.д., в химически агрессивных, радиопрозрачных немагнитных, средах. Листовые светопрозрачные материалы для ограждающих конструкций и зенитных фонарей. Наибольшее применение в строительстве получили листовые светопрозрачные стеклопластики.
1. Полиэфирный стеклопластик (марок ПН-1, ПНМ-2, ПНМ-8) выпускают двух типов: плоский и волнистый. Существуют, в основном, два метода получения листовых стеклопластиков: непрерывное формование; прессование.
Схема получения листового стеклопластика с продольной волной состоит в следующем. Стеклянный жгут через нитеводы поступает на рубящее устройство. Связующее, состоящее из полиэфирной смолы, инициатора, красителя, стабилизатора, заливают в пропиточную ванну. На целлофановую пленку, предварительно покрытую связующим, наносят рубленные стеклонити длиной около 50 мм. После этого стекломат накрывают второй целлофановой пленкой. Формируют гофры при помощи системы гребенок, установленных по направлению движения пакета. Отверждение связующего происходит в многосекционной камере. Температурный режим в камере поддерживается автоматически. После выхода из камеры стеклопластиковый лист проходит тянущее устройство, затем его обрезают по кромке и на куски.
В состав стеклопластика вводится около 30% армирующего материала. Уменьшение содержания стекловолокна вызывает трещины, увеличение -выход рубленных волокон на поверхность листа.
Достоинством полиэфирного стеклопластика является возможность эксплуатации без потери механических свойств в широком температурном ди-36
апазоне от -60 °C до +70 °C. Недостатком является недостаточная стойкость к солнечному излучению. За влиянием этого факта достаточно просто наблюдать во время эксплуатации. Сначала теряется блеск стеклопластика, затем изменение цвета, выщелачивание связующего и разрушение стекловолокна.
2. Органическое стекло. Органическое стекло - это термопластичный стеклопластик, получаемый путем полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты. При изготовлении элементов светопрозрачных конструкций из органического стекла, в частности, для районов Крайнего Севера, целесообразно применять техническое стекло (ТОСП, ТОСН, ТОСС), максимальные размеры которых 1,4x1,6 м при практически любой толщине от 1 мм и выше.
Основные достоинства органического стекла: высокая степень прозрачности. Светопропускание в среднем составляет 92%. Коэффициент свето-пропускания незначительно снижается в зависимости от толщины материала; относительная малая плотность (1,2 г/см3); хорошо пропускает ультрафиолетовое излучение от 70-90%; органическое стекло обладает повышенными теплотехническими свойствами, в пять раз ниже теплопроводности силикатного стекла.
Недостатки органического стекла: низкая поверхностная твердость; при длительном воздействии атмосферы, статической нагрузки на поверхности стекла появляются микротрещины - «серебро»; возгораемость органического стекла.
По своей природе органическое стекло является термопластом, поэтому при повышении температуры до 90 °C оно переходит из стеклообразного состояния в высокоэластичное состояние. Это свойство используется при формовании изделий любой конфигурации. Оптимальной температурой формования считается 115-120 °C.
Органическое стекло в ориентированном состоянии при ударе имеет локальное разрушение, т.е. не растрескивается на большие площади.
Поликарбонат. Наряду с силикатным стеклом в последнее время в России широко используется в качестве светопрозрачного ограждения (зимних садов, жилищ, соляриев, навесов, перегородок, навесных потолков) сотовый поликарбонат. Он представляет собой полые прозрачные панели, которые состоят из разнесенных между собой листов, соединенных продольными ребрами жесткости. Количество листов в панели может быть от двух до четырех при общей толщине панели от 4 до 25 мм.
Помимо всех достоинств присущих оргстеклу, сотовый поликарбонат более ударопрочный (антивандальный) материал. За счет воздушных прослоек имеет более высокие теплотехнические характеристики. Трудновос-пламеним.
Недостатком этого материала является более высокая стоимость по сравнению с другими светопрозрачными стеклопластиками, а также неустойчи-37
вость к солнечной радиации. Этот недостаток устраняется нанесением в процессе изготовления прозрачного ультрафиолетового стабилизирующего слоя. По данным зарубежных исследований срок службы панелей сотового поликарбоната в качестве кровельного материала не ограничевается 30 годами.
Полиэтилентерефталат (ПЭТ). По своим техническим и экономическим показателям этот материал находится между оргстеклом и поликарбонатом. Однако в силу отсутствия достаточного опыта применения в строительстве и наблюдения этот материал пока не получил широкого признания.
Теплоизоляционные пенопласты.
Феноформалъдегидный пенопласт. Феноформальдегидный пенопласт марки ФРП-1 представляет собой мелкопористый материал от светло-серого до темно-коричневого цвета. Технология изготовления фенольного пенопласта сводится к механическому смешиванию двух жидких компонентов, смесь резольной смолы (жидкой) ФРВ-1 и специальных добавок, вспенивающего и отверждающего агента ВАГ-3 низковязкой жидкости коричневого цвета. Вспенивание производится без подвода тепла или с небольшим подогревом если форма изготовления пенопласта выполнена из теплоемких или теплопроводных материалов.
Общая продолжительность цикла от момента окончания смешивания компонентов до получения готового пенопласта составляет несколько минут. В процессе вспенивания выделяется фенол, поэтому требуется устройство вытяжной вентиляции. Готовый пенопласт никакого запаха не имеет.
ФРП-1 отнесен к группе трудносгораемых материалов и допущен к применению в жилищном строительстве без ограничений. Его изготовляют в виде блоков или заливкой непосредственно при изготовлении ограждающих конструкций. Плотность ФРП-1, вспененных при изготовлении трехслойных конструкций, составляет 80-100 кг/м3.
С целью повышения физико-механических и технологических показателей разработаны и другие композиции для получения фенолфармальдегид-ных пенопластов, такие как: Виларис-400, Виларис-400А и др.
Полиуретановый пенопласт. Более однородными по теплотехническим свойствам и более низкой технологической усадкой по сравнению с фенолформальдегидными пенопластами являются полиуретановые пенопласты.
Полиуретановые пенопласты имеют также более высокие механические характеристики, особенно при сдвиге, что верно для трехслойных ограждающих конструкций без ребер. Однако стоимость полиуретановых пластмасс выше стоимости фенолформальдегидных пластмасс. С целью экономии полиуретановой композиции при изготовлении пластмасс используют наполнители в виде минеральных гранул, полученных на основе обожженных глин, стекла, перлита.
К этим обожженным минеральным наполнителям предъявляются высокие требования по плотности, гранулометрическому составу, водопоглоще-
нию и влажности. Высокая плотность 150-200 кг/м3 и прочность на сжатие 0,6 МПа позволяют использовать пенополиуретановые пластмассы при изготовлении двухслойных ограждающих конструкций без верхней обшивки с устройством рулонных кровель непосредственно по пенопласту.
Пенополистирольный пенопласт. Более 50 лет используется в строительстве в качестве теплоизоляционного материала. Вспенивание гранул в процессе изготовления обеспечивает высокое содержание воздуха, до 98%, что обеспечивает легкость и низкую теплопроводность материала, которая в 4 раза ниже, чем у древесины поперек волокон.
В строительстве в последнее десятилетие применяется в основном марка ПСБ-С, которая в отличие от марки ПСБ имеет огнестойкое исполнение. Благодаря этому существенно снижается воспламеняемость и распространение огня по поверхности пенополистирола. Только при продолжительном высокотемпературном воздействии он может гореть, но при этом скорость распространения огня не велика.
Пенополистирол имеет исключительно низкий процент водопоглоще-ния, менее 1 %, не является питательной средой для грибов плесени, не растворяется в воде, а также устойчив к воздействию большинства химических веществ.
Глава 3. Химические средства защиты древесины от биоразрушения и возгорания
3.1. Дереворазрушающие грибы, насекомые и условия их жизнедеятельности
К основным организмам, поселяющимся в древесине, относятся грибы и насекомые. Под воздействием грибов в древесине происходят двоякого рода изменения. В одном случае физико-механические свойства древесины практически сохраняются, но при этом на поверхности, главным образом, заболонной древесины появляется плесень и грибные окраски (синева). Эти грибы относятся к деревоокрашивающим грибам. Между некоторыми видами плесени и синевы нет четкой границы. У грибной окраски цвет может колеблется от синего до черного и от серого до коричневого. Однако следует сказать, что коричневая окраска не всегда связана с деревоокрашивающими грибами, а вызывается иногда окислительными процессами вследствие реакции между кислородом воздуха и некоторыми компонентами древесины, происходящими при сушке.
На хвойных породах синева обычно проникает глубоко в древесину, и удаление ее возможно лишь механическим путем. Деревоокрашивающие грибы поражают и быстро развиваются в заболоне древесины во время теплой сырой погоды. Также сырая древесина поражается деревоокрашивающими грибами в штабеле, если не обеспечивается проветривание, условия для сушки материала.
Грибы, вызывающие изменение физико-механических свойств древесины и в конце концов разрушающие ее, называются дереворазрушающими грибами, а процесс, вызываемый жизнедеятельностью этих грибов - гниением. Дереворазрушающие грибы разделяются на лесные, которые поражают растущие деревья, а на срубленной древесине их жизнедеятельность прекращается, на биржевые (складские), поражающие древесину, складированную в штабелях, и на наиболее серьезные, вызывающие опасность для деревянных конструкций, домовые грибы.
Грибы размножаются спорами, представляющими собой мелкие клетки в оболочке. Они разносятся по воздуху, по воде, и разносятся насекомыми. Поэтому практически вся древесина как в лесу, так и в переработанном виде населена спорами, которые при благоприятных условиях прорастают в древесину, образуя грибницу. Благоприятными условиями для жизнедеятельности грибов в древесине являются наличие благоприятной температуры, достаточной влажности древесины и воздуха, т.е. условий, необходимых для жизнедеятельности любых организмов. Отсутствие любого из этих факторов означает прекращение жизнедеятельности грибов.
Гниение древесины происходит при влажности древесины более 18%. Если влажность менее 18% при любых условиях древесина не будет гнить, а гниль, развившаяся ранее, не будет прогрессировать. Для процесса гние
ния температура окружающей среды должна колебаться в пределах от 1°С до 45 °C. При отрицательных температурах, что естественно, так и высоких температурах процесс жизнедеятельности грибов останавливается.
Не поражается дереворазрушающими грибами древесина, хранящаяся в воде из-за отсутствия воздуха, необходимого для жизнедеятельности гриба.
Домовые грибы могут развиваться и на сухой древесине при наличии первоначального увлажнения поверхности древесины и незначительного воздухообмена. Дальнейшее увлажнение происходит в результате химического разложения древесины при участии гриба. Поэтому для избежания этого процесса необходим интенсивный воздухообмен, обеспечивающий равновесную влажность древесины с окружающей средой, которая практически всегда обеспечивает влажность древесины менее 18%.
Повреждения древесины насекомыми называются червоточными. На поверхности пиломатериалов видны крупные или овальные отверстия, бороздки или канавки. Эти разрушения производят личинки насекомых, использующих древесину для своего питания. Древесину повреждают различные насекомые: жуки (усачи, златки, короеды, долгоносики, точильщики), бабочки (древоточцы, стеклянницы), термиты и др. В большинстве случаев насекомые, закончив цикл развития во влажной древесине, после высыхания вторично ее не заселяют. Насекомые интенсивно развиваются и разрушают древесину при температуре 18-24 °C и относительно влажности воздуха 60-80%.
За исключением трухлявой червоточины, которая вызывается группой домовых вредителей (домовые точильщики, усачи, термиты), которые способны развиваться внутри сухой древесины, превращая ее в трухлявую массу, в то время как на поверхности, кроме входных и летных отверстий ничего не замечается, червоточина незначительно сказывается на физико-механических свойствах древесины.
3.2. Препараты и технология антисептирования
Химическая защита древесины предусматривается в тех случаях, когда ее увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно. В такой ситуации древесина часто поражается домовым грибком. Появление его нетрудно заметить. Вначале появляется белый пушок или похожее на вату скопление нитей. Позже проступают желтые, розовые пятна. Постепенно они превращаются в светло-серые пленки. Таким путем грибы распространяются по всему строению. Древесина, на которой появляется гриб, постепенно изменяет свой обычный цвет, темнеет, трескается и крошится. Такие места древесины надо срочно удалять или деревянные части полностью заменить. Отходы удаленной части обязательно сжечь. Защита деревянных конструкций от биоповреждения заключается в пропитке или покрытии их антисептиками. Антисептики должны удовлетворять, помимо токсичности к грибам и насе
комым, таким требованиям, как способность проникновения в древесину, устойчивость к вымыванию из нее, быть безвредным для людей и др.
Всему комплексу требований не удовлетворяет ни один антисептик, поэтому для каждого конкретного случая подбирают соответствующие антисептики.
Антисептики - это химические вещества и составы, применяемые для предохранения древесины от гниения и повреждения дереворазрушающими грибами и насекомыми. Антисептики разделяют. Инсектисиды - токсичные для насекомых и фунгисиды - вещества, токсичные для дереворазрушающих грибов.
Все применяемые антисептики подразделяют на три группы: неорганические (водорастворимые), органического происхождения и комбинированные.
Неорганические антисептики (водорастворимые)
1.	Фтористый натрий (NaF).
Белый порошок, не имеющий запаха, не летуч, слабо корродирует металлы. Концентрация раствора принимается 3-4%. Обладает высокой диффузионной способностью проникновения в сырую (до 40-50% влажности) древесину. При соприкосновении с известью, цементом, алебастром, мелом фтористый натрий частично утрачивает антисептические свойства, образуя с солями кальция нерастворимые в воде соединения. Поэтому вода для приготовления антисептика должна быть мягкой.
2.	Кремнефтористый аммоний (NH) SiF.
Белый кристаллический порошок с легким запахом аммиака. Обладает высокой растворимостью (18-32%). Легко проникает в древесину, но и легко вымывается из нее. Древесина, пропитанная этим препаратом, не изменяет цвета. Недостаток антисептика то, что он вызывает коррозию металла. Концентрация раствора принимается 5-10%. Широко применяется для антисептирования деревянных конструкций, находящихся в условиях, где исключено вымывание соли в процессе эксплуатации.
3.	Бихромат натрия.
Представляет собой кристаллы красно-оранжевого цвета, хорошо растворимые в воде. Легко проникает в древесину и прочно фиксируется ее волокнами. Не летуч и является пассивиатором коррозии металлов.
4.	Кремнефтористый натрий технический.
Белый или желтоватый порошок. Предельная растворимость его в холодной воде 0,65, в горячей - 1,8%. Низкая растворимость относит этот антисептик к разряду слабых. Поэтому в чистом виде для обработки древесины применяется редко. Для повышения токсичности кремнефтористого натрия добавляют кальцинированную соду, жидкое стекло или аммиак, при соединении с которыми в растворе образуется фтористый натрий.
Имеется ряд антисептиков, которые применяются весьма ограниченно.
К ним относятся хлористый цинк, поваренная соль и др. Эти антисептики чаще всего используются в качестве компонента в комбинированных антисептиках.
Органические антисептики (маслянистые)
1. Оксидифенил технический .
Продукт коксогазовой промышленности, порошок грязно-белого цвета из мелких полупрозрачных кристаллов со слабым запахом фенола. Сильный антисептик, применяется для защиты древесины открытых сооружений в виде 3-5% растворов в керосине, мазуте, скипидарном масле и др. Трудно выщелачивается водой и не корродирует металлы. Этот антисептик не допускается к применению в жилых, общественных и промышленных зданиях.
2. Масло каменноугольное (креозотовое).
Жидкость темно-коричневого цвета с едким запахом. Является сильным, длительно действующим, антисептиком. Трудно вымывается водой. Из-за резкого запаха и горючести каменноугольное масло не рекомендуется для обработки древесины в жилых и общественных зданиях.
Комбинированные антисептики
К комбинированным антисептикам относятся препараты, состоящие из двух или нескольких веществ, токсичность которых в смеси сказывается выше суммарной токсичности входящих в нее компонентов.
К числу наиболее распространенных комбинированных препаратов относится:
1. Кремнефтористый натрий + фтористый натрий в количестве соответственно 0,65 и 0,16 кг на 100 л воды.
Смесь этих солей втрое токсичнее фтористого натрия. Растворение осуществляется в горячей воде, температурой до 90 °C.
2. Хромно-медный препарат (ХМ-5).
Представляет собой смесь, состоящую из равных частей медного купороса (50%) и бихромата натрия (50%) с добавкой уксусной кислоты (0,05%). Применяется в виде 7-10%-ных водных растворов. Окрашивает древесину в зеленоватый цвет. Незначительно коррозирует металл. Пропитанная этим препаратом древесина хорошо склеивается, вместе с тем наблюдается тенденция снижения прочности. Препарат ХМ-5 рекомендуется для консервирования древесины в конструкциях постоянно смываемых водой (градирни).
Антисептические пасты
Для их приготовления водорастворимый антисептик смешивают с какой-нибудь вяжущей основой, которая придает пасте вязкость и удерживает слой антисептика на поверхности древесины. В качестве вяжущей основы используют каолин, битум, каменноугольный лак (кузбасслак).
По количеству расходуемого антисептика различают марки паст 100 и 200. Марка 100 содержит сухой слой антисептика 100 г/м2 обрабатываемой поверхности, а марка 200 не менее, чем 200 г/м2. Пасты выпускаются в виде концентрата и разводятся водой до консистенции густой сметаны перед началом работы.
Паста антисептическая на каменноугольном лаке состоит в % отношении из: фтористого натрия - 44, лака каменноугольного - 7, каолина - 13, воды - 26.
По внешнему виду представляет густую массу черного или темно-серого цвета.
Паста антисептическая на ПВА эмульсии, состоит в % отношении из: фтористого натрия - 44, каолина - 13, ПВА - 16, воды - 27.
По внешнему виду паста представляет собой густую массу светло-серого цвета.
Глинянные пасты состоят в % отношении из: фтористого натрия - 30, глины - 27, экстракта сульфитных щелоков - 3, воды - 40.
Экстракт сульфитных щелоков получается из отходов целлюлозно-бумажного производства. Он имеет вид твердого смолообразного вещества. В теплой воде растворяется без остатка.
Технология антисептирования
В практике используют такие методы химической защиты древесины, как консервирование и антисептирование.
Консервирование - это способы, предусматривающие обработку химическими средствами и рассчитанные на их глубокое проникновение в древесину. Консервирование древесины осуществляется в основном диффузионными методом.
Диффузионный метод. Успех действия этого способа основан на способности водорастворимых антисептиков постепенно проникать в глубину древесины по законам диффузии, растворяясь в содержащейся в древесине влаге, а также при последующих увлажнениях ее в условиях эксплуатации. К диффузионным способам относятся обработка пастами и сухими антисептиками элементов из сырой древесины или элементов, увлажнение которых в процессе эксплуатации неизбежно (концы балок, опирающихся на каменную стену, лаги и др.).
Пасты на поверхность древесины наносятся в виде пленки толщиной 1-2 мм и защищаются от испарения. Недостаток такого метода - большой расход антисептика. Скорость пропитки древесины, обработанной пастами, идет тем быстрее, чем выше ее влажность и в среднем равна 1 мм/сутки. Таким образом, древесина, обработанная пастами, пропитывается на всю глубину заболони в течение 2-3 месяцев. Причем на эту пропитку не требуется специально времени, т.к. она происходит уже в конструкциях в процессе службы древесины. Положительная сторона этого способа - возможность об-44
работки сырых лесоматериалов, тогда как другие способы требуют предварительной сушки их.
Антисептирование - это способы, предусматривающие поверхностную обработку древесины.
В условиях строительства и реконструкции распространено антисептирование водорастворимыми антисептиками путем многократного гидропульпи-рования или нанесения раствора кистями, либо погружением отдельных элементов в ванны с раствором. Принцип этого вида антисептирования заключается в постоянном увлажнении поверхности, в результате чего соли проникают в древесину на глубину от 1 до 3 м, в зависимости от рецептуры и времени нанесения.
В заводских условиях предпочтительнее использовать метод горяче-холодных ванн, а при наличии автоклавного оборудования вакуумную пропитку.
Метод горяче-холодной ванны
Способ пропитки в горяче-холодных ваннах основан на том, что при прогреве в ванне с горячим антисептическим раствором происходит расширение и частичное удаление воздуха и паров воды. Последующее быстрое погружение прогретой древесины в холодный раствор антисептика вызывает сжатие паровоздушной смеси, оставшейся в клетках древесины, и образование в них некоторого вакуума, который совместно с действием капиллярных сил обеспечивает введение антисептика при атмосферном давлении.
Влажность древесины, поступающая для пропитки должна быть не более 25%. Температура горячего раствора должна быть 90 - 95 °C, холодной 20 - 30 °C. При пропитке древесины маслянистыми антисептиками температура горячей ванны должна быть 95 - 110 °C, холодной ванны 40 - 50 °C. Время перемещения пакетов древесины из горячей ванны в холодную должно быть не более 5 мин. Ванны для пропитки должны быть снабжены пригрузами против всплывания изделий.
Процесс пропитки древесины по методу горяче-холодных ванн можно осуществить в одной ванне путем вытеснения или откачивания горячего пропиточного раствора в запасную емкость. Режим пропитки:
горячий раствор 1 - 1,5 ч до 2,5 ч;
холодный раствор 1 - 1,5 ч до 2 ч.
Глубина пропитки при этом соответственно 16 - 25 мм до 30 - 50 мм.
Вакуумная пропитка
Пропитка по способу «вакуум - атмосферное давление - вакуум». Принцип тот же, т.е. антисептик проникает в древесину за счет разности давления. В автоклаве древесину выдерживают под вакуумом, затем подают антисептик и соединяют автоклав с атмосферой. После выдержки жидкость удаляют из автоклава и вновь создают вакуум для осушения поверхности. Поскольку пропитываемость зависит как от пород древесины, так и от заболонной или ядро-
вой части, а также от антисептика, то для каждого вида отработаны режимы антисептирования. В отдельных случаях для труднопропитываемых пород для улучшения пропитки применяют специальную подготовку поверхности древесины накалыванием. Глубина накалывания для пиломатериалов составляет до 15 мм. Накалывание производят по всей поверхности древесины механизированным способом. Размер накола в направлении вдоль волокон 10 -20 мм, поперек 2-3 мм.
Для обработки горизонтально расположенных деревянных элементов и для пропитки лесоматериалов, хранящихся на складах, применяют метод сухого антисептирования. Для этой цели используется антисептик, смешанный с увлажненными опилками. Влажность опилок должна быть в пределах 30-40%. Опилки используются в качестве балласта от выветривания. Примерное соотношение 45-60 кг антисептика на 1 м3 опилок.
3.3. Лакокрасочные материалы для защиты
древесины от увлажнения
Защита древесины от увлажнения обеспечивается лакокрасочным покрытием (ЛКП), препятствующим проникновению в древесину атмосферной влаги и водяных паров. Абсолютно паро- и водонепроницаемых покрытий на основе лакокрасочных материалов (ЛКМ), образующих пленку на поверхности древесины, нет. Пэтому чем тоньше водо- и паронепроницаемая пленка из ЛКМ, тем более она эластична, а, следовательно, тем выше долговечность покрытия. Проникая через покрытие, влага поглощается древесиной, которая изменяет свои размеры в тангенциальном и радиальном направлении, растягивая ЛКП. Постоянные циклические изменения размеров древесины от изменения влажности воздуха приводят к изменению механических свойств ЛКП, эластичность материала снижается, нарушается монолитность покрытия, появляются трещины. Появление трещин сводит водо- и паропроницаемость покрытия к нулю. Поэтому защита ЛКМ предусмотрена на непродолжительный срок - транспортировка, хранение, монтаж, устройство кровли.
Помимо циклических нагрузок от увлажнения и высыхания древесины, на старение ЛКП, под которым понимают изменение во времени механических свойств покрытия, сопровождающееся деструкцией молекул пленкообразующего вещества, оказывает влияние солнечная радиация, температура, химически агрессивная среда.
На долговечность ЛКП оказывает влияние и толщина. С увеличением толщины покрытия возрастает вероятность разрушения пленки вследствии роста внутренних напряжений при старении покрытия, которые суммируются с циклическими деформациями. Поэтому толщину покрытия назначают в пределах 60-120 мкм, что составляет примерный расход 200-400 г/м2 поверхности.
Для защиты торцов деревянных конструкций и наиболее увлажняемых участков боковых поверхностей (например, при пересечении стен и перего-46

родок, отделяющих отапливаемые и неотапливаемые помещения) применяют мастичные составы на основе эпоксидных смол и тиоколовых мастик. Для повышения эластичности этих покрытий нанесение производится по стеклоткани или стеклосетке.
Материалы ЛКП. Лакокрасочная промышленность располагает большим количеством полимеров, пригодных для изготовления лаков, красок, эмалей. Они обладают свойством образовывать покрытия толщиной в несколько десятков микрон, которые защищают древесину от влияния внешней среды.
Перхлорвиниловые эмали - это растворы перхлорвиниловой смолы в смеси летучих органических растворителей с добавлением пластификаторов и пигментов. Эмали марок ХВ-110, ХВ-124, ХВ-1100 имеют хорошую адгезию к древесине, эластичны, трещиностойкие.
Пентофталевые эмали - суспензии сложных полиэфиров пентаэрита и фолиевой кислоты, модифицированные жирными кислотами растительных масел с пигментами. Эмали марок ПФ-115 и ПФ-133 нашли широкое применение при окраске клееных конструкций массового применения в сельскохозяйственном строительстве, как стойкие к температурным колебаниям от минус 40 до плюс 50 С.
Уретаново-алкидная эмаль УРФ-1128 рекомендуется для защиты конструкций, эксплуатируемых как под навесом, так и на открытом воздухе, а ал-кидно-карбамидная эмаль М4-181 хорошо защищает древесину внутри помещений с повышенной влажностью воздуха.
Перхлорвиниловый лак ХВ-784, пентофталевые лаки ПФ-170 и ПФ-171 используются для прозрачной отделки деревянных изделий и конструкций, эксплуатируемых внутри помещений, а уретановые лаки УП-293 и УР-294 атмосфероустойчивы и могут применяться как в навесах, так и на открытом воздухе.
Все более широкое применение получают органосиликатные, кремний-органические и другие эмали, которые помимо защиты от увлажнения, снижают возгораемость древесины и являются токсичными по отношению к домовым грибам.
Поскольку скорость проникновения влаги в древесину вдоль волокон во много раз больше, чем поперек волокон, т.е. через поверхность пиломатериала, особое внимание уделяется защите торцов клееных деревянных конструкций. Для этой цели используются мастики на основе эпоксидных смол и тиоколовые мастики. Эти мастики отличаются атмосферостойкостью, низкой влаго- и паропроницаемостью, долговечны, хорошо поддаются ремонту и обладают хорошей адгезией к пентафталевым и перхлорвиниловым эмалям.
Компонентами эпоксидных мастик являются смола К-153 или К-115, полиэтиленполиамин (отвердитель), ксилол или толуол (растворитель при грунтовке) и наполнитель (диабазовая мука, цемент и т.п.).
Тиоколовые мастики поставляются в комплекте, состоящим из основной герметизирующей пасты У-30, У-32, вулканизирующей пасты № 9 и ускорителя вулканизации дифенилгуанидина. Адгезия тиоколовых мастик к древесине существенно повышается при грунтовке торцов эпоксидной шпатлевкой.
Многолетние наблюдения показали эффективность нанесения эпоксидных и тиоколовых мастик на торцевые поверхности, находящиеся на открытом воздухе.
3.4. Защита древесины от возгорания
В соответствии с противопожарными нормами все строительные конструкции регламентируются по показателю огнестойкости и распространению огня.
Огнестойкостью называют способность элементов конструкций сохранять в условиях пожара свои главные свойства - нести расчетную нагрузку и ограждать помещение.
Пределом огнестойкости называют время действия огня до разрушения конструкции или до образования сквозных отверстий в ограждениях, или до перегрева поверхности противоположной действию огня, в среднем более, чем 140 °C. Предел огнестойкости определяют огневыми испытаниями в специальных печах и измеряется в часах.
Уменьшение показателя по распространению огня и возможности возгорания обеспечивается химическими мерами защиты древесины.
Огнестойкость деревянных конструкций зависит от их площади поперечного сечения. Чем больше сечение, тем выше предел огнестойкости. Это объясняется малой скоростью деструкции сечения, вследствие обугливания поверхности, которая затрудняет процесс горения. Скорость обугливания древесины колеблется от 0,6 до 1,0 мм в минуту и зависит от температурного режима пожара, влажности древесины, размеров сечения и шероховатости поверхности.
Таким образом, конструкции из клееной древесины обладают большей огнестойкостью, чем конструкции из цельной древесины. Вот почему в соответствии с противопожарными нормами проектирования зданий и сооружений деревянные клееные балки, фермы, арки, рамы следует применять без огнезащитной обработки в зданиях II степени огнестойкости.
Степень огнестойкости - это сопротивление строительного объекта огню и высоким температурам при пожаре, характеризующееся группами возгораемости и пределами огнестойкости отдельных строительных конструкций. Различают пять степеней огнестойкости. Огнестойкость деревянных конструкций достаточно велика и превышает огнестойкость стальных конструкций. Несмотря на это, конструкциям из стали отдается предпочтение перед деревянными в силу того, что сталь не распросраняет огонь и не-может быть источником пожара. Поэтому с целью уменьшения показателей 48
по распространению огня и возможности возгорания производят химическую защиту древесины.
Защита древесины от огня осуществляется двумя способами: покрытием огнезащитными составами и пропиткой растворами антипиренов.
При защите первым способом на поверхность древесины наносится состав, приготовленный из негорючих или трудновозгораемых веществ. Такой слой защищает древесину от непосредственного соприкосновения ее с пламенем и препятствует свободному доступу кислорода воздуха необходимого для горения. При кратковременном действии источников огня подобные огнезащитные покрытия затрудняют горение древесины и распространение огня в конструкциях, а также облегчают тушение пожара.
Для поверхностной огнезащиты наиболее эффективны отечественные составы - покрытие огнезащитное фосфатное ОФП-9; покрытие вспучивающее ВП-9.
Широкое применение находит импортный (NULLIFIRE) замедлитель возгорания древесины. Этот материал представляет собой водоразбавляемую окрасочную композицию. Отсутствие органических растворителей делает его безопасным в работе. Состав наносится на сухую поверхность древесины любым инструментом. Рассматриваемый материал может быть прозрачным, подчеркивающим природную красоту текстуры древесины, или окрашенным в различные цвета. При контакте с открытым пламенем покрытие вспучивается и превращается в пористую массу, защищающую древесину от нагрева. Британским стандартом материалу присвоена категория - повышенной огнестойкости. Для защиты деревянных конструкций от возгорания используется водно-дисперсионная огнезащитная акриловая (АК-151 КРОЗ) краска. Она изготовлена из компонентов на водной основе и не содержит токсических органических растворителей. Под воздействием высоких температур образуется защитный коксовый слой, который предотвращает дальнейшее распространение пламени по древесине. В отличие от существующих аналогов она обладает высокой адгезией и легко наносится кистью или валиком.
Находит применение отделочная огнезащитная краска ППЛ, которая состоит из: калия углекислого (поташ) 25% по массе; керосинового контакта Петрова 3%; воды 72%.
Приготовление состава производится следующим образом: в воде, подогретой до 50-60 °C, при хорошем перемешивании растворяют поташ, после чего добавляют керосиновый контакт и отстаивают полученный раствор в течение суток. Нанесение раствора производится за два раза с перерывом 12 час. Температура раствора при пропитке принимается 50-60 °C.
Для деревянных конструкций разработаны также огнезащитные краски, основой которых служит жидкое стекло. Древесина такими составами окрашивается за два приема с перерывом в 12 час. Расход красок на 1 м2 поверхности составляет 500-600 г. (табл. 2).
Таблица 2. Составы силикатных огнезащитных красок
Компонент	Содержание в % по весу в красках:			
	СК-Г	СК-ХЭМ		СК-Л
		грунт	краска	
Жидкое стекло	37,1	37,1	37,1	54
Мел	37,1	37,1	36,5	-
Глицерин	1,9	1,9	1,9	-
Цинковые белила	1,9	1,9	1,8	*
Сурик железный		-	0,6	
Литопон (краска)	-	-	-	39
Асбестовая пыль	-	-	-	7
Вода	22	12	12	-
В неиндустриальном деревянном домостроении наиболее доступным средством огнезащиты является оштукатуривание, обмазка пастами. Обмазки предназначаются для деревянных конструкций, защищенных от непосредственного атмосферного воздействия. Обмазки наносят в два приема с интервалом не менее 12 час. Недефицитна и экономична известково-глино-солевая обмазка “ИГС”, которая приготавливается из следующих компонентов: известковое тесто 14%; глина 4%; поваренная соль 11%; вода 11%. Сульфитно-глиняная обмазка СГ - К которая состоит из: сульфитного щелока 25%; глины или каолина 50%; воды 25%. Суперфосфатная обмазка, где отношение суперфосфата и воды составляет 70 и 30%.
Эти составы рекомендуются для сухих помещений.
Чтобы полнее представить себе суть химической защиты древесины, необходимо рассмотреть процесс ее горения. Горение - это процесс окисления, протекающий при высокой температуре. Условиями протекания процесса горения являются: топливо - температура воспламления - кислород. Если какое-либо из этих условий не выполняется, то горения не будет. При нагревании древесины выше 130 -140 °C из нее удаляется вся влага, и начинается процесс разложения органических веществ, входящих в состав древесины. В результате разложения образуются горючие углеродистые соединения. Следовательно, для деревянных конструкций первое условие выполняется. Второе условие также почти всегда выполнимо, т.к. деревянные конструкции, как правило, открыты для доступа кислорода. Чем больше поверхность древесины омывается воздухом, и чем интенсивнее движение воздуха, тем сильнее процесс горения.
Горению также способствует взаимный обогрев горящих поверхностей. Например, отдельно взятое бревно достаточно безопасно в пожарном отношении, т.к. количество теплоты, теряемое через излучение, превышает количество теплоты, генерируемое горением. В том же бревне, распиленном на доски, образуются стойкие очаги горения во внутренних полостях, сохраняющих большую часть теплоты, выделяемой взаимно обогревающими горящими поверхностями досок.
Вторым способом защиты древесины от возгорания является пропитка ее растворами. Механизм действия антипиренов мало изучен. Однако известно, что понижать возгораемость древесины могут такие вещества и составы, которые плавятся и покрывают поверхность древесины огнезащитной пленкой, прекращающей доступ кислорода, или разлагаются с выделением большого количества негорючих газов, которые оттесняют воздух от поверхности древесины. Кроме того, установлено, что при горении антипи-рированной древесины, отнимается некоторое количество тепла, расходуемого на плавление и испарение антипиренов. Древесина пропитанная антипиренами в автоклавах только обугливается, независимо от времени воздействия источника огня, и неспособна к самостоятельному горению.
В качестве антипиренов чаще всего применяют водорастворимые аммонийные соли, буру, борную кислоту и соли фосфатной кислоты.
Бура представляет собой белую кристаллическую негигроскопичную соль. При нагревании бура вспучивается, выделяет пары воды.
Борная кислота по внешнему виду представляет собой бесцветные мелкие кристаллы. При нагревании расплавляется в стекловидную массу.
Сульфат аммония - техническая соль серной кислоты, применяемая для удобрений, упаковывается в мешки весом 50 кг. По внешнему виду представляет собой порошок серого цвета. Не горюч, не летуч, не гигроскопичен, вызывает значительную коррозию металла. При нагревании плавится, а в дальнейшем разлагается на инертные газы: аммиак и сернистый газ.
Хлористый аммоний хорошо защищает древесину от горения, но очень гигроскопичен и легко выветривается. При нагревании выше 386 °C возгорается, образуя большое количество паров. Применяется в смесях.
При поверхностной обработке древесины, как пенообразователь для удержания в огнезащитных составах на поверхности, применяется керосиновый контакт, который представляет собой смесь сульфонафтеновых кислот. Легко растворяется в воде, не горюч, не летуч.
Для наибольшего огнезащитного эффекта применяют не отдельные соли, а различные смеси солей.
Растворенные в воде, эти смеси образуют пропиточные составы, так, например, составы из: фосфорнокислого аммония 6%; сернокислого аммония 14%; фтористого аммония 1,5%. А также составы из: фосфорнокислого натрия 2,5%; сернокислый аммоний 17,5%; фтористый натрий 1,5%; воды 78,5%.
Степень огнезащиты возрастает с увеличением количества введенных в древесину солей антиперена. Обычно для пропитки применяют растворы 10-15%-ной концентрации, т.к. малые концентрации необходимой огнезащиты не обеспечивают. Достаточной защитой является пропитка древесины антипиреном на глубину 5-10 мм. Пропитка древесины антипиренами производится теми же способами, что и при обработке ее антисептиками.
РАЗДЕЛ II ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЕТУ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ
Глава 4. Расчет деревянных элементов
4.1.	Основы расчета по предельным состояниям
Отказ и другие аварийные ситуации строительных конструкций показывают на многофакторные причины, которые возникают в результате случайного совпадения. Это может быть и несоответствие расчетной схемы работы конструкции в сооружение, отклонение нагрузки в сторону увеличения, несоответствие материала расчетным характеристикам, несоответствие характеристикам условий эксплуатации и т.д. Статистический учет изменчивости этих обстоятельств, влияющих на работу конструкции, нашел отражение в методе расчета по предельным состояниям, разработанном под руководством Н. С. Стрелецкого в 50-х годах.
Под предельным состоянием понимается такое состояние, при котором конструкции перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при возведении зданий и сооружений. Критерием предельного состояния является не только потеря несущей способности конструкций, а прекращение эксплуатации сооружения. Поэтому нормами на проектирование деревянных конструкций рассматриваются две группы предельного состояния.
Первая группа - по потере несущей способности и полной непригодности к эксплуатации конструкции.
Вторая группа - по затруднению нормальной эксплуатации сооружений.
К предельным состояниям первой группы относится: разрушение любого вида, общая потеря устойчивости конструкции или местная потеря устойчивости элемента конструкции, нарушение узлов соединений, превращающих конструкцию в изменяемую систему, развитие недопустимых по величине остаточных деформаций. Расчет по несущей способности ведется по вероятному худшему случаю, а именно: по наибольшей нагрузке и наименьшему сопротивлению материала, найденному с учетом всех влияющих на него факторов. Неблагоприятные сочетания приводятся в нормах (2).
Расчет деревянных конструкций по второму предельному состоянию по деформациям распространяется в основном на изгибаемые конструкции и имеет целью ограничить величину деформаций. Расчет ведут на нормативные нагрузки без умножения их на коэффициенты надежности в предположении упругой работы древесины. Расчет по деформациям ведется по средним характеристикам древесины, а не по сниженным, как при проверке несущей способности. Это объясняется тем, что увеличение прогиба в от
дельных случаях, при употреблении в дело древесины пониженного качества, не представляет опасности для целостности конструкций. Этим же объясняется и то, что расчет по деформациям проводится на нормативные, а не на расчетные нагрузки. В качестве иллюстрации предельного состояния второй группы можно привести пример, когда в результате недопустимого прогиба стропил появляются трещины в кровельном покрытии. Протекание влаги в этом случае нарушает нормальную эксплуатацию здания, приводит к снижению долговечности древесины из-за ее увлажнения, но при этом здание продолжает эксплуатироваться.
Расчет по второму предельному состоянию, как правило, имеет подчиненное значение, т.к. главным считается обеспечение несущей способности. Однако и ограничения прогибов имеют особенно важное значение для конструкций с податливыми связями. Поэтому деформации деревянных конструкций (составные стойки, составные балки, дощато-гвоздевые конструкции) необходимо определять с учетом влияния податливости связей (СНиП П-25-80. Табл. 13).
Расчет по предельным состояниям конструкций в целом и ее элементов должен производиться для всех стадий: транспортировки, монтажа и эксплуатации - и должен учитывать все возможные сочетания нагрузок.
В нормах проектирования основными нормируемыми характеристиками прочности деревянных конструкций являются нормативное и расчетное сопротивления. Обе нормируемые характеристики определяются на основании данных стандартных испытаний с учетом статистической изменчивости показателей прочности и разной степени обеспеченности по минимуму. Для нормативного сопротивления R в нормах предписывается обеспеченность не ниже 0,95. Обеспеченность расчетного сопротивления R колеблется в пределах 0,99 - 0,999 и не нормирована.
Метод предельного состояния является первым шагом в обеспечении надежности строительных конструкций. Надежностью называют способность объекта сохранять в процессе эксплуатации качество, заложенное при проектировании. Специфика теории надежности строительных конструкций состоит в необходимости учитывать случайные значения нагрузок на системы со случайными прочностными показателями.
Характерной особенностью метода предельных состояний является то, что все исходные величины, оперируемые при расчете, случайные по своей природе представлены в нормах детерминированными, научно-обоснованными, нормативными значениями, а влияние их изменчивости на надежность конструкций учитывается соответствующими коэффициентами. Каждый из коэффициентов надежности учитывает изменчивость только одной исходной величины, т.е. носит частный характер. Поэтому метод предельных состояний иногда называют методом частных коэффициентов.
Факторы, изменчивость которых влияет на уровень надежности конструкций, могут быть отнесены к пяти основным категориям: нагрузки и воз-
действия; геометрические размеры элементов конструкций; степень ответственности сооружений; механические свойства материалов; условия работы конструкции.
Рассмотрим перечисленные факторы. Возможное отклонение нормативных нагрузок в большую или меньшую сторону учитывается коэффициентом надежности по нагрузке 2, который в зависимости от вида нагрузки имеет различную величину больше или меньше единицы. Эти коэффициенты наряду с нормативными величинами представлены в главе СНиП 2.01.07-85 Нормы проектирования. “Нагрузки и воздействия”. Вероятность совместного действия нескольких нагрузок учитывают умножением нагрузок на коэффициент сочетания не, который представлен в той же главе норм.
Возможное неблагоприятное отклонение геометрических размеров элементов конструкций учитывается коэффициентом точности. Однако этот коэффициент в чистом виде не принимается. Этот фактор используется при вычислении геометрических характеристик, принимая расчетные параметры сечений с минусовым допуском.
Высокий уровень надежности достигается в основном за счет удорожания строительства. В то же время значительно меньшие затраты часто обеспечивают надежность с практически неощутимым риском. С целью разумного сбалансирования затрат на здания и сооружения различного назначения вводится коэффициент надежности по назначению gn < 1. Степень капитальности и ответственности зданий и сооружений разбивается на три класса ответственности. Этот коэффициент (равный 0,9; 0,95; 1) вводится в качестве делителя к значению расчетного сопротивления или в качестве множителя к значению расчетных нагрузок и воздействий.
Основным параметром сопротивления материала силовым воздействиям является нормативное сопротивление 7?н, устанавливаемое нормативными документами по результатам статистических исследований изменчивости механических свойств материалов путем испытаний образцов материала по стандартным методикам. Возможное отклонение от нормативных значений учитывается коэффициентом надежности по материалу уга > 1. Он отражает статистическую изменчивость свойств материалов и их отличие от свойств испытанных стандартных образцов. Характеристика, получаемая делением нормативного сопротивления на коэффициент т, называется расчетным сопротивлением R. Эта основная характеристика прочности древесины нормируется СНиП П-25-80 “Нормы проектирования. Деревянные конструкции”.
Неблагоприятное влияние окружающей и эксплуатационной среды как то: ветровая и монтажная нагрузки, высота сечения, температурно-влажностные условия - учитываются путем введения коэффициентов условий работы т. Коэффициент т может быть меньше единицы, если данный фактор или совокупность факторов снижают несущую способность конструкции, и больше единицы - в противоположном случае. Для древесины эти коэф-54
фициенты представлены в СНиП 11-25-80 “Нормы проектирования. Деревянные конструкции” и вводятся множителем к расчетным сопротивлениям. Более подробно о них будет сказано в следующем разделе.
Для второй группы предельных состояний предельное условие записывается в виде
./р ^Унорм,
гдеУр - максимальный расчетный прогиб; /норм - нормативный прогиб.
Нормативные предельные значения прогибов отвечают следующим предъявляемым требованиям:
а)	технологические (обеспечение условий нормальной эксплуатации техники и подъемно-транспортного оборудования, контрольно-измерительных приборов и т.д);
б)	конструктивные (обеспечение целостности примыкающих друг к другу элементов конструкций, их стыков, наличие зазора между несущими конструкциями и конструкциями перегородок, фахверка и т.д., обеспечение заданных уклонов);
в)	эстетико-психологические (обеспечение благоприятных впечатлений от внешнего вида конструкций, предотвращение ощущения опасности).
Величина предельных прогибов зависит от пролета и вида прикладываемых нагрузок. Для деревянных конструкций покрытия зданий от действия постоянных и временных длительных нагрузок предельный прогиб колеблется от (1/150) (. до (1/300)-/ (2).
4.2.	Расчетные сопротивления и упругие характеристики древесины и древесных материалов
В отличие от традиционных строительных материалов, полученных в результате многоэтапной переработки полезных ископаемых и позволяющих получить материалы с заданными, мало изменчивыми прочностными свойствами, механические свойства древесины, которая является природным полимерным материалом, обладают значительной изменчивостью характеристик. Это обусловлено множеством факторов, таких как строение, пороки, район и условия произрастания и т.д. Поэтому получение достоверных расчетных характеристик на малых образцах чистой древесины вызывает значительную сложность.
Многолетние исследования и накопленный банк данных за значительный период времени позволили в последние годы провести анализ сортового состава материалов с установлением для них минимально допустимых пределов прочности (временных сопротивлений). Ниже (табл. 3) приведены нормативные и временные сопротивления R" и 7?вр для трех сортов пиломатериала в сравнении с чистой древесины, приведенные к влажности 12%, для основных видов напряженного состояния. С целью большей достоверности временные сопротивления получены путем проведения стандартных
Таблица 3. Нормативные и временные сопротивления древесины сосны и ели
Вид напряженного СОСТОЯНИЯ	R" / 7?“р, Мпа (кгс/см2), древесины сорта			
	1	2	3	чистой древесины
1.	Изгиб: а)	при нагружении кромки б)	при нагружении пласти	26 (260) 36 (360) 30 (300) 42 (420)	24 (240) 33 (330) 27 (270) 37,5 (375)	16(160) 22 (220) 20 (200) 28 (280)	57 (570) 80 (800)
2. Сжатие вдоль волокон	25 (250) 33 (330)	23 (230) 31 (310)	15 (150) 20 (200)	33 (330) 44 (440)
3. Растяжение вдоль волокон	20 (200) 34 (340)	15 (150) 25 (250)	-	60 (600) 100(1000)
4. Скалывание вдоль волокон	3,6 (36) 6 (60)	3,2 (32) 5 (50)	3,2 (32) 5 (50)	4,5 (45) 7 (70)
испытаний на крупных образцах, с наличием пороков, что позволяет избежать влияния масштабного фактора при нормировании.
Нормативное сопротивление определяется по формуле:
Ян =Явр (1 - Аи),
где RBp - среднее значение временного сопротивления при стандартных испытаниях образцов; А - коэффициент, равный 1,65, для обеспеченности 0,95 при нормальном распределении принятой для нормирования нормативных сопротивлений; п - коэффициент вариации, зависящий от вида напряженного состояния и сорта древесины. Его величина колеблется от 0,15 до 0,25.
Расчетное сопротивление R, как видно из предыдущего параграфа, назначается путем деления 7?н на коэффициент надежности по материалу ут, учитывающий отклонение в сторону меньших значений прочности материала с более высокой обеспеченностью по отношению к нормативному сопротивлению,
где ц = 2,33 - для обеспеченности 0,99 при нормальном распределении, принятом для нормирования расчетных сопротивлений.
Но древесина, как было сказано, изменяет свои прочностные свойства при нагружении в течении времени. Поэтому для получения базового расчетного сопротивления вводится множитель тт, учитывающий влияние длительности нагружения с переходом от прочности древесины при кратковременных стандартных испытаний к ее прочности в условиях длительно действующих постоянных и временных нагрузок за весь срок службы конструкций.
Отсюда:
у т ! m лл ,
где /Ид, = 0,66 принято за базовое и учитывает совместное действие постоянной и кратковременной нагрузок.
Базовые расчетные сопротивления сосны и ели, отвечающие нормальным температурно-влажностным условиям эксплуатации (при температуре < 35 °C и относительной влажности < 75%) даны в табл. 3 СниП П-25-80. Расчетные сопротивления древесины других пород определяются путем умножения на соответствующие коэффициенты, представленные в табл. 4 СНиП П-25-80. Для получения расчетных сопротивлений лиственницы проводятся исследования в Якутском Государственном университете. Влияние различных факторов на прочность материалов учитывается введением различных коэффициентов условий работы к базовым расчетным сопротивлениям.
Различные температурно-влажностные условия эксплуатации деревянных конструкций, обусловленные свойством равновесной влажности древесины, учитываются коэффициентом тв, определяемым по табл. 1, СниП П-25-80. При этом применение клееных деревянных конструкций в условиях эксплуатации при относительной влажности воздуха ниже 45% не допускается, ввиду практической невозможности обеспечить влажность древесины при изготовлении конструкций не выше равновесной влажности в этих условиях эксплуатации.
Условия работы, характеризующие влияние характера и режима нагружения конструкций, отражают коэффициенты md = 0,8 при условии, если напряжение в элементах, возникающее от постоянных и временных длительных нагрузок превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок, а также коэффициент тн, приведенный в табл. 6, СниП П-25-80.
На прочность клееной древесины при сжатии и изгибе оказывает влияние размеры сечения и толщина слоев, которые характеризуются коэффициентами тб и тсл приведенным в табл. 4 и 5.
Таблица 4.
Высота сечения, см	50 и менее	60	70	80	100	120 и более
Коэффициент т<;	1	0,96	0,93	0,90	0,85	0,8
Таблица 5.
Толщина слоя,мм	19 и менее	26	33	42
Коэффициент 1Ц;Л	1.1	1,05	1	0,95
Снижение коэффициента т5 с увеличением высоты сечения клееного пакета обусловлено более низким базовым расчетным сопротивлением при растяжении по сравнению с расчетным сопротивлением при изгибе. В высоких изгибаемых элементах крайние нижние доски в большей мере являются растянутыми, чем изгибаемыми.
Изменение коэффициента тсл в зависимости от толщины досок объясняется большей рассредоточенностью сучков и меньшей вероятностью наличия сучков в одном сечении в связи с большим количеством тонких досок.
У гнутоклееных деревянных конструкций прочность материала зависит от толщины досок, в которых имеют место начальные напряжения, полученные в процессе запрессовки. Это явление учитывается коэффициентом условия работы /игн (табл. 6).
Таблица 6.
Напряженное состояние	Обозначение расчетных сопротивлений	Коэффициент тгн при отношении гк/а			
		150	200	250	500 и более
Сжатие и изгиб	Re, Rh	0,8	0,9	1	1
Растяжение	Rp	0,6	0,7	0,8	1
Прочность древесины снижается также под действием некоторых химических препаратов от биопоражения, внедренных под давлением в автоклавах на значительную глубину. В этом случае коэффициент условия работы та = 0,9.
Влияние концентрации напряжений в расчетных сечениях растянутых элементов, ослабленных отверстиями, а также в изгибаемых элементах из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении отражает коэффициент условия работы т0 = 0,8.
Деформативность древесины при расчете деревянных конструкций по второй группе предельных состояний учитывается базовым модулем упругости Е, который при направлении усилия вдоль волокон древесины принят 10000 МПа, а поперек волокон 400 МПа. При расчете на устойчивость модуль упругости принят 4500 МПа.
Базовый модуль сдвига древесины (6) в обоих направлениях равен 500 МПа. Коэффициент Пуассона древесины поперек волокон при напряжениях, направленных вдоль волокон, принимается равным п90 0 = 0,5, а вдоль волокон при напряжениях, направленных поперек волокон, и90 0 = 0,02.
Упругие характеристики древесины, кроме коэффициента Пуассона для конструкций, эксплуатирующихся в различных условиях эксплуатации, корректируется коэффициентом тв путем умножения их на Е или G.
Поскольку длительность и уровень нагружения влияет не только на прочность, но и на деформационные свойства древесины, величина модуля 58
упругости и модуля сдвига умножается на коэффициент тй = 0,8 при расчете конструкций, в которых напряжения в элементах, возникающие от постоянных и временных длительных нагрузок, превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок.
При расчете металлодеревянных конструкций упругие характеристики и расчетные сопротивления стали и соединений стальных элементов, а также арматуры принимаются по главам СНиП по проектированию стальных и железобетонных конструкций.
Из всех листовых конструкционных материалов с использованием древесного сырья только фанеру рекомендуется использовать в качестве элементов несущих конструкций, базовые расчетные сопротивления которых приведены в табл. 10 СНиП П-25-80. При соответствующих условиях работы клеефанерных конструкций расчетом по первой группе предельных состояний предусматривается умножение базовых расчетных сопротивлений фанеры на коэффициенты условий работы тв, md, тн и даа. При расчете по второй группе предельных состояний упругие характеристики фанеры в плоскости листа принимаются по табл. 11 СниП П-25-80. Модуль упругости и модуль сдвига для конструкций, находящихся в различных условиях эксплуатации, а также подвергающихся совместному воздействию постоянной и временной длительных нагрузок, следует умножить на соответствующие коэффициенты условий работы тъ и md, принятых для древесины.
4.3.	Расчет центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов
Расчет на прочность центрально-растянутых элементов производится по формуле:
где Fm - расчетное сечение с учетом ослаблений.
За площадь поперечного сечения Fm принимается минимальное сечение растянутого элемента с учетом симметричных ослаблений отверстиями. При этом отверстия, расположенные на участке длиной до 200 мм, следует принимать как совмещенные в одном сечении. Это объясняется тем, что перерезанные отверстиями волокна передают усилие на соседние волокна, которые будут перегружены. Перераспределение этих усилий между волокнами осуществляется в зоне, длина которой зависит от диаметра отверстия. Для отверстий диаметром до 24 мм эта длина принята равной 200 мм.
Для растянутых элементов с ослаблением на кромках в расчетном сечении к расчетному сопротивлению вводится коэффициент условия работы т0 = 0,8 (рис.4.1).
Расчет центрально-сжатых элементов производится в предположении равномерного распределения напряжений по площади сечения:
при с > 200 мм FH=b(h-d)
при с < 200 мм FH=b(h-2d)
Рис. 4.1. Характер влияния природных дефектов при расчете на растяжение.
Сжатые элементы, имеющие большую длину и не закрепленные в поперечном направлении, должны быть рассчитаны на продольный изгиб. Явление продольного изгиба заключается в потере устойчивости при напряжениях значительно меньших предела прочности.
(pF
т расч
где (р - коэффициент продольного изгиба;
Fpac4 = FBp при отсутствии ослабления;
Fpac4 = FBp если ослабления не превышают 25% FBp и не выходя на кром
ку;
FpaC4 = (4 / 3)-FHT> если ослабления превышают 25% F; Fpac4 = Fm, если ослабления выходят на кромку.
Коэффициент <р является отношением критического напряжения (сгкр) к пределу прочности (<твр) и определяется отдельно для стержней Л < 70 и Л > 70, где Л - гибкость, зависящая от расчетной длины стержня (), условий закрепления на концах стержня (р) и радиуса инерции поперечного сечения (гху)
г
Проведенными исследованиями доказано, что при гибкости стержня более 70 древесин работает упруго, и для определения <ткр можно использовать известную формулу Эйлера по определению критической нагрузки для упругих стержней.
Напряжения, соответствующие ЛГКР определяются:
_	_ 7t2EJ	JI
<тм> с ,2 г , учитывая, что г2 = —; Л = — ;	, 2 .
гч	%	* Е
Отсюда (р = —- = —5------
<т“р Л2сг
Поскольку многочисленными экспериментальными исследованиями до-казано, что отношение
Рис. 4.2. Зависимость деформаций от напряжений при сжатии древесины.
F’P — «300
Окончательное выражение для вычисления ц записывается в виде
3000
Аналогично определяется коэффициент продольного изгиба для фанеры 2500
При гибкости стержня меньше 70, т.е. для более коротких стержней со значительным поперечным сечением, сткр достигают значений за пределом пропорциональности древесины, т.е. в нелинейной зоне диаграммы древесины на сжатие. В этом случае модуль упругости не является постоянной величиной, и для точных расчетов вводится понятие касательный модуль (рис. 4.2)	da
Е = — = tga. as
который и определяется по диаграмме в той точке, для которой определяется сгкр.
Для упрощения расчетов при проектировании в нормах приводится выражение для стержней с гибкостью меньше 70,
<р = 1 - а • (—)2
100
где а = 0,8 для древесины; а = 1,0 для фанеры.
4.4.	Расчет изгибаемых элементов
Расчет на поперечный изгиб производится по прочности и жесткости. Проверка на прочность включает в себя расчет по нормальным и касательным напряжениям.
а)	проверка по нормальным напряжениям производится по формуле:
Рис. 4.3. Расчетная схема косого изгиба.
где М- расчетный изгибающий момент; №рлсч = WHT - момент сопротивления для цельных элементов; IK = ^HTA’W - момент сопротивления для составных по высоте элементов на податливых связях.
Ослабления для связей сечением более 10 мм, расположенные на участке 200 мм, принимаются совмещенными в одном сечении.
Коэффициент Kw зависит от числа слоев в элементе и в пролете, определяется по табл. 13. (1) (для брусьев сплоченных на пластинчатых качелях) или экспериментально.
б)	проверка касательных напряжений производится по формуле:
Qs <R
I h ~
J 5р°расч
В изгибаемых элементах при отношении h / b> 4 необходима проверка устойчивости из плоскости изгибаемых элементов (устойчивость плоской формы деформирования). Расчет для элементов прямоугольного, постоянного сечения, производится по формуле
т М бр
где М- максимальный момент на рассматриваемом участке /; И^вр - момент сопротивления на рассматриваемом участке /р.
,2
<р =140 —tf. lph ф (
где 1р - расстояние между опорными сечениями или расстояние между закреплениями; b, h- ширина и высота на участке 1р; Кф - коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов, определяемый по табл. 2., приложение 4, (1).
При расчетах устойчивость плоской формы деформирования, элементов с изменяющийся высотой сечения, как, например, двускатных или односкатных балок, а также в случае подкрепления их из плоскости изгиба в рас-62
тянутой кромке, в нормах (1) вводятся коэффициенты, корректирующие <рм.
Прогиб изгибаемых элементов следует определять по моменту инерции поперечного сечения. Для составных сечений момент инерции умножается на коэффициент Кж, учитывающий сдвиг податливых соединений, который определяется аналогично с коэффициентом (1).
Прогиб для шарнирно-опорных и консольных балок постоянного и переменного по высоте сечения определяется по формуле
/=A[i+1
где/0 - прогиб балки постоянного сечения без учета сдвиговых деформаций; h - наибольшая высота сечения; I - пролет; к, е - нормативные коэффициенты, учитывающие переменность высоты сечения и деформации сдвига от поперечной силы.
Явление косого изгиба имеет место в прогонах уложенных, по скатным несущим конструкциям и элементам, т.е. при несовпадении действия нагрузки с направлением одной из главных осей сечения изгибаемого элемента. При косом изгибе нагрузку раскладывают по направлению главных осей сечения для определения изгибающих моментов (рис. 4.3) в обоих направлениях. Условия прочности при косом изгибе записывается в виде
----'--—
Величина прогиба
где /х ufy. - прогибы относительно соответствующих осей.
На косой изгиб не расчитываются элементы квадратного и круглого сечения.
4.5.	Расчет элементов, подверженных действию
осевой силы и изгиба
В сжато-изгибаемом напряженном состоянии находятся элементы под одновременным воздействием изгибающего момента от поперечной нагрузки и продольной сжимающей силы, или продольной силы сжатия. А также в случае, когда продольная сила приложена с эксцентриситетом (внецентренно сжатый элемент).
Расчет на прочность сжатоизгибаемых элементов производится по формуле
N , 7 W расч расч
<ЛС,
где Мл - деформационный момент от совместного действия поперечной и продольной нагрузок. Для балок с шарнирным опиранием и консолей, нагруженных равномерно-распределенной нагрузкой,
,, Л/ = — я £
Физическое объяснение коэффициента £, изменяющегося от 1 до 0 заключается в том, что продольная сила в расчетном сечении создает дополнительный изгибающий момент N • f, где f - прогиб от действия поперечной нагрузки. Появление этого дополнительного момента увеличивает прогиб элемента, что приводит к возрастанию этого момента и т.д. до затухания. Апроксимация этого процесса описана в учебнике (6).
Значение коэффициента £ записывается в виде
где ср - коэффициент продольного изгиба.
Поскольку значение коэффициента получено из условия симметричной синусоидальной оси деформирования, то при других видах нагружения, % корректируется поправочными коэффициентами.
Поправочный коэффициент для сосредоточенной нагрузки в середине пролета равен 1,22 - 0,22 а для нагрузки от постоянного по длине балки изгибающего момента (внецентральное сжатие) поправочный коэффициент равен 0,81 - 0,19
Если напряжения от сжатия велики и привышают напряжения от изгиба более, чем на 90%, то сжатоизгибаемый элемент рассчитывается на устойчивость как центрально-сжатый элемент.
Расчет на устойчивость плоской формы деформирования сжато-изгиба-емых элементов постоянного по высоте сечения следует производить по формуле:
N М„ ------+ (---л—у <1
где п = 2 - для элементов без закрепления растянутой зоны из плоскости деформации; п = 1 - для элементов, имеющих закрепления в растянутой зоне; <р и срм - определяются по формулам расчета центральносжатых и изгибаемых элементов.
При расчете на устойчивость элементов переменного по высоте сечения и при наличии на участке /р закреплений со стороны растянутой от момента кромки расчет уточняется в соответствии с нормами (1).
Прогиб сжатоизгибаемых шарнирно-опертых элементов и консольных элементов, нагруженных симметричной нагрузкой, определяется по формуле
где f - прогиб от поперечной нагрузки.
Самый неблагоприятный вид напряженного состояния для деревянных конструкций является растяжение с изгибом. Это объясняется тем, что напряжения от растяжения накладываются в растянутой зоне на изгибные напряжения. Растяжение с изгибом имеет место, например, в нижнем поясе ферм (при решении опорного узла на врубке), при несимметричном ослаблении, при внеузловой приложении нагрузки от подвесного потолка к фер
ме.
Расчет растянуто-изгибаемых элементов производится по формуле:
N MR
----+ -----
F W R p расч расч и
Прогиб определяется только от поперечной нагрузки. Изменение прогиба за счет влияния продольной силы не учитывается.
Глава 5. Соединения деревянных элементов и их расчет
Как известно, размеры сортамента на лесоматериалы ограничены как по длине, так и по размерам поперечного сечения. Поэтому для конструкций, выходящих за пределы размеров сортамента пиломатериала, применяют следующие виды соединения: а) сплачивание (по высоте сечения); б) сращивание (по длине); в) узловое соединение.
Для осуществления этих соединений используются различные средства. К ним относятся: врубки, нагели, МЗП, вклеенные стальные стержни, клеестальные шайбы, клей. Основной недостаток соединений с применением названных средств, за исключением соединений с применением клея, это их податливость под нагрузкой. Вследствие анизотропии древесины соединение деревянных элементов представляет значительные сложности, чем соединения из других материалов.
Низкая прочность древесины при скалывании вдоль волокон, а также при растяжении поперек волокон, высокая деформативность при смятии поперек волокон и нелинейная зависимость их характеристик при изменении угла наклона направления волокон к направлению усилия требуют продуманного подхода к конструированию узловых соединений. Например, соединения болтами растянутых элементов ослабляет сечение, вызывает концентрацию напряжений, и снижается надежность соединения ввиду возможного появления усушенных трещин по плоскости скалывания. Чем больше диаметр нагелей, тем больше опасность скалывания и меньше надежность соединения. Поэтому, чтобы уменьшить опасность последовательного хрупкого скалывания, рекомендуется обеспечить работу соединения не на скалывание, а на смятие, т.е. обеспечить вязкий характер разрушения.
Для этой цели используется принцип дробности, позволяющий избежать скалывания древесины путем увеличения числа площадок скалывания, т.е. расстановкой большего числа нагелей меньшей несущей способности.
Деформативность различных видов соединений регламентируется нормами и не должна превышать для контактных соединений вдоль волокон 1,5 мм, а поперек волокон 3 мм, для нагельных соединений всех видов 2 мм. Для клеевых соединений деформации не допускаются. Столь различная деформативность соединений не допускает суммарного учета работы узлов при комбинации этих соединений. Необходимо также прогнозировать возможность усушки древесины. Появление трещин по площадкам скалывания может привести к аварийной ситуации даже при корректном расчете.
Соединения элементов деревянных конструкций по способу передачи усилий, разделяются на следующие способы: соединения на механических связях, соединения с использованием клея и контактные соединения.
5.1.	Соединения на механических связях
Соединения на цилиндрических нагелях
Цилиндрические нагели, применяемые для соединений элементов деревянных конструкций, выполняются из стали, стеклопластиков, твердых пород древесины. Наиболее распространенными нагельными соединениями являются соединения на болтах и гвоздях. Гвоздями называются стальные нагели диаметром 6 мм или менее с заостренным концом. Болты устанавливаются в заранее просверленные отверстия. Рекомендуется сверлить отвер
стия одним проходом через соединяемые элементы для надежного совпадения отверстий.
Правила расстановки болтов и гвоздей в соединениях приведены в нор
мах (1). Эти требования установлены для исключения опасности скалыва-
ния и раскалывания древесины, которая повышается по мере уменьшения их толщины (рис. 5.1).
Конструктивные требования к нагельным соединениям:
1.	Диаметр сверла для засверливания отверстий должен приниматься
диаметром на 0,2-0,5 мм меньше, чем диаметр нагеля. Диаметр болтов бо-
лее 24 мм не рекомендуется.
2.	В растянутых стыках из брусьев и досок цилиндрические нагели размещают в два или четыре продольных ряда, симметрично оси действия усилия. Располагать нагели в один или в три ряда не рекомендуется потому, что средний ряд при этом обычно попадает в сердцевинную плоскость, где вероят
Рис. 5.1. Конструктивные требования по расстановке нагелей.
нее всего появление усушенных тре-щин. В бревнах допустимо шахматное расположение в два ряда. Количество нагелей по обеим сторонам сдвига должно быть одинаковым.
3.	Расстояния между осями цилиндрических нагелей принимаются
с учетом исключения возможности скалывания.
4.	Диаметр гвоздей следует принимать не более 0,25 толщины пробиваемого элемента.
5.	При определении длины защемления гвоздя не учитывается заостренная часть гвоздя длиной 1,5d, а также из длины гвоздя следует вычесть по 2 мм на каждый шов между нестроганными соединяемыми элементами (рис. 5.2).
6.	Если гвоздь пробивает элемент насквозь, то толщина последнего элемента уменьшается на 1,5d, т.к. происходит местное выкалывание древесины.
В настоящее время соединения на болтах и гвоздях являются основными видами нагелей для изготовления деревянных конструкций. Особенно эффективно применение гвоздевых соединений при изготовлении конструкций построечного изготовления. Наряду с обычными гладкими гвоздями применяются профилированные гвозди с различным рисунком профиля. Такие гвозди без изменения массы имеют большую площадь поверхности по сравнению с гладкими гвоздями. Вследствие этого увеличивается сопротивление выдергиванию, увеличивается площадь смятия древесины в гнезде гвоздя.
Рис. 5.2. Работа гвоздя в соединении при растяжении.
Расчет нагельных соединений
Как известно, в болтовых соединениях металлических элементов отношение длины болта к диаметру невелико, поэтому несущая способность нагеля определяется из расчета на смятие и срез. Изгибные напряжения в болте не имеют существенного значения. В нагельных соединениях деревянных элементов отношение длины нагеля к его диаметру значительно больше, в связи с чем нагель рассматривается как гибкий стержень, работающим на изгиб и неравномерно сминающим древесину в нагельном гнезде. Поэтому несущая способность нагеля на один условный шов сплачивания элементов определяется из условия смятия древесины и изгиба нагеля. Несущая способность нагеля из условия скалывания древесины не определяется, т.к. конструктивными требованиями по расстановке ригелей исключается возможность скалывания древесины.
Расчетные формулы несущей способности нагеля приводятся с учетом характера воздействия внешних сил (рис. 5.3). По этим признакам нагельные соединения различаются: симметричные (двухсрезные, многосрезные); несимметричные (односрезные, многосрезные).
Несущая способность нагельного соединения определяется в зависимости от диаметра нагеля, толщин соединяемых элементов и направления, прикладываемого нагелем усилия к волокнам древесины. Для гвоздей ориентация усилия к волокнам древесины не регламентируется.
Несущая способность нагельных соединений определяется из условия работы древесины на смятия и изгиба нагеля. Формулы по определению расчетной несущей способности на один шов сплачивания (условный срез) приведены в табл. 17, СНиП 11-25-80.
В качестве иллюстрации приведем формулы для соединений по схеме А -при условии равенства толщин спла
Рис. 5.3. Схемы нагельных соединений.
А - симметричные соединения. Б - несимметричные односрезные и В - двусрезные.
чиваемых элементов и использовании стеклопластиковых нагелей; по схеме Б - при условии равенства толщин сплачиваемых элементов и использовании гвоздей (рис 5.3). Усилие направлено вдоль волокон древесины. Для соединения по схеме А, расчет несущей способности на один шов определяется: на смятие в среднем элементе в кгс Дсмр = 50 cd ; на смятие в крайнем элементе Т‘м =80 cd ; на изгиб нагеля 7’изг= 145 сР+ 2 с2, но не более 180 d2. Для соединения по схеме Б расчетная несущая способность на один шов сплачивания определяется: на смятие при одинаковой толщине элементов
Таблица 7. Припуски на фрезерование
Толщина доски, мм	Припуск Д/ при номинальной ширине		
	до 100 мм	100 - 150 мм	свыше 150 мм
До 30 мм	2-2,5	2-3	4-5
Свыше 30 мм	2,5-3	3-4	5-6
Гсм=35 cd\ на изгиб гвоздей 7’изг= 250 d2 + с2, но не более 400 d2, где с - толщина деревянных элементов; d - диаметр нагеля в см.
Для нагелей диаметром от 12 до 24 м, при направлении передаваемого нагелем усилия под углом к волокнам, в формулы расчета на смятие древесины в нагельном гнезде вводится коэффициент К из таблицы 19 СНиП-25-
80. При расчете нагеля на изгиб расчетная несущая способность умножается на -/к .
В соединениях элементов деревянных конструкций, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности и температуры, расчетная несущая способность умножается на коэффициенты условий работы, учитывающие действие этих факторов.
Расчетное количество нагелей в соединении с каждой стороны стыка определяется по формуле:
N
где T^jn - меньшая расчетная несущая способность из условия смятия и изгиба нагеля, пш - количество швов сплачивания.
Соединения на металлических зубчатых пластинах
Для соединений элементов деревянных конструкций толщиной до 70 мм применяются металлические зубчатые пластины (МЗП), которые изготовляются из листовой стали толщиной от 1 до 2 мм методом холодной штам
повки. В результате штамповки образуется система зубьев, отогнутых относительно поверхности пластины под прямым углом. К настоящему времени в разных странах разработаны большое количество МЗП. Эти пластины отличаются друг от друга формой зубьев, формой пластины.
Но основные параметры зубьев, высота и ширина, задаются из условия
равенства несущей способности зуба на смятие древесины в нагельном
Рис. 5.4. МЗП с однонаправленными зубьями.
гнезде и изгиба зуба. Эти параметры зависят от толщины исходного листа и равны для высоты зуба 12т, где ширина зуба 2/, где t - толщина листа.
В МЗП в большей степени, чем в нагельных соединениях, реализуется принцип дробности. Это связано с тем, что зубья в пластинах имеют небольшую изгибную прочность и расположены относительно друг друга так часто, что древесина работает больше на смятие, чем на ска
лывание. Другими словами, используется вязкая работа древесины на смятие, прежде чем могло бы произойти хрупкое разрушение от скалывания рис. 5.4.
Вместе с тем, у МЗП с однонаправленными зубьями имеются недостатки. Один из основных - различная прочность и деформативность в зависимости от угла между осью пластины и осью действия усилий, а также угла

направления волокон древесины к оси действия усилия. Недостатком является также малая изгибная жесткость зубьев у основания в продольном направлении.
Указанные недостатки сведены к минимуму в конструкции МЗП, в которой плоскости зубьев направлены параллельно сторонам и диагоналям квадрата, образуя “елочку” (рис. 5.5,а). Ориентация зубьев под углом к главным осям повышает их устойчивость при запрессовке в узлы конструкций. Наличие коротких зубьев по периметру из круглых отверстий повышает сдвиговую жесткость соединения. Необходимо также отметить, что из прямоугольного отверстия выштамповывается 3 зуба. Однако технология массового изготовления таких пластин сложна и непроизводительна.
Представляет интерес и различный профиль зуба, как у финской пластины. Грани зубьев этой МЗП имеют пилообразный профиль. Так же, как и у пластины ЦНИИСК из одного отверстия выштамповываются 3 зуба (рис. 5.5,6), но все зубья имеют одно направление.
Конструкция МЗП постоянно совершенствуется, и как показывает анализ конструктивных решений МЗП, основное внимание уделяется разработке формы зуба и размещению зубьев на пластине.
Помимо пластин с односторонним расположением зубьев находят применение также пластины с двусторонним расположением зубьев. Такие МЗП разработаны в Польше, Финляндии, ФРГ и других странах.
Технология изготовления МЗП заключается в размотке и подаче металлической ленты в пресс, где с помощью специального штампа происходит формирование зубьев. Затем осуществляется обрубка металлической ленты на пластины заданных размеров. Антикоррозионная защита МЗП осуществляется использованием при штамповке оцинкованного листа.
При производстве деревянных конструкций на МЗП используются три варианта оборудования: подвесная пресс-скоба с кондуктором; передвижной пресс; стационарный пресс.
Более низкую стоимость комплекта оборудования и широкую возможность применения имеет подвесная пресс-скоба. Пресс-скоба эффективна при изготовлении конструкций нестандартной конфигурации. Недостатками пресс-скобы являются ручное управление, наличие подъемно-транспортного оборудования, а также более низкая производительность по сравнению с двумя другими видами прессов.
У наиболее распространенных МЗП с однонаправленными зубьями име-
Рис. 5.5. Конструктивные схемы металлических зубчатых пластин.
ется небольшой сдвиг смежных продольных рядов относительно друг друга. Этот фактор, а также оптимальный шаг зубьев в продольном направлении предусмотрен с целью предотвращения растрескивания древесины при запрессовке пластин. Малая изгибаемая жесткость зубьев у основания предъявляет высокие требования к технологическому оборудованию. Для качественной запрессовки зубьев в древесину требуется высокая скорость запрессовки и фиксация пластин от смещения. В противном случае происходит сдвижка горизонтальной части пластины относительно первоначального положения концов зубьев, сопровождающаяся их подвертыванием и образованием углублений в древесине в местах запрессовки зубьев.
В отличие от нагелей, расчетная несущая способность которых нормируется для одного нагеля, расчетная несущая способность пластин принимается на 1 см2 поверхности. Это объясняется тем, что прочность и деформативность соединения, помимо работы каждого зуба, зависит: от неравномерности восприятия усилия зубьями, расположенными по мере удаления от стыка; деформациями перфорированной поверхности пластины, особенно при наличии угла между продольной осью пластины и направлением усилия; от дополнительного изгибающего момента, который возникает из-за несимметричного расположения зубьев относительно усилия, что объясняется различным шагом зубьев вдоль и поперек пластины.
Таблица 8. Расчетная несущая способность МЗП
Угол а между осью пластины и усилием Град0	Расчетная несущая способность R в Н/см2 (кг/см2) при величинах угла р в градусах				
	0-15	30	45	60	75-90
0-15	80(8)	70(7)	60(6)	50(5)	40(4)
30	80(8)	70(7)	60(6)	60(6)	50(5)
45	80(8)	70(7)	70(7)	60(7)	60(6)
60	80(8)	70(7)	70(7)	70(7)	70(7)
75-90	70(7)	70(7)	70(7)	70(7)	70(7)
Расчетная несущая способность соединения R на 1 см2 рабочей площади пластин с вышеуказанными параметрами зубьев в зависимости от величины угла между осью пластины и направлением волокон древесины и угла между осью пластины и усилием приведена в табл. 8. Необходимо отметить, что пока в нормах этих данных нет, т.к. в этом направлении продолжаются вестись научно-исследовательские работы.
Расчетная несущая способность обеспечивает деформативность соединения во времени не более 1,5 мм при условии длины пластины с одной стороны стыка не более 200 мм.
Помимо несущей способности соединения, пластинка проверяется на прочность перфорированной поверхности на растяжение и на срез.
Расчетная несущая способность при растяжении и расчетная несущая способность при срезе принимается на 1 см ширины сечения и на 1см дли-72
ны срезаемого сечения, соответственно, принимается в зависимости от угла между продольной осью пластины и направлением усилия. Для МЗП с однонаправленным расположением зубьев эти значения приведены табл. 9.
Таблица 9. Расчетная несущая способность МЗП
Вид напряж. состояния	Толщ. МЗП ММ	Расчетная несущая способность R в кН/м (кг/см) при величине угла а в градусах					
		0	15	30	45	60	90
	1,2	115(115)	115(115)	75(75)	35(35)	35(35)	35(35)
	2,0	200(200)	200(200)	130(130)	65(65)	65(65)	65(65)
	1,2	35(35)	40(40)	45(45)	50(50)	45(45)	35(35)
	2,0	65(65)	75(75)	85(85)	95(50)	85(85)	65(65)
Соединения на нагельных пластинах
Для соединения элементов деревянных конструкций толщиной более 70 мм используются нагельные пластины, предложение Ю.В Пискуновым. Пластины включают в себе основу из материалов различной жесткости и конструктивной формы, к которой прикреплены цилиндрические нагели различной длины и диаметра. Закрепление нагелей на пластине осуществляется либо плотной посадкой в отверстия пластины, либо контактной сваркой к ее боковым граням или к стержневой основе. В зависимости от материала основы, на котором крепятся, нагельные пластины подразделяются:
М (“мягкие”) - из материалов с малым модулем упругости (фанера, ДВП, цементосодержащие материалы);
Т (“твердые”) - из материалов с высоким модулем упругости (сталь, конструкционные пластмассы);
С (“гибкие”) - из стержней, которым придается изогнутая форма в плоскости соединяемых элементов;
А (“армированные”) - из материалов армированных сеткой с закрепленными на ней цилиндри- а]	в)
вескими нагелями.
Применение типов пластин обусловлено толщиной сплачиваемых элементов, конст-
II*-4—t—4—4—4-
1 4 4- 4—f—♦—
В зависимости ОТ Рис. 5.6. Разновидности нагельных пластин: а - с мягкой или формы концевой части твердой основой и плотной посадкой нагелей в отверстия; нагелей пластины под- ® _ с контактной приваркой нагелей к пластине; в - с твердой основой и заостренными и незаостренными нагелями; разделяются на к	г - армированные; д — комбинированные.
(рис. 5.6): гвоздевые
(с заостренными нагелями); нагельные (с незаостренными нагелями).
—ф—4>——ф-
Г)
Нагели рекомендуют изготовливать из стальной проволоки диаметром 5-8 мм. При внедрении в древесину, без предварительного рассверливания отверстий, используются пластины с заостренными нагелями. Конструкции с соединениями на нагельных пластинах изготовливаются посредством запрессовки нагельных пластин в узловые сопряжения при сборке конструкции в целом либо при изготовлении отдельных сборочных элементов, в частности, для сплачивания брусьев по высоте. У изгибаемых составных по высоте деревянных балок сдвиговая прочность соединений на нагельных пластинах близка к прочности балок из цельной древесины.
На основании исследований, проводимых в Кировском техническом университете, создана номенклатура нагельных пластин и определена расчетная несущая способность соединений на один срез (табл. 10).
Таблица 10. Технические и прочностные характеристики пластины
Размеры, мм		Количество нагелей, шт. длина пластины, мм при ширине соединяемых элементов, мм					Расчетная несущая способность на один срез, кН'
нагель	пластина						
диаметр длина	толщина ширина	75	100	125	150	175	
5	4	5	7	10	13	15	1,0
60	30	50	70	100	130	150	
6	4	4	6	8	10	12	1,4
70	40	35	60	85	ПО	135	
8	5	-	4	5	7	9	2,1
90	50	-	50	80	ПО	140	
Как вариант нагельных пластин используются металлические пластины с зубьями - дюбелями. В качестве накладок используется листовая углеродистая сталь толщиной 3-5 мм. Зубьями являются строительные дюбели диаметром 4,5 мм или диаметром 5,5 мм, длиной 60 мм. Дюбели устанавливаются в предварительно рассверленные отверстия, диаметр которых на 0,1-0,15 мм меньше, чем диаметр дюбеля. За счет использования легированной стали дюбели по сравнению с гвоздями имеют повышенное сопротивление изгибу, что при определенных условиях повышает несущую способность соединения. Поэтому соединения на нагельных пластинах с зубьями-дюбелями рекомендуют, прежде всего, в случаях когда невозможна запрессовка и применяется забивка дюбелей вручную.
5.2.	Соединения с использованием клея
Клеевые соединения.
Склеивание - наиболее эффективный способ соединения древесины. Клеевые соединения характеризуются рядом важных достоинств:
1.	Склеивание дает возможность из досок, ограниченных сортаментом на пиломатериалы изготовлять конструкции любых размеров и форм. Они 74
могут быть прямолинейными, гнутоклееными, постоянного и переменного сечений, длиной измеряемой десятками метров и высотой до 2-2,5 метров.
2.	В отличие от соединений на механических связях клеевое соединение обеспечивает жесткое сплачивание деревянных элементов и образует монолитное сечение.
3.	Склеивание повышает механические свойства клееной древесины за счет рассосредоточения пороков при наборе клееного пакета.
4.	Клеевые соединения являются стойкими к воздействию агрессивной среды, что обеспечивает долговечность конструкций.
При изготовлении клееных деревянных конструкций в основном используют соединение по «пласта» и соединение на «зубчатый шип». Для склеивания фанеры, помимо «зубчатого щита», используют соединение на «ус».
Соединение по «пласти».
Для образования требуемой высоты сечения клееного элемента при одинаковой ширине исходного материала используется клеевое соединение по «пласта». На качество клеевого соединения, помимо качества клея и технологических параметров при запрессовке, большое влияние оказывает подготовка древесины к склеиванию. Недостаточная подготовка материала не дает возможность получить прочное и долговечное соединение. Основные этапы подготовки к склеиванию заключаются в сушке древесины до требуемой влажности, которая в зависимости от температурно-влажностного режима эксплуатации здания принимается 9-15% и фрезеровании пиломатериала (табл. 7) для получения ровных, чистых поверхностей. Необходимо
Рис. 5.7. Раскладка досок по сортам в клееной балке по высоте сечения, отметить, что при пластевом соединении фрезерование кромок происходит после склеивания пакета.
Учет влажности склеиваемой древесины необходим в связи с тем, что в процессе эксплуатации влажность клееной конструкции будет соответствовать равновесной влажности с окружающий средой, и при наличии повышенной исходной влажности досок в клеевых соединениях возникают вну-75
тренние напряжения от усушки древесины. Величина этих напряжений будет увеличиваться в зависимости от влажности досок и равновесной влажности клееного пакета. Исходя из этих соображений, для изготовления прямолинейных клееных элементов толщина фрезерованной доски не должна превышать 42 мм.
Рис. 5.8. Зубчатое клеевое соединение
1 - параметры зубьев; 2 - вертикальное зубчатое клеевое соединение; 3 - горизонтальное зубчатое клеевое соединение.
Рис. 5.9. Требования по размещению стыков на «зубчатый шип».
Необходимость учета припусков на фрезерование объясняется тем, что для получения расчетного сечения необходимо подобрать по сортаменту требуемый пиломатериал, чтобы избежать излишних отходов.
Исходя из этих соображений, для изготовления прямолинейных клееных элементов толщина фрезерованной доски не должна превышать 42 мм. На практике чаше всего используются доски толщиной 33 мм, т.е. используется пиломатериал 40 мм при ширине 150 мм, т.к. доски толщиной до 42 мм требуют компенсационных прорезей, снимающих внутренние напряжения.
Для гнутоклееных конструкций толщина пиломатериала регламентируется радиусом кривизны гнутья и не должна превышать 1/150 этого радиуса. Максимальная толщина для значительных радиусов кривизны не должна превышать 33 мм.
Рациональное использование пиломатериала различных сортов заключается в компоновке поперечного сечения для изгибаемых и сжато-изгибае-мых конструкций.
В крайних зонах сечения используется древесина 1 или II сорта, а в средней зоне древесина III сорта (рис. 5.7).
Соединение на «зубчатый шип».
Для сращивания досок по длине и при вырезке местных пороков древесины используется соединение на «зубчатый шип».
Нарезка шипа возможна параллельно и перпендикулярно пласти. Наиболее технологичным является вариант перпендикулярно пласти (вертикальная нарезка).
Прочность соединения на «зубчатый шип» должна соответствовать нормативному сопротивлению древесины II сорта, поэтому к этому виду соединения предъявляются высокие требования как по нарезке шипа, так и по качеству клея. Параметры нарезки шипа строго регламентированы государственным стандартом и подбираются в зависимости от назначения.
Для увеличения надежности конструкций больших пролетов особенно в растянутой зоне в одном сечении допукается стыкование не более 25% всех досок пакета. Расстояние «в свету» между зубчатыми соединениями в одной доске должно быть не менее 300 мм, а расстояние между стыками смежных досок должно быть не менее 20 толщин стыкуемых досок (рис 5.11).
Помимо сращивания досок по длине, нормами разрешается использовать «зубчатый шип» для соединения клееных пакетов по всей высоте сечения под углом друг к другу. Однако помимо технологических сложностей, это соединение имеет невысокую надежность из-за различных температурно-влажностных деформаций древесины вдоль и поперек волокон.
Клеи
Клеями принято называть такие составы, которые при определенных условиях химических реакций или от нагрева, или от охлаждения обладают свойством затвердевать и прочно соединять различные или однородные материалы.
Основу клея составляют связующие вещества, которые могут быть животного (мездровый, казеиновый), растительного (крахмал), минерального (силикатные, битумные) или синтетического происхождения (смолы).
Кроме связующего, в клей входит растворитель (ацетон), пластификатор (дибутилфталат), наполнитель (древесная мука, лигнин, цемент, диабазовая мука) и отвердитель.
Растворители входят в состав клея для понижения ее концентрации, вязкости. Пластификаторы служат для уменьшения хрупкости клеевых соединений. Наполнители используют для повышения вязкости клеев, уменьшения усадки, удешевления клея.
В производстве КДК используются клеи на основе синтетических смол. В состав клея входит смола, марка которой соответствует марке клея и отвердитель. Наибольшее применение в производстве клееных деревянных конструкций до середины 80-х годов получили фенолформальдегидные клеи, такие как СФЖ-3016. Однако токсичность, нестабильность свойств смолы, малый срок хранения и другие недостатки привели к тому, что они были вытеснены разорциновыми и фенол-резорциновыми смолами ФР-12 и ФРФ-50, а также импортыми клеями. Эти клеи имеют меньшую токсичность, при высокой прочности, более эластичные, что позволяет компенсировать внутренние напряжения в древесине при переменном температурновлажностном режиме. Отвердителем для разорциновых и фенол-резорциновых смол является параформальдегид (параформ). Количество отвердителя составляет 10-13 частей по массе на 100 частей смолы.
Для склеивания древесины с металлами используют эпоксидные клеи, обладающие хорошей адгезионной способностью ко многим материалам. Наиболее распространенные марки эпоксидных смол, применяемые в строительстве - ЭД-5, ЭД-6. В качестве отвердителей эпоксидных смол применяют полиэтиленполиамин.
Для увеличения вязкости клея в качестве наполнителя используют цемент.
Смолы и отвердитель поставляются раздельно и смешиваются непосредственно перед процессом склеивания. Поэтому технологические свойства клеев являются важнейшими показателями, т.к. влияют на прочность склеивания. Прочность клеевого соединения обеспечивается как кагезионными связями (связями клеевой прослойки), так и адгезионными связями (связями клея с древесиной).
Кагезионные связи характеризуются временем отверждения клея, которое для каждого вида смолы определяется по ГОСТ. Адгезионные связи характеризуются тремя основными показателями.
Первым показателем является вязкость клея, которая выражается в условных единицах, исчисляемых по времени истечения заданного количества клея через отверстие определенного диаметра. Чем выше вязкость клея, тем хуже он смачивает поверхность материала, уменьшая возможность проникновения в поры древесины. При малой вязкости клей интенсивно впитывается в древесину и клеевая прослойка «обедняется».
Второй показатель клея, жизнеспособность, объясняется периодом отверждения смолы. Время, в течении которого вязкость клея не превышает определенного предельного значения, и клей может быть использован для конкретного технологического процесса, определяет рабочую жизнеспособ-78
ность. Рабочая жизнеспособность клея в условиях производства не должна превышать 2-4 часов от момента смешивания составов в зависимости от ряда факторов.
Третьим показателем клея является время отверждения или полная полимеризация.
Соединения на вклееных стержнях
Вклееные стальные стержни для соединения растянутых, изгибаемых, сжато-изгибаемых элементов из клееной древесины массивных сечений, для решения жестких узловых соединений как отдельных элементов деревянных конструкций, так и соединений с железобетонными и деревянными конструкциями. Принцип вклеивания металлических стержней положен в основу изготовления армированных деревянных конструкций.
Рис. 5.10. Соединение изгибаемых и сжатоизгибаемых элементов на вклеенных стержнях: а - соединение на втулках; б - соединение на электросварке;
1 - клеенный элемент; 2 - листовой асбест; 3 - накладная металлическая деталь, заанкеренная в древесине; 4 - соединительная стальная планка
Ориентация вклееных стержней относительно волокон древесины может быть различна и определяется конструктивными требованиями к узловым соединениям и величиной действующих усилий. Для растянутых элементов с небольшими усилиями используется вклеивание вдоль волокон. В узлах, где усилия прикладываются поперек волокон древесины, а площадь смятия мала, вклеивание осуществляется поперек волокон. Так же вклеивание стержней поперек волокон рекомендуется для обеспечения надежности клееных конструкций при недостаточном контроле качества склеивания, а также при наметившемся расслаивании клееного пакета.
Для стыков большепролетных клееных конструкций, где имеет место значительные растягивающие усилия и изгибающие моменты, вклеивание стержней должно осуществляться под углом 30-40° к волокнам древесины (рис. 5.10). Исследования проводимые в течении многих лет С. Б. Турков-ским показали, что прочность соединений на наклонно вклееных стержнях выше прочности сечения клееных соединяемых элементов. В этом случае вклееные стержни играют ту же роль, что и анкера закладных деталей в железобетоне. Технология вклеивания группы наклонных стержней осуществ
ляется с использованием трубчатого кондуктора, который засверливает отверстия. Соединение двух элементов с вклееными закладными деталями осуществляется с помощью электросварки или на болтах. При электросварке необходимо соблюдать режим сварки, чтобы избежать обугливания древесины и деструкции эпоксидного клея.
При любом направлении стержней к волокнам древесины должны соблюдаться основные требования. Диаметр засверленного отверстия должен быть на 5 мм больше диаметра стержня. Используются стальные стержни только периодического профиля из арматуры класса А-Ш, A-IV. Для вклеивания используется только эпоксидный клей с использованием в качестве наполнителя цемента. Засверленные отверстия должны быть снабжены компенсационными отверстиями для продувания каналов, выпуска воздуха при заполнении канала клеем и погружении стержней. Диаметр вклеиваемых стержней принимается 12-25 мм. Минимальная длина стержня не менее 10 диаметров.
Расчетная несущая способность вклеенного стержня на выдергивание или продавливание, вдоль волокон в растянутых или сжатых стыках определяется по формуле
T = Re^[d + 0,005](Kc
где d - номинальный диаметр стержня в метрах; (. - длина заделываемой части стержня, но не более 30 Кс - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига по длине стержня, который равен 1,2 - 0,02 £ / d ; 7?ск - расчетное сопротивление древесины склеиванию, равное 2,1 МПа.
Расстояние между осями стержней при этом не должно быть меньше 3 d.
Несущая способность стержней, вклееных поперек волокон, и особенно под углом значительно выше, чем при вклеивании вдоль волокон, пока не имеет нормированного значения, а определяется по экспериментальным данным.
Деформативность соединений на вклееных стержнях незначительна, что позволяет отнести эти соединения к жестким соединениям при составлении расчетных схем строительных конструкций для определения усилий и изгибающих моментов в элементах этих конструкций.
5.3.	Контактные соединения
Соединения, когда передача усилий осуществляется непосредственно “торец в торец”, “торец з пласть” или пересекаясь под углом, а фиксация этих соединений осуществляется конструктивно (накладки, хомуты, скобы, болты и т.д.), называются контактными соединениями.
Контактные соединения за счет значительной податливости, вызванной
неплотностью приторцовки, местными деформациями смятия и т.д. рассматриваются в расчетных схемах как шарнирное соединение, и в инженерных методиках расчета осуществляется только проверка контактных поверхностей на смятие. В то же время для большепролетных конструкций массивного сечения, где в местах контакта имеют место значительные усилия, эта методика не вполне корректна, т.к. не учитывает концентрацию, неравномерность напряжений по сжимаемой поверхности в процессе деформирования конструкции под нагрузкой. Только точными методами можно оценить сочетание нормальных и касательных напряжений в зоне контакта.
При проектировании и строительстве конструкций небольших пролетов, особенно в построечных условиях, применяется один из старых способов соединения деревянных элементов, врубка.
Термин “врубка” сохранился от первоначального способа производства такого вида соединений топором. К врубкам относятся:
Лобовые упоры (рис. 5.11) которые можно представить в виде фрагмента узла конструкции фермы, врезанной в нижний пояс.
Рис. 5.11. Вариант узла фермы с лобовым упором раскоса.
2 см < h < l/3h
1.5h< I < lOh
Рис. 5.12. Лобовая врубка.
Глубина врубки принимается 1см < hBp< l/4h.
Расчет лобового упора производится на смятие фрагмента узла под углом к волокнам древесины в месте контакта от усилия Nc, а также на смятие и скалывание фрагмента врезанного в нижний пояс от разницы усилий в смежных панелях нижнего пояса фермы.
Лобовая врубка (рис. 5.12).
Глубина врубки рекомендуется 1см < hBp< h/З. Длина площадки скалывания принимается не менее 1,5 h и не менее 10 Лвр.
При конструировании лобовых врубок усилия необходимо центрировать с опорной реакцией. Это требование обеспечивается опорной подушкой.
Для того, чтобы вертикальная составляющая надежно прижимала сжатый элемент в месте контакта к нижнему поясу, между ними оставляется зазор 2 - 3 см. Для предотвращения взаимного смещения сопрягаемых элементов и повышения надежности от возможного скалывания устанавливаются аварийные связи.
Расчет зоны лобовой врубки производится из условия прочности на смятие и на скалывание N / F-u < R^ „.
СМ	VM U
Площадка смятия в сжатом элементе сминается вдоль волокон, а в растянутом под углом к направлению его волокон, поэтому проверка производится для растянутого элемента, где
1+ ——-1 sin3 а \ -^СМ 90	7
В результате врубки растягивающее усилие в нижнем поясе приложено с эксцентриситетом, что вызывает изгибающий момент. В этом случае расчет нижнего пояса ведется как внецентренно-растянутого элемента, где
M=Np  е.
В связи с неравномерностью скалывающих напряжений по длине площадки скалывания инженерная методика оперирует средней величиной напряжений
D ^=T„/FCK<R^ =------Н—
1 + р-^-е
где b - 0,25 при отношении — > 3 .
е
Путем несложных вычислений требуемую длину площадки скалывания можно определить по формуле
“ R^-b-p-Nf/e .
Лобовая врубка на упор
При малом угле наклона примыкания верхнего пояса к нижнему применение лобовой врубки нецелесообразно. С уменьшением угла увеличивается усилие скалывания и, поэтому более надежным решением узла является лобовая врубка на упор. В лобовом упоре торец верхнего пояса полным своим сечением упирается в опорный вкладыш. Опорный вкладыш передает вертикальную составляющую W на подкладку и опорную подушку, а горизонтальную составляющую - нижнему поясу через металлические натяжные хомуты, деревянные накладки и нагели.
Лобовая врубка на упор имеет ряд преимуществ. Благодаря развитой площади смятия опорного вкладыша несущая способность по смятию значительно больше, чем лобовой врубке, отсутствие площадки скалывания и отсутствие ослаблений врубкой повышает надежность соединения.
Существенным недостатком этого вида соединения является повышенный расход металла и трудоемкость.
РАЗДЕЛ III
ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИНДУСТРИАЛЬНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Глава 6. Основные схемы и узлы зданий. Конструктивные меры защиты древесины от увлажнения и возгорания
Каркасы зданий в основном проектируются таким образом, что несущая способность поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль - продольными элементами каркаса (прогоны, связи) и ограждающими конструкциями.
Для общественных зданий поперечной рамой чаще всего являются трехшарнирные распорные конструкции с передачей горизонтального усилия (распора) на пристроенные помещения из ж/б конструкций либо на фунда-менты-контрофорсы (рис 6.1.). Такая схема имеет ряд преимуществ как архитектурных, позволяющих создавать любые формы покрытий, так и конструкторских в связи со статической определимостью расчетной схемы. Возможность создания любых профилей поперечника здания и требуемых габаритов по этой схеме позволяет оптимально реализовать трехшарнирные распорные конструкции в складских зданиях для хранения минеральных солей, пролеты которых достигают 70 м (рис. 6.2.).
Для производственных зданий предпочтительней является 2-шарнирная рама, представляющая собой колонны, жестко защемленные в фундамент, и ригель (балки, фермы), шарнирно закреплены на колоннах. Сложность конструктивного решения по обеспечению жесткости и долговечности клееных деревянных колонн в зоне защемления с фундаментом приводит к тому, что каркас чаще всего принимают смешанным. Колонны выполняют стальными или железобетонными, а ригель из древесины.
При проектировании производственных зданий с применением деревянных конструкций должны выполняться следующие требования, обеспечивающие долговечность здания:
-	уклон стропильных конструкций для кровли из листовых материалов не должен быть менее 1:3, а для штучных материалов не менее 1:4, что обеспечивает быстрый отвод атмосферных осадков через карнизы;
-	наличие карнизов с вылетом за наружную грань стены не менее 600 мм;
-	отсутствие фонарей, надстроек, парапетов и др. архитектурных форм^ образующих ендовы;
-	превышение отметки низа опорных частей деревянных конструкций относительно отметки чистого поля не менее, чем на 20 см;
-	возможность свободного деформирования поперечной рамы без контакта с фахверковыми конструкциями и конструкциями внутри здания (встроенные конструкции);
-	отсутствие пересечений несущих конструкций с ограждающими.
Рис. 6.1. Легкоатлетический манеж в г. Гомеле.
Рис. 6.2. Склад калийных солей в г. Санкт - Петербург.
Кроме того, нельзя проектировать с применением деревянных несущих конструкций многопролетные здания с внутренними водостоками и разновысокими вставками между пролетами. Пристройки к зданиям не должны затруднять отвод атмосферных осадков, создавать условия для образования снеговых мешков.
В то же время для общественных зданий, для малоэтажного домостроения вышеперечисленные требования снижаются, т.к. архитекторами предлагаются различные формы сооружений. И если отдельные формы, такие как купола, цилиндрические своды и оболочки, отдельно стоящие структурные конструкции весьма привлекательны с точки зрения обеспечения долговечности древесины, то применение других форм влечет за собой дополнительные материальные и трудовые затраты по химической защите древесины.
Поскольку жесткость, устойчивость и долговечность зданий в первую очередь зависят от качества сопряжения отдельных элементов, то конструирование узлов соединений несущих и ограждающих конструкций каркаса зданий является сложным и ответственным вопросом. Несмотря на то, что многие узлы имеют принципиальные типовые решения (рис. 6.3.; 6.4.), обоснованные на многолетних опытах безаварийной эксплуатации, зачастую приходится решать вопрос в зависимости от каждого конкретного случая. Конструкции узлов должны отвечать следующим требованиям:
-	воспринимать усилия, возникающие от нагрузок на здания;
-	обеспечивать расчетный режим работы конструкций;
-	обеспечить надежность соединений элементов зданий;
-	обеспечить простоту монтажа;
-	обеспечить изоляцию здания от атмосферных и климатических воздействий;
-	обеспечить долговечность деревянных элементов конструкций.
Если первые пять требований характерны для узлов зданий из любых материалов, то шестое требование наиболее актуально для деревянных конструкций, поэтому рассмотрим этот вопрос подробнее.
Комплекс мероприятий по обеспечению долговечности элементов конструкций как на стадии проектирования, так и на стадии строительства назы-
Рис. 6.3. Узлы большепролетного арочного здания: а) коньковый узел; б) опорный узел;
1 - полуарка; 2 - вентилируемое покрытие; 3 - опорный шарнир; 4 - коньковый шарнир.
вается конструктивными мерами по защите древесины от увлажнения.
Наиболее распространенным источником увлажнения деревянных конструкций в узлах зданий является конденсация влаги. Она проявляется в том случае, если температура материала вследствие некачественной теплоизоляции стыков ниже температуры точки росы для омывающего конструкцию воздуха. При этом температура точки росы тем выше, чем больше относительная влажность воздуха в помещении. Оседание мелких капель влаги обычно происходит в зоне опирания конструкций на фундаменты, стены, колонны, а также в зоне стыков стеновых панелей.
Рис. 6.4. Опорный узел неотапливаемого арочного здания: 1 - цокольная панель; 2 - брус; 3 - переходная кровельная деталь; 4 - гидроизоляция торцов.
Поэтому решения этих узлов зданий должны удовлетворять не только требованиям по несущей способности и термическому сопротивлению, но и требованию по простоте и удобству производства работ.
Зачастую конструктивные меры защиты древесины дополняются химическими. Так, например, при пересечении несущих клееных элементов с наружными стенами используют комплексные меры защиты - химические (антисептирование в сочетании с влагозащитным бандажом участка балки в зоне пересечения стены) и конструктивные. Зазоры между поверхностями несущей конструкции и ограждающей конструкции тщательно утепляют и герметизируют, чтобы исключить проникновение через них теплого воздуха из помещения и образования конденсата на древесине (рис. 6.5). Однако такое решение допустимо только для клееных конструкций, т.к. в отличие от бревен, брусьев, в них отсутствуют усушенные трещины, в которых возможно образование конденсата и образование очагов гниения.
Комплекс конструкционных мер защиты древесины не допускает также непосредственного контакта древесины с конструкциями из более теплопроводного материала. В частности, не допускается устанавливать несущие конструкции покрытия вплотную к каменным стенам и перегородкам.
При расположении несущих конструкций покрытия над внутренними стенами или перегородками между ними оставляют зазор с учетом возможного прогиба конструкции при эксплуатации. Зазор при этом заполняют упругим гидроизолирующим материалом типа “Гернит” или “Вилатерм”. Если стена разделяет помещение с различными температурно-влажностными режимами (например, отапливаемое и неотапливаемое), то использование несущей конструкции в качестве ограждения недопустимо. В данном случае несущую конструкцию рациональнее разместить в отапливаемом помещении, а стену поднять до низа кровельных конструкций с утеплением и герметизацией зазора, по возможности со стороны теплого помещения.
Если по типовому решению при опирании балок на колонны торцы их не
I
Рис. 6.5. Пересечение клееных деревянных конструкций с наружными стенами: 1 - несущая конструкция; 2 - стена; 3 - воздушный зазор; 4 - влагозащитный бандаж; 5 - несгораемый утеплитель; 6 - нащельник по гидроизоляционной мастике.
соприкасаются с конструкциями ограждения и находятся в одинаковых условиях с остальными частями конструкции, то при опираниях их на кирпичные стены зачастую возможны соприкосновения. В этом случае в стенах следует устраивать специальные ниши, которые оставляют открытыми со стороны помещения, а уменьшение толщины стены компенсируется утеплителем из эффективных плитных теплоизоляционных материалов (рис. 6.6.). Для большепролетных конструкции, опирающихся на несущие стены, предпочтительным является вариант стен с пилястрами.
Опирание несущих деревянных конструкций' небольших пролетов без опорных металлических шарниров внутри помещений на опоры устраивают на высоте не менее 20 см от уровня чистого пола, с целью исключения возможности увлажнения опорного узла при эксплуатации помещений и свободного доступа при осмотре.
Для изоляции опорного узла колонн, арок, рам от фундамента между ними размещают термо- и гидроизоляционные прокладки. Вместо термоизоляционных прокладок, при небольших нагрузках можно использовать деревянные прокладки из древесины твердых пород с глубокой пропиткой невы-мываемыми или трудновымываемыми антисептиками. Между прокладками и фундаментом укладывается слой гидроизоляционнного материала.
Крепление деревянных конструкций к фундаментам осуществляется через металлические детали различных типов. В случае когда возможно образование конденсата, влага выпадает на внутренней поверхности металла и, увлажняя древесину, стекает вниз. Поэтому металлические детали проектируются таким образом, чтобы влага стекала, и древесина не имела возможности увлажняться.
При соединении деревянных элементов металлическими накладками в местах, где вероятность конденсата в холодное время высока (карнизная
Рис. 6.6. Опорный узел клееной конструкции на кирпичные стены: 1 - несущая конструция; 2 - плитный эффективный утеплитель; 3 - кирпичначная стена; 4 - антисептированная подкладка; 5 - гидроизоляция; 6 - железобетонная подушка с анкерами.
зона, зона конька, ендов и т.д.), на внутреннюю поверхность металла наносятся гидроизоляционные мастики такие, как резинобитумная, полиизобутиленовая, которая, выдавливаясь при стягивании накладок болтами, заполняет все зазоры и исключает возможность проникновения туда влажного воздуха и конденсации влаги.
В зданиях, где возможно образование конденсата на внутренней поверхности ограждающих конструкций покрытия, верхние грани несущих конструкций защищают досками толщиной не менее 30 мм, пропитанными невы-мываемыми или трудновымываемыми антисептиками с гидроизоляционным слоем.
В зданиях с высокой влажностью воздуха более 85% не рекомендуется применение металлодеревянных ферм.
Ограждающие конструкции стен зданий на деревянном каркасе даже при наличии пароизоляции требуют вентилируемых прослоек, удаляющих избыточную влагу (рис. 6.7). В особо тяжелых условиях эксплуатации находятся плиты покрытия общественных и производственных зданий с верхней и нижней обшивкой под кровлю из рулонных гидроизоляционных материалов. Наряду с надежным водоизоляционным слоем, защищающим здания от атмосферных осадков, они препятствуют выходу наружу водяного пара, 89
диффундируемого из помещения в толщу покрытия. Пароизоляция не может полностью предотвратить поступление пара в толщу покрытия, а поскольку сопротивление ее паропроницанию ниже, чем кровельного ковра, то в утеплителе происходит влагонакопление, которое снижает его термическое сопротивление, и увлажняется каркас плиты.
Для осушения полости плит предусматриваются воздушные продухи таким образом, чтобы наружный воздух поступал через заборные отверстия
7
Рис. 6.7. Вентиляция ограждающих конструкций стен на деревянном каркасе (несущие конструкции условно не показаны): 1 - профилированный кровельный материал; 2 - карнизная плита покрытия на деревянном каркасе; 3 - утеплитель; 4 - металлическая сетка;
5 - полоса из листового материала; 6 - кобылка карнизнрй плиты покрытия; 7 - гребенка по профилю кровли; 8 - антисеп-тированный брусок; 9 - герметик; 10 - гидроизоляция;
11 - эластичная герметизирующая прокладка; 12 - фартук из оцинкованной стали; 13 - экран стеновой панели по вертикальным рейкам.
в карнизной части и удалялся через аэраторы, размещенные по продольной оси в коньке здания. Такое решение наиболее рациональное, хотя в небольшой период зимы вентиляция может и не осуществляться из-за снегоотло-жения в зоне аэратора (рис. 6.3).
В зданиях с достаточными уклонами кровли рекомендуются совмещенные плиты покрытия, где плиты имеют только нижнюю обшивку, а в качестве кровли используют волнистые асбестоцементные листы или профилированные металлические настилы (рис. 6.9).
Аэраторы устраивают для зданий пролетом более 18 м. Для меньших пролетов удаление воздуха из полостей панелей происходит в зоне конькового стыка.
Основной причиной снижающей надежность и долговечность деревянных конструкций вообще, и деревянного каркаса плит покрытий в частности, является неправильное или некачественное выполнение стыков. Конструкция стыка между плитами должна исключать возможность проникновения в его полость водяных паров из помещения и конденсации влаги в результате промерзания стыка.
На рис. 6.8 показаны стыки плит покрытия под рулонную и кровлю из асбестоцементных листов. Эластичные прокладки диаметром 30 мм должны обжиматься при монтаже, а затем осуществляется герметизация мастиками типа “НГМС”, “Тегерон” и др., что обеспечивает пароизоляцию. Затем стыки утепляются до уровня, чтобы не препятствовать движению подкровельного воздуха. Для фиксации эластичных прокладок нижняя обшивка на 5 мм должна выступать за наружные грани несущих ребер плит.
В более жестких условиях эксплуатации, чем конструкции зданий, находятся деревянные конструкции, эксплуатирующиеся на открытом воздухе, в частности, мосты. Конструктивные меры защиты древесины несущих конструкций, в первую очередь, сводятся к обеспечению проветриваемое™ и максимальной защите от непосредственного попадания атмосферных осадков и солнечного излучения.
Наиболее эффективная мера защиты пролетных конструкций моста от увлажнения - исключение проникновения воды через настил. Асфальтовое
Рис. 6.8. Продольный (а) и поперечный (б) стыки плит покрытия под рулонную кровлю с вентиляцией полости плит вдоль здания: 1) эластичная прокладка; 2) герметирующая мастика;
3) утеплитель; 4) дополнительный слой рубероида; 5) кровельный ковер; 6) защитный гравийный слой; 7) стальной лист; 8) несущая конструкция.
покрытие по настилу с выдержанными уклонами в двух направлениях хорошо предохраняет настил от увлажнения и рассыхания. Но тем менее по мере эксплуатации возможно увлажнения настила и проникновенея влаги на 91
пролетные балки. Поэтому верхние грани балок должны проветриваться.
На рис. 6.10 показаны конструктивные меры по защите балок пролетных строений мостов. В большепролетных мостах клееные несущие балки часто устраивают спаренными. В местах сплачивания по боковым граням всегда остаются зазоры, в которых весной и осенью в результате суточных колебаний температур конденсируется влага. Во избежание этого балки должны быть разнесены через прокладки для обеспечения их сквозного проветривания. При невозможности такого решения балки сплачиваются в заводских условиях с использованием герметизирующих мастик, которые наносят на сплачиваемые поверхности.
Конструктивная мера защиты крайних пролетных балок мостов от увлажнения и солнечного излучения заключается в увеличении вылета консолей настила под пешеходные дорожки и устройстве экрана по краю консоли.
Помимо конструктивных мер по защите древесины от увлажнения при проектировании зданий необходимо применять меры по пожарной безопасности. Основными требованиями по пожарной безопасности являются предотвращение распространения огня и огнестойкость конструкций, т.е. способность конструкции сохранять свои функции при пожаре. Поэтому помимо химических мер по защите древесины от возгорания большое значение имеют и конструктивные мероприятия, разрабатываемые на стадии проектирования.
Поскольку огнестойкость деревянных конструкций повышается с увеличением сечения, при альтернативных решениях выбора несущих конструкций предпочтение отдается конструкциям из клееной древесины массивного сечения.
Рис. 6.9. Продольный (а) и поперечный (б) стыки плит покрытия под кровлю из волнистых асбестоцементных листов: 1) несущая конструкция; 2) плита покрытия; 3) кровельный лист;
4) утеплитель; 5) ребро каркаса; 6) мастика; 7) эластичная прокладка.
В зданиях значительной протяженности рекомендуется устраивать противопожарные (брандмауэрные) стены из несгораемых материалов на собственном фундаменте. Противопожарные стены должны пересекать наружные стены и выступать за их плоскость не менее, чем на 30 см. Противопожарные стены должны возвышаться над кровлей не менее, чем на 60 см. При пересечении несущих конструкций со стенами зазоры должны тщательно разделываться во избежании тяги воздуха.
Эффективным методом защиты конструкций покрытия от пожара является подвесной потолок, выполняемый из трудносгораемых материалов, но при этом коммуникации, расположенные над подвесными потолками должны быть выполнены из негорючих материалов и иметь ограниченное назначение.
Рис. 6.10. Защита спаренных клееных деревянных балок пролетных строений автодорожных мостов (а - разнесенных; б - сплоченных): 1 - балки; 2 - стяжные болты; 3 -диафрагма;
4 - прокладка; 5 - консервированные защитные доски; 6 - гидроизоляция (гидростеклоизол);
7 - мастика.
При конструировании подвесного потолка следует выполнять следующие требования:
подвески несущих элементов подвесного потолка не следует закреплять в растянутой зоне клееных балок во избежание раскалывания от усилий приложенных поперек волокон;
подвески не следует закреплять также к элементам нижнего пояса вне зоны узлов во избежание самого неблагоприятного вида напряженного состояния древесины - растяжения с изгибом;
не допускается также при утепленном подвесном потолке и неотаплива-
Рис. 6.11. Крепление подвесного потолка: 1 - несущая конструкция покрытия; 2 - несущий элемент подвесного потолка; 3 - подвеска; 4 - утеплитель; 5 - хомуты; 6 - ходовые доски.
емом чердачном помещении, чтобы нижние пояса ферм или нижняя зона балок находились в толще утеплителя, особенно в зданиях с повышенной влажностью воздуха (рис. 6.11).
Учитывая, что пожароопасными являются вертикальные конструкции с внутренними полостями, создающие тягу огню, полости стен и перегородок на деревянном каркасе должны заполняться несгораемыми минераловатными плитами.
Наличие нижней обшивки из листовых материалов в плитах покрытия приводит при пожаре к быстрому ее прогоранию или растрескиванию. 94
Вследствие этого происходит выпадание минераловатного утеплителя, защищающего деревянные ребра каркаса и кровлю. С целью увеличения огнестойкости плит используются стальные полосы сечением 0,8x25 мм или сетка из проволоки диаметром 2-3 мм, которые некоторое время удерживают негорючие минераловатные плиты после прогорания обшивок. Эти полосы закрепляют к ребрам каркаса при изготовлении плит.
В отапливаемых зданиях со стабильным температурно-влажностным режимом повышение огнестойкости отдельных узлов или элементов конструкций возможно путем защиты их штукатуркой, коробов из трудносгораемых материалов, например, ЦСП, с заполнением пустот минераловатными плитами, обивкой тонколистовой сталью с прокладкой из асбестового листа. Однако в неотапливаемых зданиях эти мероприятия не рекомендуются, т.к. возможно увлажнение древесины, и создание условий для жизнедеятельности дереворазрушающих грибов, вследствие появления конденсационной влаги при полном отсутствии ее проветривания.
Глава 7. Нагрузки и воздействие
При выборе конструктивных решений зданий и сооружений, применяемого материала для несущих конструкций, в первую очередь возникают вопросы эксплуатационных нагрузок на перекрытие и покрытия. Но как видно из области рационального применения деревянных конструкций, в ней отсутствуют многоэтажные производственные, складские и другие здания, в которых на перекрытия действуют значительные нагрузки. Вопрос об эксплуатационных нагрузках возникает лишь при использовании деревянных конструкций перекрытия в малоэтажном домостроении. Поэтому при расчете деревянных конструкций в основном имеют дело с такими видами нагрузок, как: снеговые, ветровые, а также нагрузки, возникающие при транспортировки и монтаже несущих конструкций. В отдельных случаях при проектировании инженерных сооружений следует учитывать гололедные нагрузки и особые нагрузки.
Несущие и ограждающие деревянные конструкции рассчитывают на неблагоприятные сочетания нагрузок, которые в зависимости от продолжительности действия нагрузок, классифицируются на постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) нагрузки.
К постоянным нагрузкам относятся вес частей зданий и сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих конструкций.
К временным длительным нагрузкам относятся вес временных перегородок, оборудования, коммуникаций, а также эксплуатационные нагрузки от людей, предметов обихода и др. на перекрытие жилых и общественных зданий, принимаемые с пониженными нормативными значениями, приведенными в табл. 3 (2).
К временным длительным нагрузкам также относятся снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением, определяемым умножением нормативного значения в соответствии с указаниями п. 5.1 (2) на понижающие коэффициенты 0,3 - для III снегового района, 0,5 - для IV района, 0,6 -для V и VI районов.
К кратковременным относятся эксплуатационные нагрузки на перекрытие жилых и общественных зданий, принимаемые с полным нормативным значением, а также снеговые нагрузки и ветровые с полным нормативным значением. Гололедные и монтажные нагрузки тоже относятся к кратковременным нагрузкам.
Для расчета строительных конструкций по двум группам предельного состояния все виды нагрузок классифицируются на нормативные и расчетные значения нагрузок. При этом расчет по первой группе предельного состояния (прочность, устойчивость) производится на расчетные значения нагрузок, а расчет по второй группе (деформативность) производится на нормативные значения нагрузок.
Таблица 11. Коэффициенты надежности по нагрузке
№	Конструкции	Коэффициент надежности по нагрузке yf
1	Металлические	1,05
2	Бетонные (плотностью более 1600 кг/м3) Деревянные, каменные, железобетонные	1,1
3	Бетонные (плотностью менее 1600 кг/м3) Изоляционные, выравнивающие, отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, стяжки, засыпки и т.п.) выполняемые: в заводских условиях; на стройплощадке	1,2 1,3
Нормативные значения постоянных нагрузок определяются по плотности материалов, из которых изготовляются элементы и конструкции. Поскольку в зависимости от ряда факторов возможны отступления по плотности и размерам, к нормативному значению вводятся коэффициенты надежности по нагрузкам (коэффициенты перегрузки) yf больше единицы (табл. 11). Произведение этих величин называется расчетной нагрузкой.
При расчете несущих деревянных конструкций постоянную нагрузку от собственногоувеса самой конструкции невозможно подсчитать, т.к. до расчета неизвестны точные размеры поперечных сечений элементов. Поэтому на стадии определения нагрузки пользуются приближения весовой оценкой рассчитываемой конструкции.
Определение нагрузки от собственного веса проектируемой несущей конструкции в зависимости от ее типа, пролета и величины полезной нормативной нагрузки производится по формуле:
(gH + Р")
1000	= w + р-}
кг (грузовой коэффициент) находится по графику в зависимости от коэффициента собственного веса Ксв и пролета I, м (3).
Использование такого подхода оправдывается тем, что доля собственного веса несущей конструкции от всего объема постоянной и кратковременной нагрузок невелика и погрешность расчета незначительна.
Нормативные значения временных равномерно-распределенных нагрузок на перекрытия принимаются в соответствии с табл. 3 (2).
Коэффициенты надежности по нагрузке для этих нагрузок принимаются: 1,3 - при полном нормативном значении менее 2,0 кПа; 1,2 - при полном нормативном значении 2,0 кПа и более.
4 — 7066
Коэффициент надежности от веса временных перегородок принимается как для постоянных нагрузок.
Снеговая нагрузка. Полное нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия S определяют по формуле:
S = Sop,
где 50 - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое в соответствии с табл. 12,
р - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на конкретное покрытие, принимаемый в соответствии с пп. 5.3-5.6.
Таблица 12. Нормативное значение веса снегового покрова
Снеговые районы принимаются по карте 1 Приложение 5 (2)	I	П	Ш	IV	V	VI
So КПа	0,5	0,7	1,0	1,5	2,0	2,5
Нормами рассматривается значительное количество очертаний покрытий - плоских, ломаных, криволинейных. При этом учитываются углы наклона, геометрические параметры покрытия, наличие фонарей и других надстроек.
Нормативные схемы снеговой нагрузки для двускатных покрытий предусматривают неравномерную нагрузку по скатам, т.к. при ориентации здания по скатам “юг-север” на северной стороне в наиболее опасный период, февраль-март, имеет место значительное снегоотложение по сравнению с южной стороной.
Коэффициент надежности по снеговой нагрузке для тяжелых покрытий принимается равным 1,4. При расчете несущих конструкций из легких материалов, к которым относятся деревянные конструкции необходимо учитывать отношение нормативного значения равномерно распределенной нагрузки от веса покрытия к нормативному значению веса снегового покрова So. Если это отношение менее 0,8, то коэффициент надежности f следует принимать равным 1,6.
Ветровая нагрузка. Ветровая нагрузка на здание рассматривается как совокупность нормального давления на внешнюю поверхность здания и нормального давления, приложенного к внутренним поверхностям здания с проницаемыми ограждениями, с открывающимися или постоянно открытыми проемами.
Нормативное значение ветровой нагрузки определяется по формуле:
где Жо - нормативное давление ветра принимается в зависимости от ветрового района страны по табл. 13; к - коэффициент, учитывающий измене-98
Таблица 13. Нормативные значения ветрового давления
карта 3 обяз.прил.5 (2)	1а	I	П	Ш	IV	V	VI	VII
Ио, кПа	0,17	0,23	0,3	0,38	0,48	0,6	0,73	0,85
ние ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности по табл. 6 (2); с - аэродинамический коэффициент внешнего и внутреннего давления, принимается по обязательному приложению 4 (2).
Коэффициенты С имеют знак “+” и . Знак “+” соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность профиля здания, где стрелкой указывается направление ветра. Такое давление называется активным давлением. Знак соответствует направлению давления ветра от поверхности и называется отсосом.
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке принимается равным 1,4.
На ветровую нагрузку в основном рассчитываются стеновые ограждающие конструкции и их крепления, колонны, а также высокие стрельчатые арки и рамы. Несущие конструкции покрытия по колоннам, пологие арочные конструкции чаще всего на фетровые нагрузки не рассчитываются, так как аэродинамический коэффициент в основном имеет знак и нагрузка действует в обратном направлении относительно постоянной и кратковременной нагрузкам, разгружая конструкцию в момент ветра. В этом случае при легких кровельных покрытиях неотапливаемых зданий и навесов необходимо производить расчет креплений конструкций ограждения и, в исключительных случаях, и несущих конструкций.
Гололедные нагрузки учитывают при проецировании деревянных опор воздушных линий электропередач, антенно-мачтовых устройств и подобных сооружений.
Монтажные нагрузки для большинства сооружений определяются на стадии разработки проекта производства работ и учитываются при разработке рабочих чертежей несущих конструкций. При расчете элементов ограждающих конструкций (прогоны, обрешетка и т.д.) необходимо учитывать монтажные нагрузки от рабочих с грузом, рассматривая ее как сосредоточенную силу равную 120 кг в местах с максимальным изгибающим моментом от постоянной нагрузки.
Сочетание нагрузок. Расчет деревянных конструкций выполняется с учетом наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок. Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок.
При учете сочетаний, включающих постоянную и не менее двух временных (например, снег и ветер), расчетные значения временных нагрузок умножаются на коэффициент сочетания равный 0,9.
Глава 8. Ограждающие конструкции
Ограждение конструкции с применением древесины по расходу материала значительно превосходит количество материала, используемого для изготовления несущих конструкций, что сказывается на стоимости строительства.
Ограждающие конструкции в зависимости от эксплуатационных требований к зданиям и сооружениям устраиваются в виде деревянных двойных настилов, однослойных настилов из светопрозрачных стеклопластиков и панелей заводского изготовления.
В полносборных зданиях из конструкций индустриального изготовления применяют панели. В зданиях небольших пролетов и, как правило, построечного изготовления, а также в малоэтажном домостроении применяются настилы или обрешетка.
Основные типы ограждающих деревянных конструкций, применяемые в настоящее время, и их характеристики приведены в табл. 14.
8.1. Деревянные и светопрозрачные настилы. Прогоны
В покрытиях неотапливаемых зданий и навесов функции ограждения выполняют деревянные настилы. Кроме этого, настилы наряду с прогонами обеспечивают продольную устойчивость каркаса и воспринимают горизонтальные нагрузки.
Деревянные настилы применяются при устройстве мягких кровель и состоят из двух слоев. Верхний ряд двойного настила является сплошным и укладывается из обрезных досок. Нижний ряд в целях вентиляции устра-иваится разряженным и может выполняться из необрезных досок. Жесткий диск из перекрестных досок обеспечивает закрепление несущих деревянных конструкций из их плоскости. В этом случае можно обходиться без устройства горизонтальных связей по верхнему поясу строительных конструкций.
При высоких требованиях по подготовке основания для отдельных видов кровли (медь, кровельная плитка «Катепал» и др.) в качестве верхнего слоя используется водостойкая фанера.
Жесткость покрытий с однослойным настилом обеспечивается наличием диагональных элементов в виде раскосов, выполняющих роль горизонтальных связей. Для кровли из листовых или профилированных материалов устраивают обрешетку из доски или брусков, сечение и расстояние между которыми определяется кровельным материалом.
Конструирование элементов покрытий неотапливаемых зданий начинается с определения сечения и шага прогонов. Для этого предварительно вычисляется длина ската кровли с учетом карниза, предохраняющего стены от увлажнения.
Для уменьшения прогиба доски настила опираются не менее, чем на три прогона. Крепление досок настила к прогонам или несущим конструкциям 100


осуществляется двумя гвоздями в каждом пересечении. Гвозди разносятся между собой на максимальное расстояние. В связи с этим предпочтительней является большая ширина досок настила или обрешетки.
Расчет настилов, работающих на поперечный изгиб, производится по схеме двухпролетной балки при двух сочетаниях нагрузок (рис. 8.1):
Рис. 8.1. Расчетные схемы дощатых настилов: а - при первом сочетании нагрузок (постоянная и временная снеговая); б - при втором сочетании нагрузок (постоянная и сосредоточенная в одном пролете от веса монтажника).
а) на прочность и прогиб от собственного веса и силовой нагрузки. Максимальное значение изгибающего момента имеет место в сечении под промежуточной опорой
'Wmax = ~
Прогиб определяется от действия нормативных значений этих нагрузок 2,13?"Г Г I '
' ~ 384Е7 L150.
б) только на прочность при действии собственного веса настила и сосредоточенной монтажной нагрузки в одном пролете Р = 1,2 кН. Максимальный момент находится под сосредоточенным грузом, расположенным на расстоянии от левой опоры х = 0,432 I, и равен
Ч„ах = 0,07^2 +0,207^о>
где q - собственный вес покрытия.
При двойном перекрестном настиле рассчитывается на изгиб только рабочий (нижний) настил, при значительных уклонах ската только от нормальных составляющих нагрузок, поскольку скатные составляющие воспринимаются защитным настилом. Расчетная ширина рабочего настила при расчете на сосредоточенную нагрузку принимается равной 50 см с учетом всех входящих в нее досок.
Для элементов настила и обрешетки принимается древесина 3 сорта, для которой в этом случае можно принять расчетное сопротивление изгибу Яи = 13 МПа. При расчете по второму сочетаний нагрузок расчетное сопротивление умножается на коэффициент условий работы тн= 1,2, учитывающий кратковременность воздействия монтажной нагрузки,
Ли =13-1,2=15,6 МПа
Применение светопрозрачных отражающих материалов помимо экономической целесообразности, в части экономии электроэнергии, оказывает благоприятное воздействие на физическое и психологическое состояние людей.
Легкий вес стеклопластиков, возможность пропускать ультрофиолето-вое излучение, гладкая поверхность и теплопоглощение солнечного излучения, способствующее снижению снегоотложения, позволяет использовать их в качестве элементов ограждения в покрытиях неотапливаемых зданий и навесов различного назначения с каркасом из легких металлических и деревянных конструкций.
Чаще всего находят применение волнистые полиэфирные стеклопластики. Отдельные типоразмеры волнистых листов соответствуют асбестоцементному волнистому листу. Эти типоразмеры позволяют при необходимости сочетать в одном покрытии светопрозрачные листы из стеклопластика с более эффективными по несущей способности профилями волнистых листов асбестоцемента. Волнистые листы из стеклопластика ввиду небольшой толщины (1,5-2,5 мм) и относительно небольшого модуля упругости менее жестки, и поэтому к креплениям их предъявляют повышенные требования, связанные с необходимостью обеспечения герметичности стыков.
Шаг расстановки крепежных элементов для листов с крупными волнами принят кратным двум шагам волн, для мелко волнистых листов крепления ставят на каждой третьей волне. С целью повышения гидроизоляции детали крепления (саморезы, шурупы) выносятся на гребни. Для уменьшения податливости волн на опоре и улучшения герметичности стыков между соседними листами в местах расположения креплений устанавливают деревянные подкладки, препятствующие деформации волн. Во избежание температурных деформаций стеклопластика отверстия под болты рекомендуется делать на 1 - 2 мм больше диаметра самореза. Эти отверстия должны обязательно высверливаться.
Вдоль ската крыши устанавливают стыки с напуском вышележащего листа на 150 - 200 мм, а стеновых ограждениях принимается 100 мм.
В последнее время в качестве светопрозрачного ограждения используется сотовый поликарбонат. Этот светопластик нашел широкое применение при возведении светоаэроционных и зенитных фонарей, кровельного покрытия арочных зданий и навесов. Поликарбонат был использован при строительстве навеса над трибунами БСА стадиона им. Ленина в Лужниках (г. Москва) и других объектах.
При монтаже панелей сотового поликарбоната необходимо учитывать температурные деформации, которые составляют 4 мм на 1 метр. В св^зи с этим при креплении к каркасу саморезами с резиновыми шайбами, отверстие в панелях высверливается диаметром больше диаметра крепежа. При значительных поверхностях соединение панелей осуществляется с использованием поликарбонатных или аллюминиевых профилей (раскладок) с резиновыми уплотнителями. Конструкция профилей предусматривает свободную деформацию панелей поскольку к несущему каркасу крепится сам профиль.
При вертикальной и скатной ориентации панелей, во избежание образования внутри конденсата и образования пыли, верхний торец панели герметизируется самоклеющейся сплошной аллюминиевой лентой и торцевым поликарбонатным П-образным профилем. В нижнем торце, для обеспечения стока конденсата, герметизация обеспечивается перфорированной аллюминиевой лентой.
Прогоны
Прогоны покрытий неотапливаемых зданий в основном проектируются по разрезной и неразрезной схемам. В отдельных случаях используется консольно-блочная схема.
Разрезные прогоны выполняются из брусьев, стыкуемых на опорах. Они просты в изготовлении и монтаже, но расход лесоматериала на них больше, чем для других типов прогонов. С экономической точки зрения выгоднее использование неразрезных прогонов, т.к. в них значение максимального изгибающего момента, за исключением двухпролетного прогона, меньше, чем для прогонов, работающих по схеме однопролетной балки. Кроме этого, значительно уменьшаются прогибы.
Обратимся к рассмотрению особенностей неразрезных прогонов. Эпюра моментов неразрезных прогонов имеет нулевые точки, т.е. места, значение изгибающего момента в которых равно нулю. В этих местах устраиваются стыки. Расположение стыков может быть осуществлено их встречным расположением или последовательным расположением. Вторая схема для одинарных прогонов не рекомендуется, т.к. в случае разрушения одного из пролетов система полностью или в значительной части разрушается.
Консольно-балочные прогоны
Прогоны этого типа в зависимости от расположения шарниров имеют два решения: равномоментное и равнопрогибное. При расположении стыков на расстоянии (х = 0,15 Г) от опор получается равномоментное решение прогонов (рис. 8.2, в). В равнопрогибном решении многопролетного прогона стыки располагаются на расстоянии (х = 0,21 /) от опоры (рис. 8.2, г).
Конструкция стыка консольно-балочного прогона осуществляется косым прирубом.
Рис. 8.2. Схемы и конструкции прогонов покрытий: а - разрезной прогон; б - консольно-балочный прогон; в - эпюра моментов равномоментной схемы консольно-балочного прогона; г - эпюра моментов равнопрогибной схемы консольно-балочного прогона; 1 - несущая конструкция. 2 - прогоны; 3 - упорные кобылки; 4 - накладка на стыке прогонов; 5 - противоскат-ная бобышка; 6 - гвозди; 7 - стальной стержень; 8 - болт.
Для предотвращения бокового смещения стыка предусматривается установка болта. Причем болты в стыках плотно не затягиваются, чтобы обеспечить податливость соединения консольной и подвесной частей прогона и снизить вероятность растрескивания.
При равнопрогибном решении (х = 0,21 Г) и при равных пролетах по всей длине прогона максимальный изгибающий момент равен
may — |2
В этом случае за расчетный момент пришлось бы принимать значение этого момента, хотя максимальный момент имеет место только в крайнем прогоне и на второй опоре. Поэтому рекомендуется крайний пролет уменьшать с тем, чтобы выравнивать опорные моменты.
Для предотвращения непосредственного воздействия атмосферных осадков на торцевые стены предусматривается свес кровли. В зависимости от шага несущих конструкций или пролета прогонов консоли свесы имеют длину 4= 0,15 - 0,25 I. В этом случае выравнивание моментов в первом и последнем пролетах достигается посредством уменьшения этих пролетов до (0,89-0,92) I.
Тогда все опорные моменты будут равны
Л/оп = °"	12 ,
а пролетные
А/ = — пр 24
При равномоментном решении (х = 0,15 Г) по тем же соображениям крайний пролет следует принимать равным ZKp = (0,92-0,95) /.
Консольно-балочные прогоны следует применять в пролетах, не превышающих 4,5 м. Такое требование вытекает из-за ограниченности лесоматериала по длине, равной 6,5 м.
Спаренные неразрезные прогоны
Такие прогоны проектируются по равнопрогибной схеме из двух рядов досок, сплачиваемых на гвоздях (рис.8.3). Каждый ряд досок выполнен по схеме консольно-балочного прогона с последовательным расположением стыков.
Стыки досок устраиваются вразбежку на расстояниях от опор х = 0,21 /, причем стыки досок одного слоя перекрываются досками смежного слоя. Стыки досок решаются без косого прируба простым креплением досок гвоздями, чем обеспечивается достаточная связь.
Спаренные неразрезные прогоны являются наиболее простым и надежным решением дощатых прогонов кровли. В случае уменьшения снеговой
нагрузки в смежных пролетах расчетный опорный момент Моа уменьшается, соответственное увеличение пролетного момента Л/пр существенного значения не будет иметь, т.к. пролетное сечение работает с двойным запасом прочности.
Расчет консольно-балочных и неразрезных прогонов производится
Рис. 8.3. Схема неразрезного спаренного прогона: а - неразрезной спаренный прогон; б - эпюра моментов равнопрогибной схемы; в - схема стыка досок прогона; 1 - несущая конструкция; 2 - прогоны; 3 - упорные кобылки; 4 - противоскатные бобышки; 5 - гвозди.
в предположении равномерно распределенной нагрузки на всех пролетах.
Расчетные изгибающие моменты и прогибы определяются по следующим формулам. Для равномоментных прогонов при х=0,15/;
Для равнопрогибных прогонов при х=0,21/;
м
расч 12	384Е/ .
Расчет прогонов прямоугольного сечения производится по формулам для косого изгиба.
Гвоздевые соединения стыков спаренных прогонов рассчитываются на восприятие поперечной силы:
2 = —, 2хгв
где хгв - расстояние от опоры до центра «куста» гвоздей.
Необходимое количество гвоздей с каждой стороны стыка определяется по формуле:
1 min
где rmjn - минимальное значение несущей способности гвоздя односрезного нессимметричного соединения по табл. 17 (1).
8.2. Сборные ограждающие конструкции с ребрами из древесины
Асбестоцементные плиты покрытий встречаются в основном двух типов: только с нижней плоской обшивкой, с нижней и верхней обшивками. Панели первого типа предназначены для производственных зданий с кровлей из волнистых асбестоцементных листов, а панели второго типа - для зданий с рулонной кровлей.
Выпускаемые в настоящее время панели размером 1,5x3 м предназначены для шага конструкций 3 м. К ним относятся панели покрытий АКД (рис. 8.4). Эти панели имеют размеры в плане 1,5x3 м и высоту 140-190 мм, принимаемую в зависимости от снеговой нагрузки. Деревянный каркас панели состоит из трех продольных ребер, изготавливаемых из пиломатериалов хвойных пород 2 сорта.
Рис. 8.4. Асбестоцементная панель покрытия АКД с деревянным каркасом под асбестоце-тентную кровлю: 1 - плоский асбестоцементный лист; 2 - деревянные бруски каркаса;
3 - доска; 4 - утеплитель (по слою пароизоляции); 5 - гвозди.
Известен вариант решения панелей покрытия ПАД, предназначенный для зданий с кровлей из асбестоцементных листов унифицированного профиля (УВ-7,5) при уклоне 1:4. Размеры панели в плане 3x1,5 м, высота 140-190 мм. Каркас изготовляется из досок, соединяемых с помощью сквозного шипа и клея. Обшивка из плоских асбестоцементных листов.
По сравнению с панелями АКД сечение среднего продольного ребра уменьшено по высоте до 70 мм, поэтому не воспринимает нагрузки от снега и кровли.
В этих плитах покрытия нижняя обшивка выполняется из плоских асбестоцементных листов. Крепление обшивки осуществляется с помощью шурупов. Шурупы устанавливаются в отверстия, предварительно рассверленные в листах обшивки, диаметром большим на 1 мм диаметра шурупа. Это рекомендуется с целью предупреждения растрескивания асбестоцементного листа от различного вида деформаций во время эксплуатации. Асбестоцементные листы рекомендуется крепить к каркасу шероховатой стороной.
В качестве утеплителя в панелях используются трудносгораемые минераловатные плиты, обладающие малой теплопроводностью, а также пенопласты ФРП-1, ПСБ и др.
Расчет асбестоцементных панелей на деревянном каркасе производится из условия, что внешние нагрузки воспринимаются деревянными ребрами НО
каркаса, а обшивка из плоских асбестоцементных листов в совместной работе с каркасом не участвует. Обшивка однако воспринимает местные нагрузки от кровли, снега, массы монтажника, что регламентируется толщиной материала и шагом деревянных ребер. При расчете принимается во внимание то, что скатная составляющая внешней нагрузки, действующая в плоскости покрытия, воспринимается обшивкой и, потому деревянные ребра каркаса не рассчитываются на косой изгиб. Конструкции стеновых панелей отличаются от плит покрытия практически только сечением ребер и дополнительными элементами из досок между ребрами каркаса.
Плиты с фанерными обшивками
Предназначены для устройства совмещенных покрытий утепленных производственных зданий с рулонной кровлей (рис. 8.5). Поскольку температурно-влажностные деформации древесины и фанеры близки между собой, соединение ребер каркаса с обшивками осуществляется на клею. В результате получается монолитное коробчатое сечение, в работу которого включаются и обшивки. В результате этого, используя для ребер пиломатериал недефицитного сечения, пролет плит можно увеличить до 6 м, а применяя клееную древесину или двутавровые балки с фанерной стенкой, мож-
1-1
2-2
Рис. 8.5. Клеефанерная панель покрытия: 1 - верхняя обшивка; 2 - нижняя обшивка; 3 - продольные ребра; 4 - поперечные ребра; 5 - соединительные бруски; 6 - утеплитель;
7 - пароизоляция.
но получить пролет 9 метров.
Ширина панелей определяется по конструктивным требованиям с учетом стандартных размеров используемого материала обшивок и принимается обычно 1,5 м. Однако в отдельных случаях доборные панели шириной 0,8 или 1,2 м, укладываемые в коньковой или карнизной части покрытия. Причем в целях унификации допускается одновременное использование не более двух типоразмеров панелей в одном здании.
Длина панелей зависит от шага несущих конструкций и принимается обычно 4,5; 6,0 м. Возможно использование 6 метровых панелей в зданиях с шагом несущих конструкций 3 м. Высота клеефанерных панелей определяется из условия прочности, жесткости и теплотехнического расчета и находится в пределах 1/30 - 1/35 пролета панели.
Обшивки плит покрытий отапливаемых зданий рекомендуется принимать из водостойкой фанеры марки ФСФ сорта В/ВВ или бакелизированной фанеры марки ФБС толщиной не менее 6 мм . Для лучшего использования прочностных характеристик обшивок и снижения внутренних напряжений в клеевом слое волокна наружных слоев шпона фанеры ориентируются вдоль панели. Фанерные листы по длине стыкуются “на ус”, длина стыка не менее 10 толщин.
Каркас панелей изготавливается из антисептированных пиломатериалов древесины сосны 2 сорта с влажностью не более 12%. Каркас состоит из продольных ребер, размещаемых с шагом не более 500 мм, торцовых ребер и поперечных ребер, располагаемых в местах стыка фанерных обшивок.
Исходя из условий противопожарной безопасности, в качестве утеплителя рекомендуется использование жестких минераловатных плит на фенольном связующем, плотностью 100 - 150 кг/м3. Под утеплитель укладывается слой пароизоляции из полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм. Вентиляция утеплителя осуществляется вдоль плит, для чего между утеплителем и верхней обшивкой предусматривается зазор не менее 5 см.
Стыки плит покрытий и панелей стен должны обладать требуемыми технологическими, паро- и гидроизоляционными свойствами. Крепление плит покрытий к несущим конструкциям производится посредством болтов, шурупов, винтов с применением крепежных деталей в виде металлических деталей (рис. 8.6). Крепление должно обеспечивать свободу температурновлажностных деформаций панелей и перемещение от нагрузок, а также компенсировать неточности их изготовления. Между тем крепление плит должно быть достаточно жестким для создания сплошного закрепления несущих конструкций из плоскости изгиба. Крепление смежных плит между собой осуществляется посредством соединительных брусков, прибиваемых к крайним ребрам панелей (рис. 8.6, б).
При строительстве отапливаемых зданий наиболее сложной задачей является устройство сопряжения панелей в карнизном, коньковом и других узлах, где возможно промерзание и конденсационное увлажнение древесины. 112
Рис. 8.6. Узлы крепления панелей покрытия: а - к элементам несущих конструкций здания; б - между собой вдоль здания; 1 - несущая конструкция; 2 - панели; 3 - продольные ребра;
4 - утеплитель; 5 - крепежные детали; б - штыри; 7 - уголки; 8 - бруски; 9 - болты; 10 - шурупы; 11 - гвозди; 12 - утеплитель стыка; 13 - трехсолойный рубероидный ковер; 14 - герметик.
Это соединение вертикальных стеновых панелей с панелями покрытий, опирание панелей стен на конструкции цокольной части. Указанные места являются наиболее уязвимыми в части загнивания древесины, что требует тщательного подхода к решению этих узлов. Решение узла плит покрытия с вертикальными стеновыми панелями представлено на рис. 8.7, а. Конструктивные особенности опорных узлов ферм, в которых использованы металлические детали, не всегда позволяют достичь необходимого вылета карниза при опирании панелей только на несущие конструкции. Поэтому длина ската кровли увеличивается за счет кобылок в виде двусторонних консольных досок, которые крепятся гвоздями или болтами к верхнему поясу ферм. Устойчивость кобылок в плоскости рамы обеспечивается с помощью вертикальных подпорных досок, крепящихся к поперечным брускам стоек. Вдоль стыка стеновых и кровельных панелей с внутренней стороны здания прибиваются доски шириной на 20-40 мм больше высоты зазора для предотвращения нарушения теплоизоляции стыка в случае возможной усадки стеновых панелей. Проникновение влаги в стык предупреждается герметизацией зазоров эластичными герметиками и мастиками. Утепление места стыка производится преимущественно минеральной ватой. С наружной стороны здания стык изолируется герметиком и деревянным бруском.
Сопряжение панелей в коньковом узле для всех рассматриваемых деревянных конструкций аналогично (рис. 8.7, б). Зазор между панелями закрывается доской, прикрепленной горизонтально к коньку несущих конструкций. После герметизации стыка производится укладка утеплителя из минеральной ваты. Гидроизоляция стыка обеспечивается коньковым профилем из оцинкованной стали.
Рис. 8.7. Конструкции стыка панелей покрытия: а — со стеновыми панелями; б — в коньковом узле; 1- несущая конструкция; 2- кобылки из досок;
3 - подпорки из досок; 4 - панели; 5 - предохранительные доски; 6 - утеплитель стыка; 7 - герметик; 8 - черепной брусок; 9 - коньковый профиль из оцинкованной стали; 10 - фартук из оцинкованной стали.
Рис. 8.8. Конструкции стыка панелей покрытия со стеновыми панелями в карнизных узлах а - гнутоклееных рам; б - рам из прямолинейных элементов; 1 - дощатоклееная рама; 2 - панели покрытия; 3 - стеновые панели; 4 - тройной рубероидный ковер; 5 - утеплитель стыка; 6 - черепной брусок; 7 - кобылки; 8 - подпорки из досок; 9 - накладки; 10 - распорки; 11 - элементы связей; 12 - скатные связи из брусьев; 13 — герметик.

щие конструкции; 2 - железобетонные фундаменты; 3 - цокольная плита; 4 - стальные башмаки; э - панели ограждения; о - утеплитель 7 - бобышки; 8 - брусок; 9 - трехслойный рубероидный ковер; 10 - гидроизоляция; 11 - герметик; 12 - предохранительная доска.
В гнутоклееных рамах кобылки и подпорные доски располагаются в одной плоскости (рис. 8.8, а). Соединение их между собой осуществляется посредством деревянных накладок на гвоздях. В рамах с прямолинейными элементами целостность утеплителя стыка с внутренней стороны здания обеспечивается монтажными распорками (рис. 8.8, б).
Устройство необходимого карниза в опорных узлах арок, опирающихся непосредственно на фундаменты, несколько отличается в силу отсутствия стеновых панелей. При опорном угле меньше 75° нижние панели опираются на консольные кобылки и цокольные конструкции (рис. 8.9, а). Герметизация и утепление стыка производится также, как в сопряжениях стеновых и кровельных панелей, рассмотренных выше.
При опирании стеновых панелей на кирпичный или керамзитобетонный цоколь дополнительно предусматривается гидроизоляция из двух слоев рубероида, укладываемая по цоколю (рис. 8.9, б). Непосредственный контакт древесины с неорганическими материалами недопустим из-за значительной разности их теплотехнических характеристик и высокой гигроскопичности, в результате чего возможно увлажнение древесины панелей.
Основные положения расчета клеефанерных плит покрытия
Клеефанерные плиты рассчитываются по схеме однопролетной свободно опертой балки на нормальные составляющие постоянных и временных нагрузок, отнесенных к их полной ширине. Даже при значительных уклонах ската, расчет на скатную составляющую можно не производить, т.к. ширина коробчатого сечения плиты на порядок больше толщины. Расчетный пролет панелей определяется в зависимости от расстояния между несущими конструкциями.
Фанерные обшивки и продольные ребра каркаса работают на изгиб совместно, благодаря жесткости клеевых соединений. Поперечное коробчатое сечение панелей, состоящее из древесины и фанеры, модули упругости которых отличаются, рассчитывается по приведенному сечению (рис. 8.10, а).
Площадь и момент инерции сечения, приведенного к фанере, определяются по формуле
F	Е
F =F+F—- Лп=Л+Л~> пр Гф + Г8 р ’ ”Р * s г
Ф
где F$, £ф - площадь, момент инерции и модуль упругости фанеры на сжатие или растяжение; Fg, Jg, Eg - то же, для древесины продольных ребер.
При определении приведенных геометрических характеристик сечения расчетная ширина фанерных обшивок принимается равной 6расч = 0,9 Ь, при
1>6а и Ьрзсч = 0,15 — b , при I > 6а , что объясняется неравномерностью нормальных напряжений в обшивках между ребрами.
Проверка прочности растянутой нижней обшивки производится по формуле:
8 _ м ^ф,™ф ₽ ’
где М - (qP / 8) - расчетный изгибающий момент от действия постоянной и снеговой нагрузок;
W'np.H = Лр/Jo' приведенный момент сопротивления нижней обшивки;
7?ф р - расчетное сопротивление фанеры растяжению;
тф - коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротивления в стыках фанерных обшивок, принимаемый равным при “усовом” соединении или с двусторонними накладками; m^ = 0,6 для фанеры обычной и m^ = 0,8 для фанеры бакелизированной. При отсутствии стыков = 1;
уп - коэффициент надежности по назначению здания.
У о ~ *$пр / Л1р" расстояние от нижней грани панели до центра тяжести сечения.
Устойчивость верхней сжатой обшивки проверяется по формуле:
S м <Аф с
^Р..Рф ~ Гп ’
где W =—— - приведенный момент сопротивления верхней об-h~y<,
шивки;
Аф с - расчетное сопротивление фанеры сжатию;
Коэффициент продольного изгиба фанеры:
(а )2 ао m = 1-------_ при ——
ф	5000	5Ф.в
=	1250	а° > so
при <548 ~
где ао - расстояние между ребрами в свету.
Количество продольных ребер определяется преимущественно по условию расчета на изгиб поперек волокон наружных шпонов верхней фанерной обшивки при действии сосредоточенной расчетной нагрузки 1 кН с коэффициентом надежности по нагрузке yf =1,2. При этом считается, что действие сосредоточенной нагрузки распределяется на участке 100 см. В качестве расчетной схемы принимается балка с обоими защемленными концами (рис. 8.10, б). В этом случае максимальный изгибающий момент
^тах — Ра /
Рис. 8.10. К расчету клеефанерных панелей.
Проверка на местный изгиб от действия сосредоточенной нагрузки производится по формуле
М _ ... - -^ф.и.90 т« ’ О
где W =-----— - момент сопротивления расчетной полосы;
6
Лфиад - расчетное сопротивление фанеры изгибу поперек волокон наружных слоев по табл. 10 СНиП П-25-80;
та - коэффициент условий работы, учитывающий расчет на монтажную нагрузку.
При определении касательных напряжений поперечное сечение панели
рассматривается условно двутавровым. Проверка на скалывание, согласно эпюре касательных напряжений, производится по клеевому шву в месте примыкания фанерных обшивок к ребрам и нейтральной оси сечения, где касательные напряжения достигают максимума.
Предварительно определяются статический момент верхней обшивки относительно нейтральной оси сечения
<5.
и статический момент половины сечения, расположенной выше нейтральной оси относительно центра тяжести панели,
=5,	(^-л-^ф..) Et
лр2 пр,	2	2	Е.
ф .
Касательные напряжения в местах соединения фанеры к ребрам определяются по формуле:
т - QS^ Лф
Лр^йр у„
где Q - ql / 2 - расчетная поперечная сила;
7?ф ск - расчетное сопротивление скалыванию в плоскости листа клеевых швов между шпонами фанеры по табл. 10(1).
Максимальные касательные напряжения по сечению ребер определяются по формуле
_ - QS^- <R-
L max r v"' г
Yn
где RCK - расчетное сопротивление скалыванию цельной древесины по табл. 3 п. 5а (1).
Прогиб панели от нормативной нагрузки определяется по формуле:
5q“l4 I
384Еф/ф0,7 [_200
где 0,7 - коэффициент ползучести, полученный на основании исследований И.М. Линькова.
8.3. Ограждающие конструкции с применением пенопластов
Основными типами слоистых ограждающих конструкций с листовыми обшивками из тонколистового профилированного металла или неметаллических листовых материалов (фанера, асбестоцементные листы, ЦСП) и утеплителя из пенопластов на основе заливочных композиций и плитных утеплителей являются трёх - и двухслойные панели. Трёхслойные панели. В массовом строительстве в основном применяются трёхслойные панели, со-120

стоящие из двух металлических наружных слоёв (обшивок) и размещённого между ними утеплителя. Панели выпускают двух видов: каркасные с двумя обшивками, между которыми расположены как заливочный, так и плитный утеплитель, и бескаркасные "сэндвич", в качестве утеплителя которых применяются только пенопласты, которые вспениваются непосредственно в полости при изготовлении или склеиваются с обшивками.
Каркасные панели, в отличие от панелей "сэндвич", имеют обрамляющий каркас из конструкционного стеклопластика или из бакелизирован-ной фанеры с аллюминиевыми уголками, к которым закрепляются обшивки. Аллюминиевые уголки закрепляются к рёбрам и обшивкам на заклёпочных соединениях. При значительной ширине панелей могут устанавливаться дополнительные внутренние рёбра по длине плит.
Однако наиболее широко применяются панели "сэндвич" в силу технологичности их изготовления, связанной с отсутствием каркаса, возможностью производства их на высокопроизводительных технологических линиях непрерывного действия производительностью до миллиона квадратных метров в год.
Для наружных обшивок этих панелей применяют профилированные листы из оцинкованной стали с защитно-декоративными полимерными покрытиями или аллюминиевые сплавы. Толщина оцинкованных стальных листов должна быть не менее 0,6 мм, а листов из. аллюминиевых сплавов марок АМг2 и АМг2М - не менее 0,8 мм. В целях повышения устойчивости сжатой обшивки, а также сцепления с пенопластом листы гофрируют. Форма и параметры гофра могут быть различны и назначаются из условия несущей способности панелей. Для панелей покрытия, которые часто называют кровельными панелями, высота крайних гофров верхней обшивки больше, чем у промежуточных, что обьясняется требованием к надёжности стыковых соединений панелей между собой по водонепроницаемости и теплотехническим свойствам. Для стеновых панелей параметры гофра для обеих обшивок одинаковые.
В качестве заливочных утеплителей применяются полиуретановые формальдегидные пенопласты, которые получают из жидкой полимерной композиции при её вспенивании и отверждении в полости панели с одновременным приформованием к внутренним поверхностям листов обшивок. Применяемые адгезионные покрытия, грунтовки и клей должны обеспечивать надёжность соединения утеплителя и обшивки при работе панелей под расчётной нагрузкой в диапазоне температур от -65 до 75®С, а также быть устойчивыми к возможному воздествию влаги при хранении, транспортировке и эксплуатации панелей. Вид грунтовки и клея принимается в зависимости от марки пенопласта и материала обшивок. Они наносятся на предварительно очищенные и обезжиренные поверхности листов обшивок на специальном технологическом оборудовании, входящем в состав технологических линий по производству панелей.
Панели "сэндвич" рассчитывают на невыгодное сочетание нагрузок и температурных воздействий в предпосылке, что нормальные усилия воспринимаются обшивками, а сдвигающие усилия - пенопластом.
Разрушение по зоне адгезии "металл - пенопласт" не допускается. Толщина слоя и плотность пенопласта назначается, исходя из теплотехнических требований, условий прочности и деформативности панелей.
Особенность расчёта трёхслойных панелей связана с тем, что в виду наличия в качестве среднего слоя пенопласта, обладающего податливостю при сдвиге, деформации изгиба сопровождаются взаимным смещением обшивок, т.е оказывается неприменимой теория плоских сечений.
Кроме того, значительное влияние на прочность, и особенно на деформативность (прогибы), оказывает ползучесть пенопласта во времени, что, в частности, при расчёте учитывается величинами длительных модулей сдвига модулей упругости и длительных расчётных характеристик пенопластов.
Многолетние теоретические и экспериментальные исследования, проводимые в ЦНИИСК им. Кучеренко, ЦНИИпромзданий и НИИстрой-физики позволили создать таблицы несущей способности панелей "сэндвич" в зависимости от пролёта и перепада температур между наружной и внутренней обшивками.
Толщина панели, мм	пролет, м	Допустимая нагрузка при перепаде температур, градус С						
		20	30	40	50	60	70	80
		Однопролетные						
50	2,4	125	110	55				
	3,0	75	35					
	3,6	35						
	2,4	200	200	200	200	150	75	
80	3,0	160	160	135	75			
	3,6	133	100	60				
		Двухпролетные						
	2,4	105	68	55	43	30	19	
5	3,0	83	55	47	37	30	18	
50	3,6	68	49	43	36	28		
	2,4	170	115	95	75	54	40	
80	3,0	133	93	79	65	51	37	
	3,6	110	80	70	60	50	34	
		Трехпролетные						
	2,4	85	74	63	51	40	31	
50	3,0	70	62	54	46	39	31	
	3,6	60	54	48	43	37	31	
	2,4	142	125	108	90	75	58	40
80	3,0	133	102	90	79	67	55	43
	3,6	95	86	78	70	60	53	45
Для панелей со средним слоем из пенополиуретана ППУ-308Н и обшивками из сплава АМг2М толщ. 1 мм и высотой гофра 5-10 мм допустимая нагрузка кг.м2 для различных схем опирания приводится в табл.
Стыки панелей покрытия организованы таким образом, что ширина верхней обшивки на один гофр больше ширины панели, и он при монтаже перекрывает гофр смежной панели. Стыки стеновых панелей в основном организованы в "шпунт" таким образом, что одна кромка панелей образует "паз", а другая кромка образует "гребень". Крепление панелей к каркасу осуществляется на болтах или на самонарезающихся винтах через всю толщину панелей в местах соединения. В угловых зонах стыки перекрываются погонажными профильными элементами, которые крепятся к наружным обшивкам панелей на самонарезающих винтах.
Изготовление трёхслойных панелей "сэндвич" с заливочными композициями осуществляется по стендовой или непрерывной технологии.
Изготовление по стендовой технологии осуществляется в следующей последовательности:
заранее заготовленные профилированные листы с адгезионным покрытием укладываются в многоэтажном прессе-конформаторе, при этом между листами обшивок устанавливаются фиксаторы - прокладки, определяющие толщину утеплителя. Затем происходит смыкание пресса;
через отверстия в торцевых стенках формы в полость между обшивками вводят шланги от смесителей композиции;
по шлангам заливочная композиция в течении 12-15 сек. подаётся в полость, при этом шланги постепенно извлекаются;
выдержка для вспенивания и отверждения в течении 30 мин; выгрузка готовых изделий из пресса.
Изготовление панелей по непрерывной технологии включает в себя прцесс размотки металла из рулона, профилирования, нанесения адгезионного покрытия.
Подготовленные листы подаются в камеру подогрева с температурой 30 - 40 градусов С, а затем проходят пост заливки полиуретановой композиции. Листы с композицией перемещаются внутри формирующегося устройства, где происходит вспенивание и отверждение композиции.
При выходе из формирующего устройства производится разрезка панелей на требуемую длину. Весь процесс осуществляется непрерывно в автоматическом режиме со скоростью перемещения не более 7 метров в минуту.
Глава 9. Плоскостные несущие деревянные конструкции индустриального изготовления и методы их расчета
9.1. Балки
Клееные деревянные балки
Простейшими видами конструкций являются балки. Наибольшее распространение получили клееные балки сплошного прямоугольного сечения. Это объясняется простотой их изготовления при высокой степени надежности и повышенной огнестойкостью.
Клееные балки выпускают, в основном, следующих видов: прямолинейные, односкатные, двускатные и гнутоклееные путем склеивания по пласти фрезерованных досок толщиной не более 42 мм. В основном, применяются доски толщиной 33-34 мм, т.к. доски большей толщиной требуют компенсационных прорезей, для уменьшения внутренних напряжений возникающих при усушке.
Клееные деревянные балки по сравнению с другими конструкциями являются материалоемкими конструкциями, особенно для пролетов 12 м и более. Так, балки пролетом 18 м по расходу древесины почти в 3 раза превосходят фермы, в 2 раза - треугольные арки с металлической затяжкой, но в то же время технологичны и не требуют расхода металла. Как показывает опыт проектирования, технико-экономические расчеты применения балок целесообразны в пролетах до 12 м.
Высота балок назначается в пределах h = (1/8 - 1/12) /, в зависимости от нагрузки. Ширина балок применяется по конструктивным и технологическим соображениям. В случае опирания на балки сборных плит покрытия ширина должна приниматься не менее 120 мм. Максимальная ширина сечения обычно принимается, исходя из ширины поставляемого пиломатериала.
На опорах древесина воспринимает опорную реакцию поперек волокон, поэтому балки больших пролетов имеют недостаточную несущую способность на смятие опорных участков. Наиболее простое решение по усилению опорных частей заключается в установке опорной детали на вклеенных стержнях. В этом случае количество вклеенных стержней воспринимающих опорную реакцию легко определить расчетом на продавливание.
Для коротких и высоких балок, где касательные напряжения имеют высокие значения и высока вероятность разрушения балок от скалывания, длина вклеенных стержней должна быть не менее 75% от высоты балки на опорах. Таким образом, вклеенные стержни одновременно повышают прочность древесины на скалывание вдоль волокон при изгибе.
Расчет на прочность по нормальным и касательным напряжениям производят по формулам:
СТ = — < ^и'йбЯ7сл	Т =
/У u 6 “ ,	Jb « сл .
Ru - базовое расчетное сопротивление при изгибе принимается по табл. 3 (1).
тб - коэффициент для клееных элементов принимается по табл. 7(1).
тсл - коэффициент для клееных элементов принимается по табл. 8(1).
Rc - базовое расчетное сопротивление при скалывании принимается по табл. 3 п. 5, б.
Понижающий коэффициент т6 зависит от высоты поперечного сечения и объясняется тем, что расчетное сопротивление при растяжении ниже расчетного сопротивления при изгибе, а в высоких балках, в нижней зоне доски будут в большей мере подвергнуты растяжению, чем изгибу.
Коэффициент тсл зависит от толщины досок клееного пакета и объясняется большой вероятностью рассредоточения пороков древесины по мере уменьшения толщины досок.
Для односкатных и двускатных балок, при нагружении равномерно распределенной нагрузкой, расчетный изгибающий момент определяется в сечении, которое находится на расстоянии х от опоры (для односкатных балок, от опоры с меньшей высотой сечения) определяемое по формуле
где t - пролет балки; h - высота балки на опоре, но не менее 0,5Н; Н- высота балки в середине пролета (для двускатных), или высота балки на второй опоре (для односкатных).
Величина изгибающего момента в этом сечении определяется по формуле
Мх=^-х)|
Высота расчетного сечения балки определяется по формуле йх = h + ix
где i - уклон балки.
Для гнутоклееных балок с криволинейной нижней гранью (рис. 9.1) при нагрузке, приложенной по скатам, следует проверять радиальные растягивающие напряжения по формуле
(а +<т ЧА
где сг0 - нормальные напряжения в крайних растянутых волокнах;
<Tj - нормальное напряжение в волокне сечения, для которого определяются
радиальные растягивающие напряжения; /г, - расстояние между крайним и рассматриваемым волокнами; т( - радиус кривизны линии, проходящей через центр тяжести части эпюры нормальных растягивающих напряжений; Яр д - расчетное сопротивление древесины растяжению поперек волокон.
Рис. 9.1. Балка с криволинейной нижней гранью.
Балки прямоугольного сечения с постоянной высотой по длине пролета, необходимо проверять на устойчивость плоской формы деформирования по формуле
М
ср WR
гм бр
тб 'тсл
где (рм - коэффициент для балок шарнирно-закрепленных от смещения
из плоскости изгиба;
<р =140 — к. м lph ф .
/р - расстояние между опорами, а при закреплениями сжатой кромки прогонами, расстояние между этими точками; b - ширина сечения балки; h - максимальная высота сечения на участке /р;	- коэффициент, завися-
щий от формы эпюры изгибающих моментов на участке /р, принимаемый по табл. 2 прил. 4 (1).
Для односкатных и двускатных балок, а также для балок с подкрепленной растянутой кромкой (например, элементами подвесного потолка) коэффициент грм корректируется в соответствии с п. 4.14 (1).
Расчет по предельному состоянию второй группы предполагает производить оценку деформативности балок на нормативную нагрузку. Снеговая нагрузка принимается с пониженным нормативным значением (2).

Для высоких балок, где величина сдвигающих усилий значительна, а также для двускатных балок, имеющих переменный по длине момент инерции, в последней редакции СНиП П-25-80 проводится удобная для практического использования формула
где/0 - прогиб балки от изгибающего момента; h - наибольшая высота сечения; / - пролет балки; к - коэффициент, учитывающий изменение момента инерции по длине. Для балок постоянной высоты к = 1; с - коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига на прогиб.
Значение коэффициентов к и с для основных расчетных схем балок приведены в табл. 3 прил. 4(1). Для балок постоянной высоты при I / h> 20, где сдвигающие усилия невелики, прогиб можно оценить определением только величины^.
При проектировании балок чаще всего сечение балок определяется методом подбора сечений и проверки напряжений и прогибов. Имеется и более современный метод - метод оптимизации сечения, алгоритм которого достаточно прост.
Клеефанерные балки
Снижение материалоемкости клееных деревянных балок осуществляется путем замены клееной древесины в центральной части по высоте поперечного сечения на стенки из фанеры. Однако, снижение материалоемкости этих клеефанерных балок влечет за собой снижение их огнестойкости, в результате чего эта конструкция не нашла широкого распространения.
Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и клееных деревянных поясов. Поперечное сечение, как правило, двутавровое или коробчатое. Толщину фанерной стенки рекомендуется принимать не менее 8 мм. Высота балок назначается равной 1/8 - 1/12 I. Для обеспечения надежности, прочности клеевого шва фанеры и древесины от деформаций усушки и разбухания древесины, в ближайших к фанерной стенке досках поясов, при их ширине более 100 мм, предусматривается зазор 5 мм (рис. 9.2). Для лучшего использования несущей способности фанерной стенки, фанера ориентируется таким образом, чтобы волокна ее наружных шпонов были направлены вдоль оси балки. Это объясняется тем, что физико-механические характеристики фанеры вдоль волокон наружных слоев шпона выше, чем при поперечном направлении, а также исходя из условия снижения внутренних напряжений в клеевом слое от температурно-влажностных воздействий. Для получения требуемой длины, листы фанеры склеиваются между собой “на ус”. Для балок с плоской фанерной стенкой целесообразно в местах стыков фанеры устанавливать ребра жесткости.
Рис. 9.2. Поперечные сечения клеефанерных балок: А - клеефанерная балка с плоской стенкой, двутаврового и коробчатого сечения;
Б - клеефанерная балка с волнистой фанерой стенкой; В - конструкция поясов клеефанерных балок:
1 - дощатый пояс балки: 2 - фанерная стенка; 3 - ребра жесткости;
4 - зазор
Применение листового материала в качестве стенок балок требует решения вопроса по обеспечению несущей способности конструкции от возможной потери устойчивости стенки. Обеспечение прочности от местной поте
ри устойчивости на опорах, где поперечная сила достигает максимума, осуществляется закреплением к стенкам опорных деревянных вкладышей. Обеспечение прочности от общей потери устойчивости осуществляется закреплением к стенке деревянных ребер жесткости. Шаг ребра жесткости уменьшается вблизи опор и увеличивается в середине пролета, и принимается равным 0,8 — 1,5 А, где h - высота стенки (без учета высоты поясов).
Для балок небольших пролетов 6 - 9 м, обеспечение устойчивости, осуществляется устройством волнистой фанерной стенки. Придание фанерной стенке волнистой формы не требует какой-либо предварительной подготовки фанеры, за исключением стыкования листов по длине “на ус”. Фанерную стенку вставляют в криволинейные или прямоугольные пазы, которые предварительно выбирают в полках на копировальных станках. Опорные зоны стенок, балок усиливаются опорными вкладышами от местной потери устойчивости. Соединение стенки и полки клеевое.
Расчет клеефанерных балок. Расчет клеефанерных балок производится по приведенному сечению, с учетом различия модулей упругости древесины поясов и фанерной стенки. В связи с этим все изгибные геометрические характеристики F, W, J приводятся к наиболее напряженному материалу,
а именно к древесине:
ЛР = Л +	, ^,р
Лр
Уо
Ввиду того, что нормальные усилия, в основном, воспринимаются деревянными поясами, за расчетное сопротивление принимается сопротивление при растяжении.
Сжатый пояс проверяется на устойчивость из плоскости изгиба
На опоре балки выполняется проверка стенки на срез по нейтральной оси и на скалывание по плоскости склеивания фанеры и древесины поясов
пр расч
Ь =У<5
расч / j ст
b'p^ = hn
где h и п - высота и число вертикальных швов.
В приопорной зоне, на расстоянии 0,5Л - 1,5Л от опор, прочность стенки в сечениях необходимо проверять на действие главных растягивающих напряжений по формуле
+ Гст < 7?ф р 6
где сгст и тст - нормальные и касательные напряжения в стенке от изгиба и сдвига на уровне внутренней кромке поясов; 7?ф р а - расчетное сопротивление фанеры на растяжение под углом а, см. график на рис. 17 прил. 5(1).
Угол а определяется из выражения
Если толщина фанерной стенки не удовлетворяет прочности на срез или действия главных напряжений, то необходимо увеличить ее толщину, наклеивая в приопорной зоне дополнительно фанеру с двух сторон.
Устойчивость стенки, с продольным по отношению к оси балки расположением волокон наружных слоев шпона проверяется, если
где /гст - высота фанерной стенки “в свету”.
В этом случае определяются нормальные и касательные напряжения <тст и тст между ребрами жесткости, на расстоянии х от опоры, а затем и крити-
ческие значения этих напряжений по формулам:
1005. У
______ф_ Йрасч )
2
; г«р = ^ф
«р =
100<5ф
где Ки и Kt - коэффициенты, определяемые по графикам рис. 18 и 19
прил. 5(1); /грасч - расчетная высота стенки, которую принимают равной hCT, при расстоянии между ребрами /гст и равной при /гст.
Устойчивость стенки обеспечивается при условии
——<1,0.
°- кр	Ткр
Клеефанерные балки с волнистой стенкой
Устойчивость фанерной стенки в клеефанерных балках может быть обеспечена приданием стенке волнообразной формы. Изогнутую в соответствии с очертанием пазов фанерную стенку запрессовывают в полки на клею (рис. 9.2).
Клеефанерные балки с волнистой стенкой экономически эффективны в пролетах до 9 м. Высоту назначают в пределах 1/9 - 1/12 /.
Полки балок изготовляют из древесины хвойных пород. Клееные полки выполняют из досок толщиной не более 33 мм. Стыкование досок по длине осуществляется с помощью зубчатого соединения, либо с помощью арматуры. Нижние растянутые пояса желательно принимать из пиломатериала I, II сортов, а верхние сжатые - II, III сортов. Для стенки рекомендуется применять фанеру марки ФСФ сорта не ниже ВВ. В отличие от балок с плоской стенкой, волокна наружных слоев шпона рекомендуется располагать перпендикулярно к полкам балки. Стыки фанеры по длине устраивают впритык с накладками, соединением или “на ус”.
Опытное проектирование и строительство с применением балок с волнистой стенкой показало, что экономия древесины по сравнению с клееными деревянными балками снижается на 40 - 55%, но применяются только в зданиях 5-ой степени огнестойкости
Расчет балок с волнистой стенкой. Балки с волнистой стенкой рассчитываются с учетом податливости стенки. Напряжения в растянутой полке проверяют:
М О' =----* <
р WK„ р
где Kw - коэффициент податливости к моменту сопротивления; IV - момент сопротивления поясов с фиксированным расстоянием между ними.
Коэффициент податливости определяется:
к- -	1	, S E
-----7,—	В = 7t2
l + ^B ISJE,
1 ' J u ,	ф Ф
h
где: hn - высота пояса; h - высота всего сечения; Sn - статический момент пояса относительно н.о.; / - пролет балки; 8ф - толщина фанерной стенки.
Проверка на жесткость выполняется по формуле: г _ 5	д”1*
7 384 EJKX
где - коэффициент податливости к моменту инерции поясов равный
/ + £>
I 200
Армированные клееные деревянные балки
Армирование стержневой арматурой клееной древесины является эффективным способом увеличить прочность и жесткость изгибаемых и сжатоизгибаемых элементов. Армирование сечений клееных деревянных балок в основном бывает трех видов: двойным симметричным (с равномерным распределением арматуры по наиболее напряженным зонам сечения), двойным несимметричным (с большим количеством арматуры в сжатой зоне сечения) и одиночным (с размещением арматуры только в растянутой зоне) рис. 9.3., с расположением по всей длине.
Армирование осуществляется по всей длине балки. В выбранные прямоугольные пазы наносится эпоксидный клей высокой вязкости и в него погружается арматура периодического профиля, как правило, класса А-Ш защитный слой образуется креплением доски с гвоздевой запрессовкой.
Введение арматуры позволяет при расчете увеличить изгибные геометрические характеристики балки, снижая тем самым уровень расчетных на
Рис. 9.3. Вид армирования: а - двойное симметричное; б - двойное несимметричное; в - одиночное.
пряжений по сравнению с клееным пакетом таких же размеров. Помимо этого, во времени происходит перераспределение нормальных напряжений с более “слабого” неоднородного материала - древесины, на более прочный и однородный материал - арматуру, что повышает надежность конструкции при длительной эксплуатации. Это перераспределение при расчете учитывается коэффициентом /6Т, который зависит от коэффициента армирования и равен 1,005; 1,0025; 1,0016; 1,0012 для коэффициента армирования равного 1; 2; 3; 4% соответственно.
Расчет на прочность по нормальным и касательным напряжениям производят по методике предложенной В.Ю. Щуко.
1.	На действие нормальных напряжений в древесине и арматуре J^L<r МпК' ' R
"пр _ ,	- приведенный момент сопротивления с двойной симмет-
"о
ричной арматурой;
И/с _ пр гр> _ пр
"пр ~ и пр - приведенный момент сопротивления соответст-
венно сжатой и растянутой зон сечения с одиночной арматурой, где
,	. _й0(1 + 2^)
р 2(1 + пц) и с 2(1+ иц) ’
h0 - расчетная высота сечения;
п - коэффициент приведения модуля упругости арматуры к модулю упругости древесины равной 20;
RH и 7?а - расчетные сопротивлени древесины при изгибе и арматуры, соответственно;
F
V = -f-h - коэффициент армирования поперечного сечения конструк-b
ции;
F.d - площадь сечения арматуры;
b - ширина сечения балки.
2.	На действие касательных напряжений в древесине и в клеевом шве древесины с арматурой
T=^<R .
J Ь “ ’ J д пр	пр р
где S„p = S(1 +2пД) - приведенный статический момент сдвигаемой части сечения с двойной арматурой относительно нейтральной оси;
СК
S’p =—у-2- и	- приведенный статический момент армату-
ры относительно нейтральной оси для сечений с двойной и одиночной арматурой соответственно;
ЛР = Л + "Л ' приведенный момент инерции сечения относительно нейтральной оси, равный для прямоугольного сечения
J, = — пр 12	2 J
или приняв в запас прочности h = h0,
J =BJ пр	a ,
где h и h0 - полная и расчетная высота сечения, равная расстоянию между центрами масс арматуры растянутой и сжатой зон;
п =	= 20
£„Р
fi = 1 + 3 «/л - для сечения с двойной симметричной арматурой;
Р = 1 + 4ир
^ + п/л - Для сечения с одиночной арматурой;
Ja и Ja - моменты инерции атматуры и древесины относительно нейтральной оси;
/?ск - расчетное сопротивление древесины скалыванию; £)расч - расчетная поверхность сдвига арматуры, равная 0,9 суммы периметров клеевого шва, соединяющего древесину с арматурой, т.е. Орасч = 0,9.
На действие главных растягивающих напряжений под углом к волокнам древесины на расстоянии х = 0,85 I от опоры
 = —+ р6 2 +
где стх - нормальные напряжения вдоль волокон древесины по оси арматурных стержней в рассматриваемом сечении, равные стх = Мх / fKnp;
Мх - изгибающий момент на расстоянии 0,85 I от опоры;
- приведенный момент сопротивления в рассматриваемом сечении;
гху - скалывающее напряжение на уровне нейтральной оси, равное
г
ху л 
QK - поперечная сила в рассматриваемом сечении;
а - угол, определяющий направление главных растягивающих напряжений, равный;
Яра - расчетное сопротивление древесины растяжению под углом а.
В случае если условия прочности на сдвиг на нейтральной оси и на действия главных напряжений не выполняются, то необходимо поперечное армирование приопорной зоны на длине х от опор. Такое армирование целесообразно проводить наклонно, вклеенными стержнями под углом а = 36±2°
Площадь сечения наклонных стержней приближенно можно определить по формуле
Q 0,75bhR^ ц =	----------—
sin a Rabh
При расчете сечений с одиночным армированием (стержни в растянутой зоне) проверяется прочность древесины сжатой зоны и арматуры растянутой зоны. В этом случае формулы (1) и (2) имеют вид:
— <R Мпк' д
Wc	Г
пр	пр
При расчете следует учитывать класс ответственности зданий путем деления расчетных сопротивлений на коэффициент надежности по назначению в соответствии (2).
Расчет по второму предельному состоянию (на прогиб) для армированных балок производится по формуле
f = ^-k 1 + cf-l <Г/1 к т [_ IZ J J L J
где/0 - прогиб балки приведенного сечения от изгибающего момента.
Перекрестно-балочные системы
Сочетая в себе такие достоинства, как архитектурная выразительность, конструктивная надежность и несколько меньшая высота покрытия, перекрестно-балочные системы являются одной из форм применения клееных деревянных балок. В практике - применение перекрестно-балочной системы в качестве несущих конструкций; заслуживает внимания покрытия конференц-зала административного здания в г. Северодвинске. Покрытие 18x24 с опиранием по контуру, имеет в плане квадратные 3x3 ячейки.
Перекрестно-балочная система выполняется из клееных балок прямоугольного сечения, пересекающихся в двух, трех направлениях путем организации жестких стыков в местах пересечения (рис. 9.4). Перекрестно-балочные системы рекомендуется применять при перекрытии ими пролетов, не превышающих 18 метров. Опирание перекрестно-балочных систем может производиться по контуру на одиночные стойки, либо непосредственно на стены перекрываемого помещения. Балки могут стыковаться между со-
АЛАА /\/\/\/\/\
ААЛАДА \/\/\/\/\/\/ \ЛЛАА/ \ААА/
Рис. 9.4. Разрезка перекрестно-балочной системы: А - стыкование четырех балок; Б - чередование в узлах сквозных и примыкающих балок; В - треугольная ячейка.
бой под разными углами (90, 60 и 45). Уклон кровли образуется путем надстройки с опиранием в узлы пересечения балок.
9.2. Фермы
Ферма - это балочная стержневая система, в которой нормальные усилия воспринимаются верхним и нижним поясом, а поперечная сила воспринимается решеткой. Основными элементами фермы являются панели верхнего и нижнего пояса, раскосы и вертикальные элементы (стойки, подвески) рис. 9.5.
В фермах рационально распределяется материал за счет концентрации его в поясах и элементах решетки, вследствие чего, по сравнению с балками требуется значительно меньший объем древесины. В то же время, фер-
мам присущи некоторые недостатки, такие как: наличие большого числа стержней различной длины и узлов, что повышает трудоемкость их изготовления. Как у всех блочных конструкций отношение высоты фермы к пролету составляет 1/8 - 1/12.
Рис. 9.5. Элементы фермы
Верхние пояса ферм работают на сжатие, при узловой нагрузке на верхний пояс, и на сжатие с изгибом, при внеузловой нагрузке и поэтому выполняются из древесины постоянного по длине поперечного сечения. Исходя из условия устойчивости плоской формы деформирования отношение высоты сечения к ширине не должно быть более 3. Нижние пояса ферм работают на растяжение и поэтому для них используется металл. Для простоты решения узлов нижний пояс выполняют двухветвенным из уголка или швеллера, разнесенных между собой на ширину верхнего пояса.
Решетка, в основном, выполняется из древесины, сечением равным ширине сечения верхнего пояса. В отдельных случаях, нисходящие опорные раскосы или вертикальные элементы в раскосной решетке, работающие на растяжение, применяется металл. Наиболее эффективна треугольная система решетки, обеспечивающая геометрическую неизменяемость системы в плоскости фермы и дающая наименьшую сумму и количество узлов. Часто к треугольной системе добавляют стойки из древесины, позволяющие уменьшить расстояние между узлами верхнего пояса. Стойки работают на сжатие от местной нагрузки между узлами.
Эффективность ферм, их несущая способность, жесткость и надежность во многом зависит от решения узлов, соединений элементов решетки с поясами, и опорных узлов.
Количество и местоположение узлов для крепления решетки к поясам, принимается в зависимости от пролета и величины приложения нагрузки. Увеличение количества узлов уменьшает усилия в раскосах, но увеличивает их количество, т.е. материалоемкость ферм. Уменьшение количества узлов, ведет к повышению усилий в решетке и к сложности проектирования узлов, т.к. помимо надежности, они должны быть простыми для изготовления и отвечать требованиям по точности сборки фермы. Оси элементов решетки ферм следует центрировать в узлах осью поясов. В некоторых видах ферм 136
(многоугольные брусчатые, дощатые ) допускается внецентренное крепление решетки (рис. 9.6). В этом случае считается, что изгибающий момент M=Re, вследствие эксцентриситета равнодействующей усилий в раскосах с осью пояса воспринимается сечением пояса, т.к. решетки имеют небольшую жесткость защемления.
Для уменьшения изгибающего момента от поперечной нагрузки, в узлах верхнего пояса создают разгружающий момент обратного знака, путем вне-центренного приложения нормальной силы. Эксцентриситет не должен превышать 1/4 высоты сечения пояса.
Вследствие податливости древесины в узловых соединениях, при разрезных панелях верхнего пояса, фермы рассматриваются как статически определимые системы с шарнирным соединением в узлах.
При клееных поясах длиной от опоры до конькового узла стропильных ферм конструкция рассматривается как статически неопределимая система с шарнирным креплением элементов решетки к поясам и неразрезным верхним поясам.
Рис. 9.6. Схема внецентренного крепления решетки к нижнему поясу ферм.
Исходя из условий ползучести древесины во времени и податливости в узлах, всем типам ферм необходимо придать строительный подъем не менее 1/200 пролета. Строительный подъем выполняется переломом нижнего пояса в середине или в третях пролета.
Фермы могут выполняться с верхним поясом из цельной и из клееной древесины. Определенным достоинством металло-деревянных ферм с верхним поясом из цельной древесины является возможность их изготовления на базе небольших леспромхозов и предприятий по первичной переработке древесины в кооперации с механическими мастерскими, расположенных вдали от мощных центров строительной индустрии, в отдаленных и лесоизбыточных районах, где лес является местным строительным материалом. Сборка таких конструкций может осуществляться непосредственно на стройплощадках. Фермы, с использованием в качестве верхнего пояса клееной древесины, используются для больших пролетов и изготавливаются на специализированных предприятиях.
Треугольные фермы
Наиболее распространенными деревянными фермами являются треугольные фермы. Это объясняется, прежде всего тем, что трудоемкость изго-
товления ферм параболического, сегментного или ломаного очертаний выше, чем треугольных. Важным фактором, влияющим на экономичность конструкции треугольных ферм, является уклон верхнего пояса. Известно, что чем больше угол ската фермы, тем меньше усилия в ее стержнях. Однако, при этом возрастает расход материалов на кровлю. Принимая во внимание, что расход материалов на кровлю значительно превосходит расход материалов на ферму, уклон верхнего пояса должен приниматься минимальным и рекомендуется в пределах i= 1/6 - 1/8 пролета.
Для пролетов 9-12 м наиболее эффективными являются треугольные подкосные фермы с брусчатым верхним поясом, утвержденные Госстроем СССР в 80-х годах в качестве типовой конструкции (рис 9.7.). Ферма состоит из верхнего пояса, выполненного из бруса, усиленного приопорной панели подбалкой и подкоса из древесины, угол наклона которого равен углу на-
Б
Рис. 9.7. Треугольная подкосная ферма: А - Опорный узел; Б - коньковый узел: 1 - верхний пояс; 2 - подкос; 3 - подбалка; 4 - подвеска; 5 - двухветвевой нижний пояс; 6 - накладка.
клона верхнего пояса. Растянутые элементы - нижний пояс и подвеска выполнены из арматурной стали. Наиболее напряженная приопорная панель верхнего пояса состоит из сплоченных по высоте двух элементов. Подбалка воспринимает нормальное усилие, равное по величине усилию в подкосе, т.к. угол наклона у них одинаков, частично разгружая брус верхнего пояса. 138
Для обеспечения работы фермы в расчетном режиме, площадь торцов бруса верхнего пояса и подбалки, воспринимающих усилие сжатия от опорной металлической детали, подбирается пропорционально действующим на них усилиям:

F _ F = 6 О,3-гО,4Ясм ’ п6 0,3-ь0,4Ясм
где F6 и Fn6 - площадь торцов основного бруса и подбалки; NBn - усилие сжатия верхнего пояса в опорном сечении; NnK - усилие в подкосе.
Поверхность опорного башмака при этом центрируется относительно равнодействующей усилий.
Расчет верхнего пояса производится по схеме неразрезной двухпролетной балки с просадкой промежуточной опоры, что позволяет более точно определить изгибающий момент в приопорной панели. При подборе поперечного сечения, момент сопротивления бруса суммируется с моментом сопротивления подбалки. Гибкость верхнего пояса в плоскости изгиба определяется по расчетной длине, равной скату фермы.
Сечение подбалки и подкоса принимается одинаковым, и подбирается из условия устойчивости подкоса, как центрально-сжатого элемента. Для упрощения центровки в узлах, торцы подкоса опиливаются перпендикулярно оси. Более невыгодная центровка для подбалки, которая в результате этого является внецентрению сжатым элементом, компенсируется стяжными болтами, которые соединяют ее с верхним поясом и значительно снижают ее расчетную длину.
Расчет двухветвевого нижнего пояса из арматуры или уголка производится с учетом неравномерности усилия в ветвях по формуле:
8 =———<R
F-0,85
где 0,85 - коэффициент неравномерности.
Древесина проверяется также на смятие в узловых соединениях, где волокна ориентированы как вдоль, так и под углом к действующим усилиям.
Сварной шов крепления металлической детали узла к нижнему поясу рассчитывается на разность усилий в правой и левой панели при односторонней снеговой нагрузке.
Альтернативой треугольным фермам с верхним поясом из цельной древесины являются треугольные безраскосные фермы с клееным верхним поясом, типовые конструкции которых, пролетом 918 м под различные нагрузки, были разработаны в 70-е годы в ЦНИИСК им. Кучеренко. Отсутствие раскосов в этой треугольной распорной системе (это еще одно определение данной конструкции) привело на стадии типового проектирования к запутанности терминологии, поскольку по инициативе Госстроя СССР, при утверждении альбома типовой серии 1.860-2 конструкция получила название - треугольная металлодеревянная арка.
Безраскосная ферма (рис 9.8.) состоит из двух клееных деревянных элементов верхнего пояса, шарнирно соединенных в коньковом узле двусторонними накладками на болтах и объединенных стальной затяжкой в опорных узлах. Для обеспечения проектного положения, затяжка крепится к верхнему поясу на подвесках из арматуры класса А-1 диаметром 10-12 мм. Шаг подвесок регламентируется условием гибкости стального растянутого элемента.
Рис. 9.8. Треугольная безраскосная ферма пролетом 18 м под нагрузку 6 кН/м.
Нормальные усилия в поясах фермы определяются от расчетных равномерно-распределенных нагрузок по всему пролету. Кроме этого варианта нагружения рассматривается и вариант со снеговой нагрузкой, приложенной на одном скате. Это объясняется тем, что нормальное усилие прикладывается к верхнему поясу с эксцентриситетом для того, чтобы снизить изгибающий момент от поперечной расчетной нагрузки. Разгружающий момент зависит от усилия в затяжке, которое значительно меньше при односторонней снеговой нагрузке и, следовательно, расчетный изгибающий момент в верхнем поясе в этом случае будет иметь максимальное значение при снеговой нагрузке, приложенной по одному скату.
Расчет начинается с определения опорных реакций, а затем приравнивая 140
к нулю сумму моментов внешних сил относительно конькового шарнира, получаем усилие в затяжке Н:
8h
где / - расчетный полет фермы; h - высота фермы в коньке.
Усилие в опорном узле верхнего пояса зависит от угла наклона и равно:
N = -^— cos а
где а - угол наклона.
Для разгружения изгибающего момента от поперечной нагрузке, нормальную силу, через опорную деталь, прикладывают к торцу не по всей площадке поперечного сечения, а только по его нижней части. Высоту опорной детали не рекомендуется принимать меньше половины высоты сечения. В результате такого решения изгибающий момент в расчетном сечении верхнего пояса для равномерной распределенной нагрузки равен:
М = —N-e
8
где /] - длина верхнего пояса по одному скату;
е - эксцентриситет приложения нормальной силы относительно центральной оси сечения.
Далее расчет верхнего пояса производится в соответствии с методикой
расчета сжато-изгибаемых деревянных элементов.
Опорный узел. Отсутствие решетки в ферме и, как следствие, значительная поперечная сила на опоре, от действия равномерно-распределенной нагрузки по всему поясу, вызывает необходимость в восприятии этой силы.
Поэтому уклон упорной площадки должен быть перпендикулярен к равно-
действующей нормальной силы верхнего пояса NCK и балочной поперечной
Рис. 9.9. Определение угла наклона опорной площадки верхнего пояса при конструировании опорного узла треугольной безраскосной фермы.
силы Q от нагрузки на верхний пояс (рис. 9.9.).
Типовое решение опорного узла предусматривает крепление к металлическому опорному башмаку двухветвевого нижнего пояса, приваренного к боковым поверхностям башмака. Такое решение обеспечивает центровку усилий и делает невозможным случайные боковые перемещения верхнего пояса. Поскольку при двухветвевом решении металличес
кого нижнего пояса, возможна неравномерность распределения усилия в ветвях, вводится коэффициент неравномерности, равный 0,85.
Сечение металлических ветвей принимается одинаковым и определяется по формуле:
"т R О,85
Э
где Н - усилие распора; R - расчетное сопротивление металла растяжению.
Недостатком этой типовой конструкции, которая нашла самое широкое применение среди металлодеревянных конструкций, является значительный расход клееной древесины верхнего пояса, поскольку при отсутствии решетки, расстояние между узлами верхнего пояса (опорный и коньковый) весьма значительно и пояс работает по неэффективной однопролетной балочной схеме.
Поэтому совершенствование такой типовой конструкции было направлено в сторону снижения расхода клееной древесины, как с использованием новых конструктивных решений, так и путем совершенствования методов расчета.
Было выбрано два направления. Первое, связанное с увеличением эксцентриситета приложения нормальной силы к верхнему поясу, второе - с использованием армированного верхнего пояса. Исследования этих конструкций проводили С.Н. Андреев и С.И. Рощина.
По первому направлению была предложена конструкция, которая отличается от типовой верхним поясом с переменной высотой поперечного сечения, за счет наличия развитых по высоте опорных зон. В результате, у клееного деревянного элемента такого продольного профиля, посредством разной высоты поперечного сечения на опоре, в пролете, центральная ось смещается к верхней грани, что автоматически увеличивает эксцентриситет действия нормальной силы, который создает больший разгружающий момент.
При этом, отношение высоты опорной части поперечного сечения клееного деревянного элемента к высоте поперечного сечения в пролете должно находиться в пределах H/h =1,1- 2,2 в зависимости от соотношения постоянной и временных нагрузок на конструкцию. Увеличение этого отношения более 2,2 раза может привести к потере несущей способности от снеговой нагрузки на одном скате, вследствие уменьшения усилия распора и уменьшения разгружающего момента. Длина опорной части клееного деревянного элемента определяется из условия скалывания и равна, в зависимости от сочетания нагрузок, 1/8 - 1/12 от длины элемента.
Для обеспечения прочности верхнего пояса от скалывания с отрывом, учитывая эффективность поперечного армирования, в опорных зонах элементов (на опоре и в коньке) предусмотрены вклеенные арматурные стержни.
Другое направление по снижению расхода клееной древесины связано с армированием клееного верхнего пояса арок.
Рациональным считается двойное симметричное армирование элементов верхнего пояса арок, то есть по два стержня в сжатой и растянутой зоне, что позволяет наиболее эффективно использовать прочностные и упругие свойства материалов при максимальной прочности сечения и минимальном расходе материалов.
Для зданий небольших пролетов V степени огнестойкости без подвесного подъемно-транспортного оборудования рекомендуются треугольные дощатые фермы с соединениями в узлах на металлических зубчатых пластинах (МЗП). Это высокоиндустриальная конструкция чаще всего применяется при возведении неотапливаемых складских зданий рис. 9.10.
Рис. 9.10. Треугольные дощатые фермы с соединениями в узлах МЗП.
Высота ферм в коньке принимается 1/5 -1/6 пролета. Более значительная высота, по сравнению с фермами из бруса и клееной древесины, объясняется стремлением снизить нормальные усилия в нижнем растянутом поясе и в наиболее напряженном опорном узле. Шаг ферм принимается 1 - 1,5 м, что повышает надежность покрытия, т.к. вероятность одновременного отказа двух и более соседних ферм невелика. При отказе одной конструкции обрушения не произойдет, т.к. произойдет перераспределение нагрузки на соседние фермы.
Деревянные элементы одного - двух типоразмеров по сечению изготавливают из древесины 1 и 2-го сорта, влажностью до 20 %. При разнотол-щинности более 1 мм, доски должны быть профрезерованы. Это объясняется требованиям по запрессовки МЗП в узлах. При конструировании необходимо размещать стыки растянутого нижнего пояса за пределами узлов решетки. Расстояние между узлами крепления решетки к верхнему поясу принимаются 1,5 - 1,8 м. Верхний пояс неразрезной из целой доски. В случае стыкования по длине верхнего пояса, узел следует размещать в зоне нулево
го момента. В узловых соединениях две пластины одного типоразмера располагаются на обеих сторонах стыка и смещение их относительно друг друга не должно превышать 5 мм. Площадь МЗП определяется расчетом, но при этом в слабонагруженных соединениях площадь МЗП должна быть не менее 50 см2 на каждом элементе, что объясняется монтажными воздействиями.
Расчетная схема фермы представляет собой статически неопределимую систему с неразрезными поясами и шарнирным креплением решетки. При расчете следует учитывать линейную податливость в стыках. Учет податливости осуществляется либо путем введения в расчетную схему концевиков к элементам фермы, либо с использованием приведенного модуля упругости древесины, учитывающего деформации в стыках.*
Многоугольные фермы
До освоения производства клееных конструкций фермы этого типа применялись в больших объемах в качестве несущих конструкций, покрытий производственных зданий пролетами от 12 до 30 м. Верхний пояс ферм имеет вид многоугольника, вписанного в окружность.
При проектировании таких конструкций, при требуемом пролете, задается высота фермы, которая должна быть равной 1/8 пролета. Исходя из этих параметров определяют радиус окружности, в которой должны быть вписаны панели верхнего пояса, и центральный угол, хорда которого равна пролету. Панели верхнего пояса принимают длиной до 4-х м при их нечетном количестве. Количество панелей нижнего пояса на одну панель меньше. Решетка треугольная со стойками, для уменьшения изгибающего момента в панели верхнего пояса. Узлы крепления раскосов совмещаются с узлами панелей верхнего пояса (рис 9.11.).
Рис.9.11. Геометрическая схема многоугольной фермы.
* Алгоритм оптимизации по материалоемкости стержневых деревянных конструкций разработан В.П. Валуйских.
Сечения одинаковы во всех панелях верхнего пояса, а элементы решетки (сжатые и растянутые) принимаются деревянными. Нижний пояс выполняется из металла.
В узловых соединениях верхнего пояса фермы размещают стальные сварные вкладыши, в центре которых располагается узловой цилиндричес-
Узел Л	<. <
Узел Б
Рис. 9.11а. Узлы многоугольной брусчатой фермы: а - опорный узел; б - узел верхнего пояса; в - узел нижнего пояса.
кий стержень, пропускаемый через отверстие. Раскосы и стойки решетки из бруса имеют по концам пластинки-наконечники, выполняемые из полосовой стали, которые надевают на узловой стержень (9.11.а).
Стык панелей верхнего пояса перекрывается деревянными накладками на болтах. Диаметр узлового стержня, на который надевают наконечники раскосов, определяется из расчета на изгиб от равнодействующей усилий в примыкающих раскосах. Диаметр и количество нагелей, крепящих наконечники к раскосам, определяют по методике расчета нагельных соединений. Наконечники сжатых раскосов проверяются на устойчивость. Расчетную длину наконечника принимают равной длине от узлового болта до стяжного болта у торца раскоса.
В узлах, между торцами соседних брусьев, верхнего пояса, где предусмотрены центрирующие стальные сварные вкладыши с наклонными гранями и отверстием для узлового стержня.
Соединение стоек с верхним поясом производится конструктивно, исходя в основном из монтажных нагрузок, но при этом обеспечивается плотный контакт.
В узлах нижнего пояса наконечники раскосов и стоек надеваются на цилиндрический стержень с концевой резьбой, приваренный к поясу. Учитывая небольшие усилия в решетке фермы, допускается ее внецентренное крепление к нижнему поясу.
Размеры поперечного сечения верхнего пояса определяют из расчета опорной панели, как наиболее нагруженной и центральной, верхней горизонтальной панели. В элементах верхнего пояса фермы, кроме продольных усилий, действует изгибающий момент от внеузловой поперечной нагрузки. Для его уменьшения продольные усилия, посредством вкладышей, прикладывают с эксцентриситетами. При расчете панелей верхнего пояса (кроме опорной) необходимо рассматривать два варианта расчетной схемы (рис.
Рис. 9.11.6 Расчет панели верхнего пояса многоугольной брусчатой фермы: а - предпосылка без осадки промежуточной опоры; б - предпосылка с осадкой промежуточной опоры.
9.11.6.), что обусловлено как точностью изготовления, так и прогибом фермы во времени. При этом в случае просадки средней опоры за расчетный изгибающий момент принимается деформационный момент, а в случае без просадки опоры за расчетную величину принимается изгибающий момент только от разницы поперечной нагрузки и продорльной силы.
Многоугольным фермам со стальным нижним поясом придают строительный подъем, равный 1/200.
Сегментная ферма
Альтернативными многоугольным фермам являются сегментные фермы с верхним поясом из клееных элементов криволинейного очертания в соответствии с формой пояса, которая позволяет увеличить длину панелей верхнего пояса, отказаться от стоек решетки, повысить надежность конструкции в целом и кровельного покрытия в частности.
Верхний пояс сегментных ферм имеет круговое очертание с постоянным радиусом кривизны. Радиус окружности, по которой очерчена ось верхнего пояса фермы:
/2+4/2 8/
Половина центрального угла дуги верхнего пояса (рис. 9.12.):
. I
а = arc sin — 2Я .
Длина всей дуги верхнего пояса:
\ \ i /
Рис.9.12. Геометрическая схема сегментной клееной фермы.
2nR2a
360 .
Длина хорды, стягивающей дугу панели, и стрела выгиба одной панели:
ОС	/2
I = 2/?sin — , Д = ^-. .
s	П ’ 8Л
Верхний пояс сегментных ферм может быть выполнен из нескольких отдельных блоков, те. разрезным или состоять из двух половин со стыком в коньковом узле - неразрезным. Верхний пояс может выполняться также полностью неразрезным, т.е. весь верхний пояс из одного сплошного элемента. Фермы с верхним неразрезным поясом более экономичны, однако их изготовление связано с возможностью площади цеха, где осуществляется изготовление и с возможностью транспортировки.
Сечение пояса принимается прямоугольным, при этом отношение высоты к ширине не более 4. При разрезном верхнем поясе в его стыке помещается металлический вкладыш с параллельными гранями. Вкладыш обеспечивает необходимую плотность примыкания и центрирования торцов блоков. В центре металлического вкладыша имеется отверстие для узлового цилиндрического стержня. Стык верхнего пояса перекрывается деревянны-
Рис.9.13. Присоединение раскосов к неразрезному верхнему поясу: 1 - деревянная накладка; 2 - нагели; 3 - стальной вкладыш;4 - центральный стержень; 5 - наконечники; 6 - стяжные болты.
ми накладками на болтах (рис.9.13.)- При верхнем неразрезном поясе узловой болт проходит через отверстие в металлических накладках, которые крепятся к верхнему поясу с обеих сторон в месте узла с помощью нагелей и воспринимают равнодействующую усилию в раскосах.
Раскосы фермы выполняются из древесины и снабжены наконечниками из стальных пластин, по аналогии с раскосами многоугольной фермы. Узлы крепления раскосов к верхнему и нижнему поясу из металла решается аналогично узлам многоугольной фермы.
Расчет усилий и моментов от снеговых нагрузок определяется при варианте несимметричной схемы снегоотложения (2), поэтому распространенное мнение о небольших усилиях в решетке и равенства нормальных усилий в верхнем поясе, которое имеет место при симметричной равномерно-распределенной нагрузке ошибочно.
При неразрезном верхнем поясе расчетная схема фермы представляет собой статически неопределимую систему, и расчетная схема представляет собой раму с неразрезными поясами и шарнирным креплением решетки. При разрезном верхнем поясе в расчетную схему вводятся шарниры в узлы и система рассматривается как статически определимая рама с прямолинейными панелями между узлами. В этом случае расчетный изгибающий момент в середине панели верхнего пояса определяют с учетом обратного момента, возникающего из-за криволинейности верхнего пояса по формуле:
где A/q - момент от поперечной внеузловой нагрузки в середине панели как для однопролетной балки, шарнирно опертой в узлах (опорах); N- нормальная сила в панели, центрально приложенная в сечении узлов от нагрузки на всю ферму.
Диаметр и крепление цилиндрического стержня в узлах нижнего пояса для крепления наконечников раскосов определяется в зависимости от максимальной разницы усилий в соседних панелях нижнего пояса.
Опорные узлы сегментных ферм имеют два основных варианта:
-	закрытый, когда к боковым фасонкам опорной металлической детали привариваются снаружи элементы нижнего пояса;
-	открытый узел, когда боковые фасонки не закрывают пояс, а опорная металлическая деталь является элементом нижнего пояса.
К сегментным фермам можно отнести сборную линзообразную ферму. Сборность обеспечивается использованием вклеенных стержней (рис. 9.14.) Фермы опираются на стены или колонны через опорные металлические пластины, с вертикально вклеенными стержнями. Возникающие на опоре сдвигающие усилия, воспринимаются опорными стальными деталями на вклеенных стержнях, которые свариваются между собой при монтаже.
Решетка фермы раскосная или в виде стоек из деревянных элементов сплошного сечения. Элементы решетки соединены с поясами с помощью
Рис. 9.14. Ферма на вклеенных стержнях:а - расчетная схема со стоечной решеткой; б - то же, с раскосной: 1 - пояса фермы; 2 - стальная монтажная пластинка; 3 - вклеенные стержни; 4 - анкерные пластины; 5 - опорные клееные подушки; 6 - вклеенные стержни с опорными пластинами; 7 - соединение анкерных пластин сваркой; 8 - то же, болтами; 9 - стальные элементы, привариваемые к стержням; 10 - раскосы.
вклеенных стержней периодического профиля. Линзообразные фермы рассматриваются как статически неопределимые системы с неразрезными поясами. Статический расчет фермы можно производить по стандартным программам на ЭВМ.
Преимущество такой конструкции, по сравнению с сегментной, заключается в значительном радиусе кривизны верхнего пояса, а требуемая высота фермы в середине пролета обеспечивается гнутоклееным нижним поясом. Такая геометрия очертания кровли позволяет принимать в расчете равномерно-распределенную по всему пролету схему снегоотложения, при которой элементы фермы нагружены более равномерно, чем при несимметричной схеме снегоотложения.
Трапециевидная ферма
В соответствии со своим общим очертанием трапециевидные металлодеревянные фермы имеют небольшой уклон (1/10 - 1/12) верхнего пояса и предназначены для рулонных кровель. Фермы, как правило, двускатные, пролетом 18-24 м. Практически одинаковое расстояние между сжатым и растянутым поясами обеспечивает более равномерное значение усилий в панелях между узлами обоих поясов, за исключением приопорных панелей, что упрощает конструирование узлов, поскольку крепление узловых элементов рассчитывается на разницу усилий в смежных панелях. Высота фермы назначается из условия требуемых усилий в поясах и деформативно-сти конструкции.
Решетка обычная, треугольная со стойками проектируется в двух вариантах: либо со сжатыми восходящими, либо растянутыми нисходящими опорными раскосами (рис. 9.15.). В этих фермах приопорные элементы решетки имеют значительные усилия, вследствие чего, узлы приопорных стержней не унифицируются с другими узлами решетки. Восходящие приопорные раскосы проектируются деревянными, а нисходящие - из стали. При проектировании ферм схема решетки принимается на стадии расчета, исходя из усилий и возможности простого и надежного решения узлов приопорных раскосов и унификации остальных элементов решетки и их узлов.
Верхний пояс от опоры до конькового узла принимается либо из клееной древесины, либо из составных по высоте брусьев на нагельных пластинах (предложение Ю.В. Пискунова). При использовании брусьев в качестве верхнего пояса рекомендуется схема решетки с восходящим сжатым при-опорным раскосом, т.к. при этом просто решаются узлы этого раскоса.
Двухветвевой нижний пояс выполняется из стальных стержней уголкового профиля, разнесенных на ширину верхнего пояса и элементов решетки. Уголки соединены между собой между узлами на планках. Крепление элементов решетки к нижнему поясу аналогично как у многоугольных и сегментных ферм. Возможно решение с помощью косынок, привариваемых к нижнему поясу, к которым на болтах крепятся деревянные раскосы.
Модификацией трапециевидных ферм является ферма с параллельными поясами под кровлю с малым уклоном. Ферма состоит из двух полуферм с параллельными поясами, объединенных между собой в середине пролета
а)	б)
iatvN/Wi
Рис.9.15. Схемы трапециевидных ферм: а) с восходящим опорным раскосом; б) с нисходящим раскосом; в) модификация трапециевидной фермы
затяжкой. Отказ от слабонагруженных опорных стоек и приопорной панели нижнего пояса снижает материалоемкость конструкции. Опорная реакция в этом случае передается на верхний пояс, а нисходящий растянутый раскос является продолжением нижнего пояса (рис. 9.15.).
Для уменьшения расчетных изгибающих моментов в верхнем поясе нормальная сила в нем приложена с эксцентриситетом, дающим момент обратного знака по отношению к моменту от поперечной нагрузки.
9.3. Распорные конструкции. Арки и рамы
По статической схеме арочные конструкции являются наиболее экономичными по расходу материала конструкциями покрытия. Благодаря свойствам древесины в процессе склеивания принимать различные формы криволинейного очертания, арочные гнутоклеенные конструкции нашли широкое применение. В первую очередь для покрытий большепролетных зданий различного назначения. Для покрытия спортивного зала во Франции использованы арки пролетом 128 м. Здание крытого катка с трибуной для зрителей на 1500 мест, построено в 1980 году в Архангельске перекрыто деревянными клееными трехшарнирными арками кругового очертания пролетом 63 м, расположенными с шагом 6 м. Сечение арки 320x1600 мм, стрела подъема арки 11м, радиус кривизны 58 м. Трехшарнирные клееные деревян-152
Рис. 9.16. Разрез здания легкоатлетического манежа в Гомеле.
ные арки кругового очертания пролетом 49 м были использованы в строительстве легкоатлетического манежа в Гомеле. Шаг арок принят 6 м, радиус кривизны арки 40 м, поперечное сечение 220x1100 мм, стрела подъема 10 м (рис. 9.16.).
Арки относятся к распорным конструкциям, т.е. к конструкциям у которых помимо вертикальной опорной реакции существует и горизонтальная, которая называется распором. В зависимости от нагрузки, пролета и высоты арки величина распора достигает значений в десятки тонн и для восприятия этого усилия принимаются при проектировании зданий различные решения. В здании катка в г. Архангельске усилие распора воспринимается железобетонным каркасом трибун, а в здании манежа в г. Гомеле распор воспринимается контрофорсами фундаментов вынесенных за пределы здания. Такое решение фундаментов весьма привлекательно для районов распространения вечномерзлых грунтов. В случае, когда по ряду причин может произойти оттаивание грунтов, фундаменты будут находиться вне части оттаивания.
Трудно найти область строительства, где клееные деревянные конструкции столь эффективны, как их использование в строительстве складов минеральных удобрений. Долговечность железобетонных и металлических конструкций в таких зданиях, где имеет место агрессивная среда, значительно ниже, чем долговечность клеенной древесины.
Следует отметить также, что габариты здания перекрываемого арками стрельчатого очертания, наиболее полно используется при складировании сыпучих материалов (рис. 1.17.). С 1961 года в стране применяются стрельчатые клееные деревянные арки пролетом 45 м для складов крупных калийных комбинатов по химической переработке минеральных солей. Сечение арок прямоугольное размером 350x1200 м.
Арки выпускают, в основном, следующих типов: трехшарнирные гну-токлеенные арки кругового или стрельчатого очертания; трехшарнирные треугольные с затяжкой или без затяжки.
Гнутоклеенные арки представляют собой конструкцию из двух гнуток-леенных элементов (полуарок) прямоугольного сечения, соединенных между собой в коньковом узле деревянными или металлическими накладками 153
с помощью металлических болтов.
Полуарки имеют постоянный радиус кривизны. Высота поперечного сечения 1/30-1/50 /. Толщина досок принимается в зависимости от радиуса кривизны и не должна превышать 33 мм.
Трехшарнирные арки, являющиеся статически определимыми системами, нечувствительны к неравномерным осадкам опор, что делает их предпочтительными при строительстве на оттаивающих и посадочных грунтах. Наличие конькового шарнира упрощает монтаж арок. Пространственная ус-
тойчивость арочного покрытия из плоскости арок обеспечивается либо системой связей, при наличии сборных плит покрытия, как в Архангельске, либо устройством косого настила из досок, закрепленных к прогонам и несущим конструкциям под углом 45°.
В связи со значительными усилиями в большепролетных арках и в целях возможности свободного поворота опорных сечений, решение опорных узлов желательно осуществлять в виде идеального шарнира. Для спортивных и общественных зданий опорные узлы арок решаются с использованием металлических цилиндрических шарниров, зафиксированных в цапфах. В зданиях с химически агрессивной средой требуется безметальное решение узлов, т.е. должны использоваться стеклопластики и полимерные композиции. Для пролетов до 18 м, в качестве опорных шарниров можно использовать модифицированную полимерами древесину лиственных пород (рис. 9.18.).
Рис. 9.18. Безметальные узлы арки: а - коньковый узел; б - опорный узел; 1 - шарнир из стеклопластика или полимербетона; 2 - шарнир из модифицированной древесины; 3 - штыри из стеклопластика.
Трехшарнирные треугольные арки
Трехшарнирные треугольные арки или, как еще называют, треугольные распорные системы выполняются из двух наклонных прямолинейных клееных элементов шарнирно соединенных между собой в коньковом узле.
Высокие треугольные трехшарнирные арки применяются для покрытий общественных зданий и распор, как правило, передается на конструкции высокого цокольного этажа. Целесообразность опирания треугольных арок
обуславливается уменьшения пролета покрытия, т.к. при опирании арок на уровне земли, из-за невозможности практической реализации помещений в приопорных зонах, увеличивается ширина здания и соответственно пролет арок. Такое решение заложено при строительстве крытого рынка в Архангельске (рис. 9.19.). Торговый павильон рынка решен в виде треугольной “лежащей” призмы с размерами в осях 66x30 м и высотой 14 м. Основные несущие элементы - трехшарнирные арки из клеенной древесины пролетом 22,3 м стрелой подъема 10 м. Шаг арок 6 м. Арки опираются на железобетонные устои. Сечение элементов арок 320x900 мм. По аркам уложены деревянные панели покрытия и кровля из алюминиевых профилированных листов.
/iM0
Узлы: а - коньковый; б - опорный; 1 - несущий элемент; 2 - утепленная вентилируемая панель; 3 - опорный шарнир; 4 - железобетонная опора;
5 - коньковый шарнир.
Рис. 9.19. Здание рынка в Архангельске.
Расчет арок
Основными нагрузками для арки являются: постоянная нагрузка, вес снега и ветер. Для пологих арок расчетным сочетаниям нагрузок являются два варианта: постоянная и временная (снег) по всему пролету, постоянная по всему пролету и временная на одной половине пролета. Ветровую нагрузку в расчете можно не учитывать. Для высоких стрельчатых треугольных арок наиболее неблагоприятным сочетанием является постоянная по всему пролету и временная (снег, ветер) с одной стороны пролета. Для складских зданий, оборудованных подвесным подъемно - транспортным оборудованием рассматриваются также нагрузки от максимальной грузоподъемности и веса оборудования. Схема нагрузок в зависимости от геометрии арок следует принимать в соответствии приложениям 3 и 4 (2).
Рис. 9.20. Схемы снеговых и ветровых нагрузок для арок кругового очертания и близких к данной форме.
Усилия от дух или более временных нагрузок, умножается на коэффициент сочетания нагрузок, равный 0,9. Затем определяются геометрические параметры арки, необходимые при расчете. По длине пролета арка разбивается на ряд сечений и вычисляются координаты этих сечений (х, у). По общеизвестным правилам строительной механики в каждом сечении при различных видах загружения вычисляются: изгибающий момент, нормальная и поперечная сила:
*♦♦♦**	♦	* q,
При р>15° снеговая нагрузка определяется по схеме двускатного покрытия (2), где Р угол касательной в коньке к горизонту
0,5
Рис. 9.21. Схемы снеговых и ветровых нагрузок для арок стрельчатого очертания.
М = М6 - Н • у; N = Q6 -sin<p + Н coscp;
Q = Q6  coscp - H -sirup,
где M6, Q6 - изгибающий момент и поперечная сила на расстоянии х от левой опоры, определяемые как для балки на двух опорах, ср - угол касательной в этих точках.
Расчетные усилия принимаются от наиболее невыгодного сочетания нагрузок.
Дальнейший ход расчета арки следующий:
1.	Принимаются размеры поперечного сечения арки, исходя из сортамента пиломатериала, с учетом припуска на механическую обработку. Для принятого сечения вычисляются F, W, J.
2.	Заданное сечение арки рассчитывается на прочность как сжато-изги-баемый элемент. При определении значение jV0 равно сжимающей силе в ключевом шарнире
где тп - коэффициент, принимаемый по табл. 6, уп - коэффициент надежности по назначению.
3.	Расчет на устойчивость в плоскости кривизны производится по формуле центрально-сжатого элемента, если отношение напряжений от изгиба к напряжениям от сжатия меньше 0,1;
где No - значение сжимающей силы в ключевом шарнире.
Расчетная длина элемента при расчете на прочность и устойчивость в плоскости кривизны равна /р = 0,58 S, где 5 - полная дуга арки.
4.	Расчет на устойчивость плоской формы деформирования производится по формуле
N (
--------+ ------5--- <1,0
5.	Расчет узловых соединений. Древесина проверяется на смятие. В опорных узлах сечение и сварные швы металлических деталей определяется в соответствии со СНиП 11-23-81 “Стальные конструкции. Нормы проектирования”. Болтовые соединения накладок в ключевом шарнире определяются от поперечной силы при односторонней максимальной снеговой нагрузки и ветра с той же стороны.
Расчет арок из прямолинейных элементов.
Особенности конструкции арки заключается во внецентренном приложении нормальной силы сжатия в узлах. Благодаря такому решению уменьшается изгибающий момент от поперечной нагрузки за счет изгибающего момента с обратным знаком от нормальной силы сжатия М = A/q - Ne
Расчет на смятие конькового узла,
— < Ьс ~
Рис. 9.22. Схема приложения усилий в опорном и коньковом узлах треугольных арок из прямолинейных элементов.
Рис. 9.23. Конструкция конькового узла арки с накладками и схема расчета.
Расчет на смятие опорного узла,
Ар	Я
I ~ "см 90-а ^см ’	, j ~ сна ^см '
Ьа	Ьп}
здесь RCMa и Лсм90.а - расчетное сопротивление древесины на смятие, при соответствующих углах между направлением волокон и направлением усилия; тсм = 0,8 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений смятия.
Расчет нагельного соединения накладок конькового узла (рис. 9.23) заключается в проверке древесины на смятие в нагельных гнездах арки и накладок, а также изгиба нагеля. Усилия в ближних к стыку нагелей Rj и дальних 7?2 определяется по формуле,
r^.r2-_-Q_
1-5. ’	5.-1 ’
где Q - балочная поперечная сила от односторонней снеговой нагрузки.
Принимается диаметр нагеля и по формулам табл. 17 (1), определяется ^min ~ минимальная несущая способность нагеля на один шов сплачивания из условия смятия древесины и изгиба нагеля. В данном случае рассматривается симметричное двухсрезное соединение. Следовательно, в этом случае в каждом сечении по линии действия усилий R7 и Т?2> количество нагелей определяется по формуле
R1
И =——
6 2Т . mm
”б тс .
min
Рамы
Трехшарнирные клееные деревянные рамы, также как и арки, относятся к распорным конструкциям, и применяются для однопролетных зданий с двускатным покрытием. Рама состоит из двух полурам, стыкованных между собой в коньковом узле. Полурама состоит из стойки и ригеля. При изготовлении полурам из прямолинейных элементов стойка и ригель должны стыковаться в карнизном узле. При изготовлении гнутоклеенных полурам, которые представляют собой единый элемент, между прямолинейными участками стойки и ригеля имеется гнутоклеенный участок с требуемым радиусом кривизны. Распор, как правило, воспринимается фундаментами. При стандартных углах наклона ригеля в 14-18° в зоне карнизного узла, возникают значительные изгибающие моменты, поэтому пролет рам с такими габаритами не превышает 15-18 м, при шаге 3-4,5 м. Для складских зданий больших пролетов до 60 м, где имеется опыт применения рам, угол наклона ригеля увеличивается до 40-50°, что позволяет снизить изгибающий момент в карнизном узле, но при этом значительно увеличивается высота здания.
Как прямолинейные, так и гнутоклеенные рамы имеют прямоугольное сечение, постоянное по ширине и переменное по высоте. Максимальная высота сечения в карнизной зоне полурамы.
Первые трехшарнирные рамы из прямолинейных элементов изготовлялись с фанерными накладками в карнизных узлах. Такие рамы применялись в производственных сельскохозяйственных зданиях. Достоинство таких рам в технологичности изготовления сопряжения ригеля со стойкой, путем склеивания накладок из бакелизированной фанеры на эпоксидном клее. Однако, надежность таких соединений невелика, ввиду того, что в клеевых швах по плоскостям склеивания накладок с древесиной имели место значительные внутренние напряжения от циклических температурно-влажностных деформаций при эксплуатации, которые усугублялись различием деформационных характеристик древесины и фанеры, волокна которых были в различных напряжениях. Затем были разработаны рамы с биссекгрисным стыком в карнизном узле на зубчатый шип, который нарезался на концах регеля и стойки через все сечение. Сечение стойки и ригеля имели переменное сечение и могли изготавливаться из одного клеенного пакета путем диагональной распиловки, чем обеспечивалась требуемая высота в карнизном узле.
Простота в технологии изготовления рам с такими узлами весьма заманчива. Однако, как показали исследования, выполненные в ЛИСИ и ЦНИ-ИСК соединение ригеля со стойкой биссекгрисным стыком на зубчатый шип также не надежно. Конструкция узла предопределяет неравномерность напряжений по биссектрисному сечению усугубляющееся концентрацией напряжений. Дальнейшие исследования в части обеспечения надежности карнизного стыка показали, что рациональной областью применения клееных деревянных рам из прямолинейных элементов являются сборно-раз
борные рамы с монтажным стыком в карнизе на металлических деталях с вклеенными стержнями. Благодаря возможности сборки в карнизном узле, рама может быть выполнена из прямолинейных отправочных марок, что обеспечивает возможность транспортировки в отдаленные районы. Однако нетехнологичность и трудоемкость такого соединения не позволяют использовать эти конструкции в массовом строительстве.
Реальной альтернативой рамам из прямолинейных элементов стали гну-токлеенные рамы, производство которыхв 80-е годы составляло 20-25% от всего объема выпускаемых конструкций в СССР. Высокая технологичность изготовления полурам, надежность этих конструкций в эксплуатации, простота монтажа компенсировало несколько более высокую стоимость. Повышенная стоимость гнутоклеенных полурам обуславливается тем, что из-за малого радиуса кривизны в карнизной зоне, клеенный пакет набирался из досок 19-24 мм. А использование таких досок ведет к повышенному расходу древесины, клея и трудозатрат.
Недостатком гнутоклеенных рам является то, что при строительстве требуется организация карнизного узла здания для крепления стеновых панелей и карнизных плит (рис. 8.7.), а также несколько усложняется связевая система, обеспечивающая продольную устойчивость здания. Это объясняется наличием сжатой зоны по внутренней кромки рам в карнизной зоне. В то же время сжатая зона в ригеле находится, как у изгибаемых элементов, выше нейтральной оси и система связей и прогонов размещена по верху сечения.
Полурама, так же как и полуарка, представляет собой сжатоизгибаемый элемент, расчет на прочность и устойчивость в плоскости кривизны осуществляется аналогично. Отличие заключается только в том, что при определении нормальных напряжений на наружной и внутренней кромки криволинейного участка с малым радиусом полурам момент сопротивления сечения корректируется на коэффициенты Кгн и Кгв.
При отношении высоты сечения h к радиусу кривизны центральной оси г- ..	Г4, о
7) ’
криволинейного участка
1-0,5-
—V
1-0,17 —
Устойчивость плоской фермы деформирования трехшарнирных гнутоклеенных рам проверяется аналогично аркам. Расчетная длина сжатоизгиба-емого элемента при этом принимается равной длине осевой линии полурамы.
9.4. Колонны
В здания с несущими деревянными конструкциями покрытия индустриального изготовления (балки, фермы), опорными конструкциями являются стены или колонны. Наряду с железобетонными колоннами, применяются и колонны из древесины, хотя по сравнению с деревянными конструкциями покрытия, объем их применения невелик, что объясняется сложностью узла крепления колонны с железобетонным фундаментом. Чаще применяются клееные деревянные колонны. Реже составные из брусьев. Высота сечения наружных колонн h = 1/16 -1/12 длины колонн, а ширина Л/4 - й/2. Для внутренних колонн допускается квадратное сечение.
Колонны из двух или нескольких брусьев, соединенные по длине болтами называются составными. Высота этих колонн ограничена сортаментом на пиломатериалы длиной 6,5 м, хотя по заказу выпиливаются брусья длиной до 9 метров. Брусья могут сплачиваться болтами, как непосредственно друг с другом, так и через прокладки, в зависимости от требуемой высоты поперечного сечения и экономии материала (рис. 9.24.). Клееные деревянные колонны технологичны в изготовлении, однако стоимость их значительно выше. Размеры поперечного сечения и длина могут быть любыми. Сечение клееных колонн в основном прямоугольное, постоянное или переменное по высоте. Предпочтительнее колонны постоянного сечения. Такая форма отвечает требованиям технологичности, огнестойкости. По сравнению с составными, клееные колонны имеют более высокий предел огнестойкости.
Наиболее ответственным местом в колоннах являются их опорные узлы. В зависимости от расчетных и конструктивных требований варианты узлов применяются различными.
Для варианта с шарнирным креплением клееных колонн на рис.9.25., показан опорный узел закрепления в фундаменте с помощью швеллеров. Колонна установлена между замоноличенными в бетонный фундамент швеллерами. Соединение ее со швеллерами обеспечивается болтами. Болты установлены в отверстия в полках швеллера. Отметим, что наружное расположение болтов не ослабляет расчетное сечение стойки. Швеллеры располагаются по боковым граням стоек, чтобы не было препятствий при монтаже стеновых ограждений. Натяжение болтов осуществляется через металлические шайбы достаточной для изгиба толщиной или профильной стали.
Этот вариант рекомендуется лишь для двухшарнирных поперечников зданий, где расчетной схемой предусмотрено шарнирное крепление стоек к фундаментам и жесткие узлы крепления ригеля к колоннам.
Основной расчетной схемой поперечника здания с колоннами, является схема с жестким защемлением колонн в фундаменте. Если для железобетонных и стальных колонн решение этого узла не представляет сложности, то сочетание древесины, металла и бетона в одном узле является сложной задачей, как с точки зрения обеспечения минимальной податливости, так 6*	163
Рис. 9.24.'Виды деревянных колонн: А - составная колонна из брусьев; ь - составная стойка с прокладками; В - дощатоклееная колонна с постоянным и переменным сечениями по высоте.
и с точки зрения обеспечения долговечности древесины. Поэтому нет типового варианта стыка и при проектировании принимаются различные проектные решения. Один из первых вариантов этого решения представлен на рис. 9.26. В опорной части стойки имеются деревянные накладки, которые стянуты расчетным количеством болтов. Анкерные болты фундаментов закреплены с помощью гаек к консольным выступам уголков, обжимающих накладки. Такой вариант не нашел широкого применения, вследствие податливости болтовых соединений и наличия накладок, которые мешают установке стеновых панелей.
Чтобы избежать накладок разработан узел, представленный на рис. 9.27. Здесь анкерные болты затянуты к стальным анкерным столикам, которые закреплены на свободной части стойки.
Рис. 9.25. Конструкция шарнирного крепления колонн: 1 - стойка; 2 - фундамент;
3 - швеллера.
Но в этом случае, вследствие уменьшения расстояния между анкерами (h0), в них значительно увеличиваются усилия. А это требует увеличения количества нагелей для крепления анкерных столиков и не снимает проблему податливости соединения.
Этот недостаток исключается в конструкции узла, показанной на рис. 9.28, где отсутсвуют нагельные соединения, а используются вклееные стержни. Крепление выпусков вклееных стержней осуществляется на гайках в коробчатых башмаках. В остальном принципы конструирования те же, 165
Рис. 9.26. Узел крепления колонны: 1 - стойка; 2 - накладка;
3 - анкер; 4 - болты; 5 - гидроизоляция; 6 - уголок.
Рис. 9.27. Узел крепления колоны: 1 - стойка; 2 - анкеры; 3 - болты; 4 - анкерные столики.
что и в предыдущем варианте. Защемление деревянных стоек с помощью вклееных в колонны арматурных стержней встречается в опыте проектирования некоторых зарубежных фирм. Идея у них общая, вклееная арматура крепится с металлическим башмаком или устанавливается непосредственно в железобетоне фундамента и замоноличивается.
В ЦНИИПромзданий разработан опорный узел с нижней железобетонной частью (рис. 9.29). Соединение верхней деревянной части с нижней железобетонной частью осуществляется на заводских условиях. Вклеивание арматурных выпусков из железобетонной секции производится в заранее подготовленные открытые пазы деревянной секции, в специальной оснаст-
Рис. 9.28. Узел клееной колонны с вклееной арматурой: 1 - стойка; 2 - вклеенная арматура;
3 - металлическая база; 4 - анкерный болт; 5 - поперечная арматура.
ке с последующей защитой их дощатыми накладками. Оснастка состоит из винтового домкрата и тяжей с пазами. В оснастке торцы железобетонного и деревянного элементов прижимаются под давлением 0,2 - 0,3 МПа. Перед обжатием торцы соединяемых элементов промазываются эпоксидным компаундом густой консистенции. При обжатии арматурные стержни входят в пазы деревянного элемента. После обжатия эпоксидно-цементный компаунд более жидкой консистенции заливают в пазы деревянного элемента с одной стороны колонны. После равномерного обволакивания компаундом арматурных стержней, необходимое количество его дополняют до краев пазов и закрывают пазы защитными досками на клею с гвоздевой запрессовкой. Защитные доски должны иметь точную подгонку к деревянному элементу, чтобы при переворачивании колонны не происходило вытекания клея из пазов. После непродолжительной выдержки, колонна переворачивается с помощью крана на противоположную грань и операция вклеивания арматурных стержней повторяется в том же порядке.
Необходимо отметить, что наличие железобетонной секции позволяет монтировать стойку наиболее распространенным способом, аналогично монтажу сборных железобетонных колонн, с замоноличиванием в стакане фундамента. Это обеспечивает надежное защемление колонны в фундамен
те. Однако вследствии технологических сложностей эти колонны не нашли широкого применения.
Для зданий с химически агрессивной средой в качестве базы колонн используют стеклотестилит, образующий двутавровый профиль и соединенный с ветвями клееной колонны на вклееных стержнях поперек волокон древесины (рис. 9.30). Это решение разработано в ЦНИИСК им. Кучеренко и реализовано при строительстве склада калийных солей.
а - л
Рис. 9.29. Стойка дощатоклееная с нижним железобетонным элементом: 1- дощатоклееная секция; 2 - железобетонная секция; 3 - арматурные стержни; 4 - металлическая пластинка; 5 - защитные доски; 6 - железобетонный стакан фундамента; 7 - гвозди.
Расчет клееных деревянных колонн
В зависимости от схемы нагружения колонна расчитывается на центральное сжатие или на сжатие с изгибом и проверяется на устойчивость плоской формы деформирования. Предельная гибкость для колонн 120, расчетная длина колонн в плоскости рамы принимается 2,2/7, а из плоскости рамы равна расстоянию между узлами связей в плоскости стен.
фундаментом при строительстве склада Рис 9 32 Расчнтная схема для определения усилия калийных солей.	.
растяжения в анкере фундамента.
Проверка прочности сечения в пяте колонн и подбор сечения анкерных креплений производится на усилия, получаемые по результатам расчета поперечной рамы каркаса здания (рис. 9.31). На раму действует система вертикальных и горизонтальных (ветровая нагрузка) нагрузок. При действии горизонтальных нагрузок стойки, соединенные с ригелем, работают совместно. Такая рама представляет собой один раз статически неопределимую систему. За лишнюю неизвестную принимают силу х, приложенную на уровне верха стоек по оси нижнего пояса ригеля.
NO»N„+Ng
Рис. 9.31. Расчетная схема поперечника деревянного здания.
При определении неизвестной х считается, что жесткость ригеля £Vp ®00 . Тогда отклонения верха левой и правой стоек можно приравнять /л =/п-
Значения/л и /п определяются, как для защемленных консольных балок и будут равны:
W,H3 q,H4 хН3 W2H3 + q2H4 xtP_
3EJ + 8EJ 3EJ '	~ 3EJ + 8EJ 3EJ '
Из равенства/, =/п получим:
W,-W2 2
+ —-%)
где q\,g2- погонные горизонтальные ветровые нагрузки на стены, соответственно активное и отрицательное давление; IV2 - сосредоточенные силы от ветровых нагрузок на поверхность по высоте ригеля, которые приложены на уровне верха стоек. Расчетный изгибающий момент в основании стоек равен:
М =^-+W.H-xH .
2	'
М h
При отношении ~ ~ , где h - высота сечения колонны, aN„- усилее от постоянной нагрузки считается, что все сечение сжато и анкера крепления к фундаментам устанавливаются конструктивно, при этом суммарная площадь их сечения должна составлять не менее 1% площади сечения колонн.
М h
Если >, > х то сечение колонны сжато не по всей площади и в части Nn 6
анкеров возникают растягивающие усилие ?/, которое определяется по приближенной формуле (рис. 9.32.),
Площадь сечения растянутых анкеров, в данном случае двух анкеров,
определяется из условия
R.
где 7?а - расчетное сопротивление рас-
тяжению стальных анкеров.
9.5. Обеспечение пространственной устойчивости зданий
Каркасы зданий, посредством узловых соединений несущих и опорных конструкций, должны обеспечивать пространственную работу и передачу усилий от всех видов нагрузок и воздействия, в том числе монтажных и случайных, на фундамент. Элементы конструкций здания, их размещение и соединение между собой должны обеспечивать надежное восприятие внешних сил любого направления. При этом необходимо так компоновать каркас, чтобы усилие различных направлений были бы кратчайшим путем доведены до фундамента. Невозможность создания достаточно жестких узлов соединения элементов каркаса зданий, заставляет использовать связевые элементы, обеспечивающие геометрическую неизменяемость каркаса. Геометрическая неизменяемость обеспечивает работу отдельных конструкций в соответствии с расчетной схемой, принятой на стадии проектирования, а при качественном изготовлении и монтаже конструкций, обеспечивает надежность здания и сооружения, при выполнении соответствующих требований по условиям эксплуатации.
Каркасы зданий с применением деревянных конструкций проектируются таким образом, чтобы несущая способность (прочность и жесткость) поперек здания обеспечивалась поперечными рамами, а вдоль здания продольными элементами каркаса (прогоны, подстропильные балки, связевые элементы). Связи в виде диагональных или крестовых элементов применяются в случае использования в качестве ограждающих конструкций сборных плит покрытия и панелей стен на деревянном каркасе, т.к. податливость их креплений к несущим конструкциям не гарантирует жесткости каркаса. При использовании в качестве ограждающих конструкций деревянных настилов по покрытию и обшивке стен досками, то от связевых элементов можно отказаться, если направление досок диагональное и они прибиваются во всех местах пересечения с несущими конструкциями и прогонами. Для малых пролетов достаточно одинарного диагонального настила. Для больших пролетов необходим двойной настил с взаимно перпендикулярным направлением досок каждого слоя.
Для небольших зданий общая устойчивость обеспечивается обшивкой стен и досками в диагональном направлении, а покрытия, в целях экономии, можно накрывать широкими досками в продольном направлении, но при условии крепления их двумя гвоздями в каждом пересечении с балками или стропилами. Гвозди должны быть смещены к краям досок в соответствии с требуемой расстановкой, чтобы плечо этих гвоздей было максимальным. Это позволит получить достаточно жесткое соединение настила с несущими конструкциями и обеспечит геометрическую неизменяемость покрытия.
Поперечную устойчивость каркасных зданий с применением индустриальных несущих и ограждающих конструкций обеспечивают поперечные рамы, которые по расчетной схеме рассматриваются как двух и трехшарнирные.
Двухшарнирные рамы, как правило предусматривают шарнирное соединение несущей конструкции покрытия с колоннами. Колонны, которые могут быть железобетонными, металлическими или деревянными, должны быть жестко защемлены в фундаментах. Это жесткое соединение воспринимает изгибающие моменты и поперечную силу от горизонтальных усилий, действующих в плоскости рамы. Колонны в этом случае частично воспринимают и продольные усилия в зданиях. Встречаются двухшарнирные рамы с шарнирами на фундаментах. В этом случае конструкция рамы любого профиля, прямолинейного, криволинейного, или ломаного очертания должна быть неразрезной с жесткими соединениями в местах переломов. Поскольку габариты таких конструкций значительны и вызывают затруднения, как при изготовлении или сборке, так и при монтаже, эта схема менее предпочтительна.
Трехшарнирная рама предусматривает шарниры на фундаментах и третьего шарнира в коньке, где стыкуются несущие элементы поперечника. Основными несущими элементами такого вида поперечника является полурамы или полуарки.
Продольная устойчивость каркаса здания обеспечивает связевая система. Связевая система состоит из связевых блоков и продольных элементов (прогоны стен и покрытия, ребра панелей стен и плит покрытия, распорки обеспечивающими устойчивость несущих конструкций из плоскости деформирования). Связевый блок состоит из двух, рядом стоящих поперечных рам, связанных между собой треугольной решеткой из деревянных элементов или крестовых стальных стержней, работающих попеременно на растяжение при том или другом направлении нагрузки. Расстояние между связе-выми блоками не более 30 м.
В плоскости стен или покрытия связевый блок представляет собой ферму с параллельными поясами, где поясами фермы являются несущие элементы каркаса. Раскосы этой узловой фермы крепятся к несущим элементам каркаса рядом с верхней кромкой, таким образом, что верхняя грань связей была на 50-100 мм ниже плоскости покрытия.
У трехшарнирных распорных конструкций, где эпюра изгибающих моментов меняет знак по длине полуарок или полурам при необходимости, выявленной на стадии расчета, дополнительно раскрепляется и нижняя сжатая кромка.
У двухшарнирных рам с ригелем в виде фермы, связевой блок решается в виде связей по колоннам и связей по верхнему поясу ферм. Для треугольных и сегментных ферм других связей не рекомендуется. Для шпренгель-ных систем, а также ферм, ось нижнего пояса которых ниже отметок опор, устанавливаются вертикальные связи покрытия по стойкам ферм (рис. 9.33). Для большей надежности их следует устанавливать попарно и в пределах связевой системы. Также вертикальные связи покрытия рекомендуются при возможности действия нагрузок на нижний пояс конструкций (на-172
пример, тормозная сила тельфера при подвеске к балкам или фермам). Применение трапецевидных ферм требует установки вертикальных связей покрытия по опорным стойкам ферм. Опорные зоны высоких балок так же требуют раскрепления их верхней части.
Расчет узловой связевой формы производится на горизонтальные усилия, действующие вдоль здания равномерно по всему пролету. Они складываются из внешних силовых воздействий (ветра, сейсмики, тормозных усилий тельфера и др.) и внутренних усилий, возникающих при воздействии вертикальных нагрузок, вследствии отклонения от вертикали при монтаже, погиби из плоскости.
Нагрузка прикладывается узловая, при этом расстояние между узлами раскосов принимают в соответствии с требованиями по гибкости пояса несущей конструкции из плоскости деформирования от вертикальной нагрузки. Нагрузка на узел принимается Р = (<?, + qm ) S , где qr - интенсивность горизонтальной внешней нагрузки; 5 - расстояние между узлами; <?вн - интенсивность горизонтальной нагрузки от внутренних усилий, которая определяется по формуле
„ п
<1т = КЧ.~
где qt, - внешняя интенсивность вертикальной нагрузки; 2 - количество связевых ферм на длине 30 м; п - количество несущих конструкций в части здания длиной не более 30 м; К - величина в % от расчетной вертикальной
( f М нагрузки, 3% для ферм, однопролетных балок и пологих арок — < — ,
\ е 6J
1,5% для трехшарнирных рам и высоких арок.
Рис. 9.33. Схема связей каркаса: 1 - связевый блок; 2 - вертикальные связи; 3 - наклонные связи; 4 - прогоны (распорки).
Рис. 9.34. Крепление прогонов к кирпичной кладке.
Расчет связевых ферм производится в предпосылке шарнирности узлов крепления раскосов без учета податливости соединений, в предположении центральной передачи усилий с осью верхнего пояса ферм или осью балок, арок. При определении горизонтальных нагрузок от ветра, внутренних усилий и усилий торможения тельфера к суммарным значениям вводится коэффициент сочетания нагрузок, равный 0,9.
Для совместной работы пары колонн, воспринимающих опорные реакции связевых ферм, предусматривают вертикальные связи. Эти связи могут быть раскосными из древесины или крестовыми из металлических стержней.
Пространственная жесткость зданий дополнительно обеспечивается фахверком торца, который воспринимает значительную долю ветровых нагрузок, встроенными сооружениями. При этом должно удовлетворяться требование, чтобы низ стоек стоек фахверка, эстакад и т.д. был жестко закреплен, а верх давал возможность свободного вертикального перемещения несущих конструкций покрытия от временных нагрузок.
При строительстве зданий с кирпичными стенами, высота продольных стен должна обеспечивать равномерный уклон верхнего пояса. При перекрытиях трапецивидными фермами стена должна быть высотой до отметки верха опорной стойки фермы. Торцевые стены должны повторять профиль несущей конструкции и заключаться параметром, возможно с уступами высотой не более 50 см выше отметки кровли, во избежании снеговых мешков. В этом случае ветровые нагрузки воспринимаются кирпичными стенами, толщина которых и конструкция принимаются исходя также и из расчета на ветровые нагрузки. Общая устойчивость покрытия не требует связевых форм и обеспечивается продольными неразрезными прогонами закрепленными в кирпичную кладку торцов рис. 9.34. Однако, такое решение рекомендуется для зданий длиной до 20 м. В зданиях свыше двадцати метров, следует создавать связевой блок из двух ферм, по правилам, изложенным выше. Усилия для расчета раскосов и узлов подбирается аналогично, без учета ветровой нагрузки.
Глава 10. Пространственные конструкции
10.1.	Пространственные конструкции из древесины
В пространственных конструкциях все конструктивные элементы включаются в общую работу в большей или меньшей степени, и ориентация их обеспечивает передачу усилий от одних элементов к другим в направлении опор. Поэтому более эффективное использование прочностных свойств материала в связи с оптимальным положением элементов в пространстве позволяет снизить материалоемкость покрытия. Но при этом повышаются трудозатраты, усложняются узлы соединений элементов, что ограничивает область применения этих конструкций.
Пространственные конструкций могут быть прямолинейными (структуры), но в основном имеют криволинейное очертание. Криволинейные конструкции по конструктивной схеме бывают ребристые и с гладкими, разнесенными между собой, поверхностями, расстояние между которыми обусловлено требованием к устойчивости, особенно при несимметричных нагрузках. Опирание пространственных конструкций возможно как на стены, по двум или четырем сторонам, так и на отдельные колонны. Возникающий у криволинейных конструкций распор воспринимается жестким контуром либо системой затяжек.
Из множества форм пространственных конструкций наиболее рациональными при использовании древесины являются своды, короткие цилиндрические оболочки, купола и структурные покрытия.
Первыми пространственными конструкциями с применением древесины были тонкостенные своды. Конструкция представляет собой несколько перекрещивающихся сплошных и разреженных настилов, соединенных в одно целое гвоздями. Вследствие этого пороки древесины, перенапряжения или даже разрушение отдельных элементов не влекут за собой разрушение всей конструкции и вызывают лишь перераспределение усилий в соседних элементах свода. Кроме того, достоинствами данных конструкций является то, что древесина одновременно используется в конструкций не только как конструкционный материал, но и как теплоизоляционный материал в связи с малой теплопроводностью древесины поперек волокон. Такие решения пространственных дощатых конструкций на податливых гвоздевых сопряжениях отвечали не только потребностям, но и возможностям строительства. Они обеспечивали необходимые темпы и экономичность строительства, были просты в производстве и надежны в эксплуатации. В дальнейшем, однако, выявилась ограниченность области применения этих конструкций из-за малых пролетов сооружения. С увеличением пролета возникла проблема устойчивости, особенно при наличии сосредоточенных или односторонних нагрузок. Решение проблемы устойчивости тонкостенного свода было предложено и реализовано В.Г. Шуховым при строительстве выставочных пави-
льонов пролетом от 12 до 20 м в Нижнем Новгороде. Устойчивость свода обеспечивалась наклонными тяжами, а распор воспринимался затяжкой (рис. 10.1.). Однако более радикальное решение заключается в увеличении
4
Рис. 10.1. Схема пространственного сводчатого деревянного покрытия.
толщины свода. Поэтому вполне естественным было создание кружальносетчатых сводов, в которых высота конструкции обеспечивалась использованием досок по ширине. Для реализации этого принципиально нового решения были использованы унифицированные короткие элементы - косяки, соединенные между собой в двух пересекающихся направлениях с исполь-176
зование болтов. Верхние грани косяков опиливались по радиусу кривизны, соответствующему радиусу свод, что позволяло укладывать по ним дощатый настил. Распор воспринимался либо затяжками, либо стенами с контрфорсами (6).
Однако сложность изготовления и высокие трудозатраты ограничивали применение этих конструкций. И с развитием индустрии клееных конструкций появились новые конструктивные решения сводов. Для небольших пролетов это решается путем клеевого соединения фанерных обшивок к внутренним и наружным граням гнутоклееных ребер свода, с заполнением полости утеплителем из негорючих материалов - клеефанерный свод. В качестве примера можно привести сборный клеефанерный свод для транспортерных галлерей складов минеральных удобрений, разработанный проектным институтом Госгорхимпроект и ЦНИИСК им. Кучеренко (рис. 10.2.). Свод состоит из двух скорлуп, соединенных между собой в коньке. Скорлупа состоит из гнутоклееных ребер, прогонов, подкрепляющих обшивку из водостойкой фанеры. Между обшивками уложен утеплитель из минераловатных
Рис. 10.2. Клеефанерный свод.
плит. Недостатками этих конструкции являются трудности с транспортировкой скорлуп из-за значительных габаритов. С увеличением пролета такое решение из-за значительной толщины свода, становится экономически нецелесообразным вследствие перерасхода утеплителя. В этом случае требуемая высота создается гнутоклееными ребрами, а ограждающая конструкция закрепляется на верхней грани ребер. Отсюда и название - ребристые своды.
Ребристый свод является наиболее простой и надежной конструкцией, так как по своей расчетной схеме свод представляет собой двух или трехшарнирную арку таврового сечения, где за стенку тавра принимается ребро, а за полку тавра - конструкция ограждения свода. Расчетная ширина полки тавра, необходимая для определения геометрических изгибных характеристик зависит от конструкции отражения свода и крепления его к ребрам. Для клеефанерных сводов за расчетную ширину полки тавра следует принимать размер не более двух высот сечения ребра.
При проектировании ребристых сводов с диагональным дощатым настилом необходимо учесть, что реальная картина напряженного состояния может резко отличаться от расчетной. Это может объясняться как некорректностью расчета из-за сложности создания адекватной расчетной модели, так и большей вероятностью несоответствия количества гвоздей проектного решения с фактом исполнения. Объективную картину в этом случае могут дать только экспериментальные исследования. Поэтому пространственную работу такого свода рекомендуется брать в запас прочности. Работу дощатого настила можно учесть при расчете ребер, принимая высоту сечения ребра равной сумме высоты ребра и толщины настила.
Предлагаемые архитекторами и реализованные в железобетоне призматические складчатые своды, многоволновые цилиндрические своды и треугольные складки не рекомендуются исполнять в деревянных конструкциях из-за образования в "ендовах" снеговых мешков, что приводит к нарушению кровли и увлажнению древесины. Кроме этого, особенно в складчатых сводах, сложно смоделировать расчетную схему, которая была бы адекватна работе конструкции вследствие сложности узловых сопряжений и их податливости. В то же время замена древесины на конструкционный стеклопластик решает эти проблемы. Известны складчатые своды из стеклопластиковых ромбовидных элементов, которые имеют фланцы по контуру. При сборке свода фланцы смежных ромбов соединяют на болтах с герметизацией швов.
Цилиндрические оболочки. Отличие цилиндрических оболочек от сводов заключаются в том, что опирание сводов осуществляется на фундаменты или стены по всей длине, а опирание цилиндрической оболочки осуществляется по углам на колонны, при этом за пролет принимается расстояние перекрываемого здания (L), а за длину оболочки - шаг колонны (S) (рис. 10.3. а).
Цилиндрические оболочки в зависимости от отношения S/L бывают ко-178
Рис. 10.3. Схема короткой цилиндрической оболочки и купола.
роткими и длинными. Для металлодеревянных оболочек наиболее рациональными являются короткие оболочки с отношением S/L 1/3-М/4. Эффективность оболочек по расходу материала, в сравнении с арочными плоскими конструкциями, увеличивается по мере увеличения пролета до 40 - 50 м. Увеличение пролета свыше 50 м не рекомендуется, и связано это с конструктивными трудностями.
Контур оболочки состоит из диафрагм, в виде клееных двухшарнирных арок с металлической затяжкой или сегментных металлодеревянных ферм, стальных бортовых элементов, жестко связанных с опорными узлами диафрагмы. Для обеспечение жесткости и устойчивости покрытие подкрепляется ребрами жесткости. Опирание оболочки осуществляется по 4 точкам. За исключением приопорных зон покрытие оболочки воспринимает сжимающие усилия во взаимно-перпендикулярных направлениях. В приопорных (угловых) зонах оболочки возникают значительные растягивающие усилия. В связи с этим приопорные угловые зоны необходимо усиливать стальными стержнями, закрепленными к диафрагмам и бортовым элементам.
При проектировании коротких металлодеревянных оболочек принимаются следующие конструктивные параметры:
-	отношение стрелы подъема к пролету 1/6L;
-	высота сечения арок 1/50 ч- 1/70L;
-	высота бортовых элементов 1/12 ч- 1/15L.
Расчет цилиндрических оболочек, как многократно статически неопределимых систем, рекомендуется выполнять точными методами, используя программные комплексы расчета пластинчато-стержневых систем. При расчете должны рассматриваться несколько вариантов расчетных схем. Кроме этого, все элементы оболочки должны быть проверены расчетом на монтажные нагрузки.
При рассмотрении расчетных схем с учетом работы плит покрытия необходимо обеспечить при конструировании сдвиговую жесткость плиты введением в каркас диагональных элементов, а также обеспечить жесткое соединение плит между собой и несущими элементами оболочки.
В ЦНИИСК им. Кучеренко К.П. Пятикрестовским, И.Н. Соловьевым и одним из авторов учебника разработана короткая цилиндрическая оболочка для покрытия катка с искусственным льдом пролетом 42 м на центральном стадионе "Локомотив" в г. Москве (рис. 10.4.).
Конструкции оболочки состоят из бортовых элементов длиной 12 м, арок-диафрагм пролетом 42 м, арок ребер, устанавливаемых на бортовые элементы с шагом 3 м между диафрагмами, распорок между арками-ребрами, сборных плит покрытия и угловых стержней. Шаг колонн 12 м.
Бортовые элементы выполнены в виде сварных двутавровых металличе-
Рис. 10.4. Монтаж цилиндрической оболочки.
ских балок высотой 1000 мм, шириной полок 300 мм, толщиной 20 мм. Арки диафрагмы из клееной древесины, затяжки из стальных швеллеров. Сечение арок-диафрагм - 2(140) х 1000 мм, т. е. высота сечения равна 1/42 пролета, сечение арок-ребер -140 х 800 мм (1/53 пролета). Последующие проработки показали, что высоту сечения арок-ребер можно еще уменьшить (до 1/70 пролета). Распорки сечением 140 х 400 мм, шаг 3 м, крепятся к аркам при помощи "карманов". Фиксация арок при монтаже производилась путем стягивания их до упора в распорки монтажными тяжами.
Плиты размерами 3 х 1,5 м на деревянном каркасе с дощатыми обшив-180
ками устанавливаются на черепные бруски арок так, чтобы верхние грани плит и арок были на одном уровне. В углах оболочки арки-диафрагмы соединены с бортовыми элементами - арматурными стержнями, проходящими по верху плит. Каркас плиты представлял собой систему продольных и поперечных ребер с нижней обшивкой из строганных досок. Сдвиговая жесткость каркаса была обеспечена диагональными досками обшивки. В полости плит укладывались паро- и теплоизоляционные материалы. Совместная работа плит и арок достигалась устройством полимерцементных шпонок в стыках. По верху плит устраивался одинарный диагональный разреженный настил из досок, укладываемых параллельно угловым стержням оболочки, который, помимо увеличения сдвиговой жесткости плит, обеспечивал вентиляцию утеплителя. Вентиляция плит осуществлялась от карниза к коньку, где расположен дефлектор, выполняющий также функции проходного мостика для обслуживания кровли.
Купола (рис. 10.5.) являются наиболее перспективной формой пространственных конструкций из древесины для больших диаметров. Известные решения куполов из клееных деревянных конструкций прикрывают пролеты более 100 м. Наиболее рациональной конструкцией купола являются ребристо-кольцевые купола на круглом или многоугольном плане с высотой 1/2 -г 1/3 диаметра (рис. 10.3, б).
Рис. 10.5. Здание рынка.
Каркас купола представляет собой стержневую систему, состоящую из меридианальных ребер криволинейного очертания для здания на круглом плане или прямолинейных ребер для здания на многоугольном плане (многогранный купол) и кольцевых гнутоклееных, с радиусом кривизны равным радиусу меридианальных ребер, или прямолинейных ребер (для многогранного купола).
Меридианальные ребра сопряжены с нижним опорным контуром и верхним кольцом. Опорный контур помимо вертикальной реакции от купола воспринимает горизонтальную реакцию (распор), т. е. воспринимает растягивающие усилия. Величина этих усилий зависит от диаметра купола и может достигать значительной величины. Поэтому опорный контур выполняется из стали или железобетона по сплошной железобетонной плите фундамента. Верхнее кольцо чаще всего изготавливается из стали и воспринимает усилие сжатия от меридианальных ребер. Верхнее кольцо монтируется на временной опоре, которая демонтируется - этот процесс называется "рас-кружаливанием" - после заделки всех стыков меридианальных и кольцевых ребер и устройства ограждающих конструкций. Кольцо конструируется таким образом, чтобы обеспечить центровку меридианальных арок при монтаже и вентиляцию ограждающих конструкций, а также обеспечить при необходимости крепление свето-аэроционного фонаря (рис. 10.6).
Высота поперечных меридианальных ребер зависит от участия в работе купола ограждающих конструкций. Если элементы ограждения не обеспечивают совместной работы с элементами каркаса и не учитываются расчетом, то высота сечения составляет 1/50 -= 1/60 диаметра купола.
Высота поперечного сечения элементов кольцевых ребер зависит от отметки, на которой они расположены, т. к. нижние кольца работают на растяжение, а верхние на сжатие, а также от конструктивного решения растянутого стыка с меридианальными ребрами. Этот узел является самым сложным и ответственным элементом, который обеспечивает пространственную работу купола. Отсутствие жестких стыков кольцевых и меридианальных ребер превращает пространственную конструкцию купола в набор плоских пересекающихся в вершине трехшарнирных арок, сечения которых будет недостаточно для восприятия постоянных и временных нагрузок. Поскольку надежное решение жесткого стыка получить сложно, то для куполов пролетом более 50 м меридианальные ребра между кольцевыми элементами рекомендуется соединять между собой системой крестовых связей из стальных стержней.
Дополнительная жесткость купола обеспечивается настилом под кровлю. Настил может быть выполнен из двух диагональных слоев досок, закрепленных к кольцевым и меридианальным ребрам. При этом необходимо обеспечить разбежку стыков смежных рядов. При панельном варианте ограждающих конструкций (в основном для конических куполов) необходима тщательная проработка крепления панелей к ребрам каркаса купола.
Рис. 10.6. Верхнее кольцо купола.
Расчет куполов, по рекомендациям К.П. Пятикрестовского, следует выполнять точными методами, рассматривая расчетную схему, конечными элементами которой являются элементы каркаса купола. При этом следует моделировать податливость сжатых и растянутых стыков кольцевых элементов с меридианальными ребрами. Работой ограждающих конструкций в составе каркаса купола следует пренебречь.
Металлодеревянные структурные покрытия. По сравнению со стальными структурами металлодеревянные структуры имеют значительно меньший расход металла в связи с тем, что сжатые элементы выполняются из древесины, и требования к ним по гибкости не являются решающим при определении сечений в отличие от сжатых стальных элементов.
Однако основное преимущество металлодеревянных структур по сравнению с металлическими заключается в надежности конструкций. Аварии стальных структур в основном связаны со сборкой конструкций при монтаже, когда нерегулируемое натяжение стержней вызывают дополнительные напряжения в металле, которые затем суммируются с расчетными напряжениями от постоянных и временных нагрузок и могут превысить расчетные сопротивления металла. В металлодеревянных структурах за счет обмятая древесины в узлах во времени эти негативные явления отсутствуют. Но об-мятие древесины увеличивает деформативность конструкций, вследствие чего необходимо при проектировании и сборке предусмотреть строительный подъем, который должен быть не менее L/100 в середине пролета и L/200 по контуру при опирании на колонны.
Высота структуры 1/10 ч-1/12 пролета. Все растянутые элементы - сталь
ные, а сжатые элементы - из древесины. Верхний пояс может выполнятся как в панельном варианте, так и из отдельных стержней, по которым устраивается кровельное ограждение. Самым сложным вопросом конструирования структур является решение узловых соединений, где необходимо соединить между собой древесину и металл. Опирание структуры может осуществляться на стены по всему контуру покрытия либо на четыре колонны в углах. При опирании по периметру напряжения в элементах более равномерны между собой и ниже, чем при опирании угловые колонны, и поэтому для остальных элементов можно использовать один номер профиля. При опирании по углам увеличивается в 2 - 3 раза номенклатура сечений элементов и, соответственно, узловых соединений. Подбор сечений для элементов из древесины и фанеры производится по усилиям в наиболее напряженных угловых зонах.
Расчет структур следует проводить методом конечных элементов, используя конечные элементы двух типов - стержни и пластины. При этом коробчатое или ребристое сечение плит верхнего пояса в расчетной схеме приводится к пластине сплошного приведенного сечения.
В конце 70-х годов в ЦНИИСК имени Кучеренко под руководством д.т.н., профессора Я. Ф. Хлебного была разработана сборная металлодеревянная пространственная конструкция покрытия, типа структуры размером в плане 18 х 18 м, высотой 1,7 м (рис. 10.7.), у которой нисходящие от опоры растянутые раскосы и стержни растянутого нижнего пояса выполнены из прокатного уголка, сжатые стойки - клеедощатые или брусчатые сечением 13x3 см, а сжатый верхний пояс - из сборных клеефанерныех панелей на деревянном каркасе размером 3 х 3 м. Опирание осуществлялась на кирпичные стены по всему периметру.
Рис. 10.7. Схема металлодеревянной структуры.
Каркас панелей состоит из клееных деревянных брусков 70 х 140 мм. Посредством соединения "в четверть" взаимно пересекающиеся бруски образуют решетку с ячейкой 75x75 см. По верху каркаса наклеивается обшивка.
Узловые соединения деревянных стоек с металлическими раскосами и стержнями нижнего пояса решаются посредством металлических оголовков заводского изготовления, закрепленных на торцах стоек. Металлический оголовок представляет собой сварной стакан размером, снабженный косынками.
Крепление стальных деталей к оголовкам стоек осуществлялось на электросварке, а крепление клеефанерных плит на нагелях. Снижение податливости стыков панелей осуществлялось установкой в углах четырех смежных панелях, в местах опирания на стойки, единого листа фанеры размером 1,5 х 1,5 м. Контур сжатого пояса обеспечивался уголками 100 х 100, которые приваривались к оголовкам стоек по периметру структуры.
Экспериментальное строительство показало перспективность этого конструктивного решения.

10.2.	Пневматические строительные конструкции
Строительные конструкции, несущая способность которых обеспечивается избыточным давлением воздуха, называются пневматическими строительными конструкциями (ПСК). Основные элементы ПСК - оболочка и опорный контур.
Различают два основных типа ПСК - воздухоопорные и воздухонесомые или пневмокаркасные (рис. 10.6). К воздухоопорным относятся мягкие оболочки, которые опираются на находящийся под ними воздух. Избыточное давление воздуха создается внутри для того, чтобы противостоять непосредственному действию внешних нагрузок без существенного изменения фомы. Это давление не противоречит санитарным требованиям по воздействию среды на человека. Отношение пролета к высоте оболочек е/и = 2ч-3. При отношении меньше 2 оболочку необходимо стабилизировать внешними растяжками, а при отношении больше 3 значительно увеличиваются усилия растяжения в ткани и опорном контуре.
Воздухоопорные ПСК подразделяются на однослойные и двухслойные. В двухслойных воздухоопорных ПСК обе оболочки могут быть не связаны между собой. Их устойчивость обеспечивается благодаря разности давления воздуха для каждой оболочки. Для внешней оболочки испытывающей действие внешних нагрузок давление создается больше, чем для внутренней.
Пневматические строительные конструкции с включенными в них несущими элементами, обладающими изгибной жесткостью, относят к классу воздухонесомых (пневмокаркасных).
Несущие элементы в конструкциях этих типов (пневмобалки, пневмоарки) представляют собой замкнутые оболочки из легких воздухонепроницаемых материалов, заполненные воздухом.
Встречаются два основных типа воздухонесомых конструкций, пневмокаркасные и пневмопанельные.
Надежная работа воздухонесомых конструкций обеспечивается высокой герметичностью замкнутых объемов пневмокаркасов. Отсюда высокие требования к материалам и герметичности заводских технологических соединений. Идеальной герметичности объема, как правило, не достигается, и на практике в несущие элементы периодически подкачивают компрессорами воздух, компенсируя его потери.
Достоинства ПСК:
-	необычайно малый вес, совершенно несоизмеримый с весом традиционных сооружений;
-	простота перевозки благодаря их легкости и компактности (1 000 м2 весит не более 2 т);
—	возможность перекрывать пролеты практически любого размера до 100 м и более;
- для возведения не нужны тяжелые грузоподъемные и транспортные механизмы.
Недостатки ПСК:
3
Рис. 10.8. Схемы воздухоопорных (1, 2, 3) и пневмокаркасных (4) оболочек: 1 - сферическая;
2 - цилиндрическая; 3 - многоволновая.
-	ограниченная долговечность тканей;
-	современные ткани не обладают достаточной огнестойкостью, плавятся. Однако успехи химической промышленности позволяют постепенно устранить этот недостаток;
-	материалы для ПСК недостаточно прочны, для механических воздействий. Однако этот недостаток относится не столько к тканям, сколько к людям.
В целом же достоинства ПСК намного превышают их недостатки. Материалы, предназначенные для изготовления оболочек должны обладать:
-	прочностью, характеризующей восприятие усилий растяжения;
-	воздухонепроницаемостью, предотвращающей фильтрацию воздуха;
-	эластичностью, обеспечивающей легкое свертывание, развертывание и упаковку.
Тканевые материалы состоят из основы и пропитки. Основой для тканевых материалов служит технический текстиль. Из синтетических волокон применяются капрон, нейлон, лавсан, стекловолокно и другие. Пропитка осуществляется для придания тканям воздухонепроницаемости.
Ткани и пленки могут быть однослойные, многослойные, утепленные. Они могут быть прозрачными и непрозрачными.
Механические характеристики тканей определяются в основном свойствами текстиля. Ткани являются анизотропными материалами, вследствие этого при расчете тканевых оболочек учитывается различие в механических характеристиках тканей. Расчетное сопротивление вдоль куска “по основе” (Ло) и по “утку” (7?у), т.е. в поперечном направлении для капроновых тканей с хлопчатобумажным и односторонним поливинилхлоридным покрытием весом 0,8 кг/см2 состовляет 14 и 21 кг см. При изготовлении оболочек наиболее прочную основу ориентируют по линиям больших напряжений.
Двухслойные материалы могут быть параллельно и диагонально дублированными. В первом случае основные нити расположены параллельно, во втором - под углом 45°. Параллельная дублировка обеспечивает прочность материала при растяжении. Диагональная дублировка увеличивает сопротивляемость раздиру.
Полотнища, образующие поверхность пневматической оболочки, соединяются заводскими швами. Заводские швы делятся на прошивные, клеепрошивные, клеевые, сварные.
Из многих разновидностей прошивных швов для оболочек наиболее часто употребляются швы внахлестку и замковые. Их достоинство заключается в большой скорости прошивания. Однако при выполнении прошивных швов трудно совместить края полотнищ материала, особенно длинных. Прошивные швы менее герметичны и требуют применения атмосферостойких нитей. Для защиты от атмосферных воздействий прошивные швы смазывают специальным составом и лаком, либо оклеивают герметизирующими лентами. Прошивные швы делаются преимущественно в две строчки. 188
Прочность швов должна составлять не более 30 - 40% прочности основного материала.
При изготовлении оболочек из материалов высокой прочности применяются клеепрошивные швы. Соединяемые полотнища перед прошивкой склеиваются, что создает определенное удобство для их сшивания, а также повышает герметичность шва. Однако двойной процесс занимает много времени, требует удвоенных трудовых затрат и дополнительного расхода материала. Поэтому клеепрошивные швы не технологичны.
Клеевые швы герметичны, но менее прочны, и находят применение в малонапряженных конструкциях. Ширина переклейки в таких швах принимается равной 30 - 40 мм. Клеевые швы обладают сравнительно низкой атмо-сферостойкостью, в связи с чем происходит расслоение швов.
Сварные швы имеют наиболее высокие эксплуатационные качества. Однако, они требуют специального технологического оборудования. Свариваемостью в среде высокой температуры обладают не всякие материалы. Такие свойства присущи материалам с покрытиями из поливинилхлорида.
Хотя клееные и сварные швы обеспечивают герметичность, их применение ограничено. Доминирующие роли играют прошивные соединения, т.к. они обеспечивают высокую производительность.
Конструкция воздухоопорных оболочек
В воздухоопорных конструкциях роль несущего элемента играет воздух, которому внутри оболочки придается избыточное давление равное Р = 0,02-0,002 атм. Это давление соответствует такому же давлению воздуха как при спуске на эскалаторе метро или подъеме на лифте примерно 12-ти этажного дома. Избыточное давление поддерживается компрессорной установкой или вентиляторами.
Вход людей в пневмосооружение осуществляется через шлюзы. Шлюз имеет двойные ворота - в проеме оболочки и торцевой стенке самого шлюза. Каркас шлюза, как правило, выполняется из легких металлических профилей и труб. Собранный каркас обтягивают снаружи такой же тканью из какой сделана сама оболочка. Открыть ворота, которые находятся под избыточным давлением воздуха, не просто. Если под оболочкой поддерживается давление от 0,001 до 0,005 атм (100 - 500 Па), то на 1 м2 площади ворот приходится 0,5 т. Это усилие препятствует открыванию ворот внутрь. Если ворота открываются в противоположную сторону, то при освобождении запорного механизма ворота “выстрелят”, что небезопасно. Поэтому в воротах предусматриваются форточки. Их отрывают прежде, чем открыть ворота, благодаря чему давление воздуха с обеих сторон уравновешивается, тогда ворота открываются свободно. С точки зрения пожарной безопасности, в пневмосооружении должно быть не менее двух выходов. Причем их необходимо располагать в разных концах сооружения. При большом потоке людей устраивают вращающиеся двери.
Между оболочкой воздухоопорного сооружения и его основанием действуют растягивающие усилия вдоль гладкой кромки оболочек - в виде линейно распределенных нагрузок. Эти усилия передаются через опорный контур на анкерные устройства фундамента.
Шаг анкеровки определяется в зависимости от сечения и материала опорного контура.
Анкеровка пневмокаркасных оболочек осуществляется за счет шарнирного крепления пневмоарок к основанию.
ПСК относятся к классу предварительно напряженных конструкций. Их форма и несущая способность обеспечивается постоянно действующими растягивающими напряжениями в оболочках. При расчете ПСК учитывается, что гибкие ткани и пленки могут работать только на растяжение и не способны воспринимать самостоятельно какие-либо сжимающие и изгибающие усилия. Расчет их основывается на безмоментной теории оболочек. При расчете собственный вес не учитывается. Величина внутреннего давления Р определяется по давлению ветра и по величине снеговой нагрузки. При недостаточном избыточном давлении происходит местная потеря устойчивости от снеговой нагрузки. В результате чего образуются “снеговые мешки” и нарушается равномерность снегоотложения. Это приводит к общей потере устойчивости конструкции (рис. 10.9). Не допускается сосредоточение нагрузок, которые также могут привести к образованию “снеговых мешков”. Расчетные усилия в воздухоопорных оболочках определяются по общим правилам строительной механики.
Нормальные напряжения в ткани (рис. 10.10.) зависят от геометрических параметров конструкции. Для оболочек небольших пролетов при радиусе
Рис. 10.9. Форма потери устойчивом™ оболочки.
равном половине пролета, т.е. при Н = 0,51, в сферических оболочках и сферических торцах цилиндрических оболочек кольцевые и меридиальные напряжения равны между собой, и условие прочности записывается в виде
СТм=Ок^ Ry
Для цилиндрической части цилиндрических оболочек кольцевые напряжения принято вдвое больше меридианальных, и, следовательно, куски тканей необходимо ориентировать по образующей.
Рис. 10.10. Нормальные напряжения в воздухоопорных оболочках.
Условие прочности записывается в виде сгм^ Ry Ro.
При этом должно удовлетворяться условие, чтобы напряжения в ткани обязятельно были больше нуля.
РАЗДЕЛ IV ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ПОСТРОЕЧНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Глава 11. Конструктивные решения производственных зданий
Наряду с большепролетными зданиями, где несущими элементами каркаса являются индустриальные деревянные конструкции заводского изготовления, как и в прежние довоенные и послевоенные годы широко распространено строительство производственных и складских зданий небольших пролетов, возводимых из пиломатериалов непосредственно на строительной площадке. Несущие конструкции таких зданий, изготавливаемые на месте строительства, называются конструкциями построечного изготовления. Пролеты для таких зданий не должны превышать 12 м.
Традиции этого вида деревянного строительства хорошо сохранились в лесоизбыточных районах, где древесина является местным строительным материалом. Особенно распространено деревянное строительство в сельской местности, где отсутствуют крупные предприятия строительной индустрии, и поэтому вся гамма объектов производственно-вспомогательного назначения, таких как склады минеральных удобрений, зерна, кормов, навесы и укрытия для хранения сельскохозяйственной техники и другие неотапливаемые сооружения, выполняются в основном из древесины.
Несущими конструкциями таких сооружений являются рамы из круглого леса или бруса, дощато-гвоздевые кружальные арки кругового очертания, треугольные дощато-гвоздевые фермы (рис. 11.1.). При шаге этих конструкций 1-1,5 м. ограждение осуществляется посредством сплошного дощатого настила из двух слоев. Если устойчивость здания в поперечном направлении обеспечивается несущей конструкцией каркаса, то для обеспечения устойчивости в продольном направлении доски нижнего слоя укладываются вдоль здания и закрепляются двумя гвоздями в каждом пересечении с несущей конструкцией. Доски второго слоя укладываются под углом 30-45 градусов к продольной оси здания и крепятся к доскам нижнего слоя.
При шаге конструкций 2-3 м по ним устанавливаются неразрезные прогоны, шаг и сечение которых определяются расчетом. В связи с тем, что в неразрезных многопролетных прогонах максимальный изгибающий момент имеет место в крайних пролетах, то шаг крайних конструкций должен быть принят на 20 % меньше принятого шага. Первый слой дощатого настила в этом случае укладывается и закрепляется к прогонам “вразбежку” поперек здания, а доски верхнего слоя укладываются под углом 30-45 градусов к продольной оси и закрепляются к нижнему слою. При такой конструкции покрытия несущие конструкции имеют некоторый запас прочности, т.к. в работу включается часть настила, расположенного непосредственно над несущей конструкцией. Точную оценку данного запаса прочности несущих дощато-гвоздевых конструкций оценить практически невозможно, т.к. ха-
двух (а) и трех пролетные (б) рамы из круглого леса или бруса
покосные раьы (в, д) и рама с оттяжками (г) из круглого леса
дощатогвоздевые кружельные арки е) покрытия по прогонам из досок; ж) покрытия по аркам из досок;
дощатогвоздевые фермы
з) треугсльная ферма; и) ферма с карнизны м выпетом
Рис. 11.1. Поперечники зданий построечного изготовления.
рактеристики изгибной жесткости данного составного сечения несущей конструкции с дощатым настилом зависят от ширины участка настила, включающегося в работу, так и, в первую очередь, от податливости гвоздевых соединений. А показатель податливости является интегральной величиной, зависящей от многих факторов, которые в построечных условиях невозможно контролировать. Поэтому при проектировании и строительстве зданий в построечных условиях следует производить расчет несущих конструкций, как плоских систем, и пренебрегать учетом совместной работы с дощатым настилом.
Для отапливаемых помещений, где стены чаще всего выполняются из кирпича или других местных стеновых материалов покрытия выполняются из дощато-гвоздевых ферм с шагом 1,5 м В качестве ограждения также рекомендуется двойной дощатый настил по верхнему поясу ферм в беспрогонном варианте. К нижнему поясу ферм не рекомендуется прикладывать нагрузки в виде подвесного потолка или какого-либо подъемно-транспортного оборудования.
11.1.	Здания и навесы из круглого леса или бруса
Здания и навесы небольших размеров, особенно в лесоизбыточных районах, целесообразно изготавливать из массивной древесины, т.е. из круглого леса или брусьев. Отличие зданий от навесов заключается в наличии стенового ограждения, оконных проемов, дверей, ворот, вследствие чего конструктивная схема поперечника тех и других сооружений практически не отличается друг от друга. Для зданий, исходя из наличия стенового ограждения, более технологичным является использование бруса, поскольку прямоугольное сечение удобно для сопряжения смежных элементов стен, дверных и оконных коробок и т. д. Навесы предпочтительнее изготавливать из круглого леса, т.к. расчетное сопротивление древесины круглых лесоматериалов выше, чем пиломатериала. Более высокое расчетное сопротивление древесины круглого леса на изгиб объясняется тем, что основной порок древесины - сучки, либо полностью, либо частично зарастают волокнами древесины.
Несущий каркас этих сооружений представляет собой рамный поперечник с шагом не более 3 м, а также продольные и связевые элементы в плоскости стен и покрытия. Поперечник представляет собой либо стоечно-балочную подкосную двух или трех пролетную систему с пролетами между стойками до 5 м и высотой до 3 м или подкосную рамную систему пролетом 9-12 м. Такого рода каркасы просты в изготовлении, требуют незначительного количества металла, в основном на стяжные болты и скобы. Как правило компоновка этих сооружений в продольном направлении в зависит от длины сооружения и осуществляется набором из трех секций: торцовая свя-зевая секция, рядовая секция, связевая секция. Секция - это блок из двух поперечников. Если расстояние между торцовыми секциями более 18 м, 194
то между рядовыми секциями устанавливается дополнительно связевая секция. Таким образом, продольная устойчивость каркаса обеспечивается свя-зевыми секциями и прогонами по стойкам и ригелям вдоль всего сооружения. Устойчивость в поперечном направлении обеспечивается подкосами рамы.
В двухпролетном поперечнике (рис. 11.1 .а.) крайние и средние стойки работают на сжатие с изгибом. Величина изгибающего момента зависит от ветрового давления. Подкосы работают на сжатие, а ригель работает, как неразрезная балка, на сжатие с изгибом от сочетания всех нагрузок. Усилия от сжатия в ригеле невелики, поэтому решающим для подбора сечения являются величины изгибающих моментов, которые зависят от местоположения узлов подкосов крайних и центральных стоек. Наиболее рациональным является примыкание подкосов в четвертях пролета ригеля. Нижние концы подкосов промежуточной стойки располагают на высоте не менее 2,5 м для обеспечения свободного пространства. Нижние концы подкосов крайних стоек совмещают с нижним концом стоек и передают усилия на фундамент. Передача усилия подкоса на крайнюю стойку не рекомендуется из-за возникающего в этом случае значительного изгибающего момента в стойке.
В трехпролетном поперечнике (рис. 11.1.6) для обеспечения дополнительной устойчивости в поперечном направлении по верху промежуточных стоек устанавливается дополнительный ригель. Балка в этой схеме при отсутствии круглого леса длиной 9 м расчленяется на две консольные балки на каждом скате. Стыкование консолей на скате осуществляется в середине расстояния между крайней и промежуточной стойками.
Для складских зданий и навесов требуется увеличение пролетов до 9-12 м. Для этого возможны две схемы однопролетных рам (рис. 11,1 в,г). Схема с оттяжками более выгодна из соображений габаритов здания, но при этом максимальный изгибающий момент в ригеле, зависящий от вылета оттяжки примерно в два-три выше, чем в подкосной раме. Кроме того, наличие оттяжки из металла требует качественной анкеровки и защиты от коррозии. Поэтому для построечного изготовления рекомендуется схема с подкосом.
Наиболее напряженным элементом подкосных рам является ригель. Величина изгибающего момента в ригеле зависит от вылета подкоса. Увеличение вылета подкоса значительно снижает изгибающий момент, но при этом уменьшаются габариты здания. Анализ изгибающих моментов показывает, что вылет подкоса не должен быть меньше 1,5 м.
Для снижения величины максимального момента в ригеле рекомендуется вводить в коньковую зону затяжку длиной не более 6 м (рис. 11.1 д). Включение этого элемента превращает раму из статически определимой в статически неопределимую систему. В ригеле происходит перераспределение моментов со значительным снижением максимальной величины. Кроме этого, введение затяжки значительно облегчает монтаж конструкции и позволяет собирать раму в горизонтальном положении и монтировать
в собранном виде без промежуточных опор. Увеличение уклона ригеля с отношением 1:4 на 1:3 практически не влияет на величину изгибающего момента в ригеле.
Подкос работает на сжатие и передает усилие от постоянной и временных нагрузок на фундамент. Значительные усилия сжатия в подкосах требуют расчета подкосов на устойчивость в обеих плоскостях. Обеспечение устойчивости подкосов из плоскости рамы осуществляется связевыми и продольными элементами каркаса здания.
Стойки при малых углах наклона подкоса к вертикали могут быть растянутыми, что требует соответствующего конструктивного решения крепления к фундаменту.
11.2.	Дощатогвоздевые кружальные арки
Одной из эффективных дощатых конструкций построечного изготовления, сочетающей в себе такие достоинства, как использование короткомерного материала и простоту изготовления, является кружальная арочная конструкция (рис. 11.1.е, ж). Такие арки, известные как арки системы французского инженера Филиппо Делорма, предложившего ее конструкцию, впервые применены в строительстве еще в XVI веке. Эти широко распространенные конструкции применяются для зданий и сооружений различного назначения как стационарного, так и сезонного. Для сооружений сезонного назначения используются пленочные и тканевые покрытия. С целью снижения изгибающего момента арки не рекомендуется выполнять пологими. Отношение радиуса кривизны арки к пролету должно находиться в пределах 0,45-0,55.
Кружальные арки (рис. 11.2) состоят из отдельных коротких элементов (косяков) длиной 1,5-2 м. Каждый косяк отгорцовывается по направлению радиуса окружности арки. При сборке косяков образуется кружальная система. На этот ряд косяков накладывается второй ряд, сдвинутый на половину длины косяка нижележащего ряда. В опорных зонах устанавливаются две половины одного косяка. Таким образом, каждый ряд является накладками в стыках косяков другого ряда. По обе стороны стыков косяков каждого ряда забивается требуемое количество гвоздей. Гвозди забиваются “кустом”, при этом расстояния между ними и торцом косяка не должно быть меньше нормативных значений по расстановке гвоздей. В результате сборки получается двухветвевая конструкция, вписанная в окружность требуемого радиуса. Возможны трех и четырех ветвевые арки. Нормальная сила передается на опоры, как правило, цоколь с мауэрлатом, через торцы косяков, что требует торцовки их при изготовлении строго по шаблонам. Поперечная сила воспринимается гвоздями. Пролет кружальных арок зависит от ширины исходного материала. При высоте сечения косяков 15-20 см, т.е. при наиболее распространенной в лесоизбыточных районах ширине пиломатериала, пролет кружальной арки ограничен 9-12 м. Ограничение проле-196
3
4
Рис. 11.2. Фрагмент дощатогвоздевых кружальных арок: а - из прямоугольных косяков;
б - из опиленных косяков: 1 - косяк, 2 - “куст гвоздей”, 3 - ограждение из досок, 4 - прогон, та обусловлено, в первую очередь, из возможности потери устойчивости конструкции в плоскости изгиба в связи с малой высотой сечения косяков.
В зависимости от назначения арок верхняя грань косяков может быть как прямолинейной, так и опиленной по окружности проектного радиуса. При криволинейной поверхности косяков настил под кровлю, или “палуба” для устройства кирпичных или монолитных железобетонных сводов, укладывается непосредственно по аркам. Однако в связи с увеличением трудоемкости по опиливанию в основном применяются прямолинейные косяки. Настил в этом случае укладывается по прогонам вдоль образующих арок, которые устанавливаются в пазы, выпиленные в местах стыкования косяков. Для пленочных и тканевых покрытий во избежание перетирания их на стыках по верху набивается планка, образующая криволинейную поверхность.
По расчетной схеме кружальные арки относятся к двухшарнирным статически неопределимым конструкциям. Однако в виду податливости гвоздевых соединений, неплотности стыков эта схема весьма условна. Рассчитывать арку можно как статически определимую конструкцию с шарнирно неподвижными опорами, введя условный шарнир в верхнюю точку арки.
Статический расчет начинается с определения усилия распора, который вычисляется из условия равенства нулю суммы моментов относительно условного шарнира. Изгибающие моменты в сечениях арки с координатами X, У определяются от действия опорной реакции (А), распора (Я) и внешней нагрузки (g) на соответствующие расстояния до этих сечений. Для двухслойной арки момент воспринимается одним косяком в любом сечении.
Нормальная сила в сечениях определяется по формуле:
= Н cosa + (/? - gx)sina, ,
где а - угол наклона касательной в рассматриваемом сечении.
Нормальная сила воспринимается площадью поперечного сечения обеих косяков, вследствии чего требуется тщательная торцовка. Некачественная торцовка приводит к появлению дополнительного момента как в плоскости, так и из плоскости изгиба. При определении гибкости расчетная длина арки принимается равной 0,58 длины дуги арки, за момент инерции сечения принимается момент одного косяка, за площадь поперечного сечения - площадь обеих косяков.
Крепление косяков между собой на гвоздях рассчитывается как нагельное соединение, при этом количество гвоздей в каждом соединении с одной стороны стыка определяется по формуле:
n = MITL ,
где Т - минимальная несущая способность гвоздя; L - расстояние между центрами “кустов” гвоздей на одном косяке.
Длина косяков лимитируется двумя факторами. При значительной длине косяков прочность определяется моментом сопротивления одного косяка в зоне максимального изгибающего момента, и разрушение конструкции происходит в середине косяка от изгиба. При коротких косяках плечо между “кустами” гвоздей невелико и разрушение конструкции начинается с раскалывания торцевой зоны косяка от поперечной силы. В связи с этими факторами введены ограничения на размеры косяков при проектировании кружальных арок. По результатам экспериментальных исследований рациональными параметрами косяка является отношение длины косяка к его высоте, которое равно 11-13.
В связи с ограниченной высотой стандартного пиломатериала гибкость арок в плоскости изгиба велика, поэтому наиболее неблагоприятной схемой загружения является односторонняя нагрузка. Чтобы избежать этого вида нагружения, которое в реальных условиях имеет место в феврале - марте месяце, когда снег на южной стороне уже отсутствует, а на северной стороне не тает, ориентацию здания при строительстве следует осуществлять торцами на север и юг.
Кружальные дощато-гвоздевые арки часто используются в качестве несущих конструкций опалубки при возведении монолитных железобетонных и кирпичных арок и сводов. В этом случае при производстве работ необходимо обеспечивать равномерное приложение нагрузки обеих сторон от опор к вершине, запрещая при этом осуществлять складирование материалов на опалубке.
11.3	Дощато-гвоздевые фермы
Дощато-гвоздевые треугольные фермы рекомендуется применять в пост
роечных условиях, если перекрываемые пролеты не превышают 12 м. Рациональное распределение материала за счет концентрации его в поясах, разнесенных между собой с помощью решетки, значительно снижает материалоемкость конструкции и, вследствие этого, ее вес по сравнению с балочными конструкциями. В то же время треугольные дощато-гвоздевые фермы имеют некоторые недостатки, такие как: большое количество типоразмеров стержней решетки, ограниченную несущую способность узловых соединений, которая объясняется небольшой площадью пересечения решетки с поясами, где необходимо разместить требуемое по расчету количество гвоздей.
Дощато-гвоздевые фермы, как правило, имеют двухветвевые верхний и нижний пояса и решетку из стержней, пропущенных между ветвями поясов (рис. 11.3). В местах пересечения решетки с поясами осуществляется гвоздевой забой. С целью минимизации количества сходящихся в узлах элементов, решетка принимается треугольной, бесстоечной. Наличие двух ветвей верхнего и нижнего пояса обусловлено тем, что усилия в поясах значительно выше, чем у элементов решетки. Кроме нормальных усилий, верхний пояс воспринимает изгибающий момент от равномерно-распределенной нагрузки (дощатый настил, кровля, снег). В связи с внеузловой нагрузкой расстояние между узлами решетки (панель верхнего пояса) не должно превышать 1,5-2 м. В этом случае пролетные и опорные моменты в неразрезном верхнем поясе имеют примерно одинаковые величины. На участках между узлами верхнего и нижнего пояса через 0,8 - 1 м устанавливаются прокладки на гвоздях, что позволяет уменьшить свободную
Рис. 11.3. Дощатогвоздевые фермы.
длину каждой ветви.
В треугольных фермах усилия в элементах зависят от уклона верхнего пояса, и поэтому необходимо по мере возможности увеличивать уклон. В этих фермах наиболее напряженной зоной является опорный узел, где сходятся приопорные панели верхнего и нижнего пояса, нормальные усилия в которых выше, чем в остальных панелях. Кроме того, и изгибающий пролетный момент в приопорной панели верхнего пояса имеет максимальное значение. В связи с этим при изготовлении ферм необходимо особенно контролировать качество пиломатериала в этой зоне, а также количество гвоздей и их размещение, которое определяется расчетом и правилами расстановки.
Поскольку эффективность треугольной фермы зависит от угла наклона, увеличение которого уменьшает усилие, но увеличивает площадь скатов и расход материалов на конструкцию, ограждение и кровлю, важно выбрать оптимальный уклон верхнего пояса. Для этого расчет рекомендуется выполнять в два этапа.
На первом этапе определяется расчетная схема фермы, в узлы верхнего пояса которого собирается вся нагрузка, и определяются опорные реакции. Усилие в приопорной панели верхнего пояса определяется по формуле:
N = (7?-y)/sina,
где R - опорная реакция, Р/2 - узловая нагрузка на опоре, а - угол наклона верхнего пояса.
Затем по балочной схеме в сечениях приопорной панели с шагом 20 см на расстоянии 1-1,5 м от опоры определяются изгибающие моменты от реальной равномерно-распределенной нагрузки. По формуле h = MIN находится требуемое расстояние между осями поясов в приопорной панели в каждом сечении, где определялись моменты. Уклон будет оптимальным, если фактическое расстояние между осями поясов на схеме в одном сечении будет равно h, а в остальных будет больше. Если это условие не выполняется, то уклон либо завышен, что не эффективно, либо занижен, что предполагает разрушение конструкции от изгибающего момента в приопорной панели верхнего пояса.
Определив уклон верхнего пояса на втором этапе выполняется точный расчет. За конечный элемент принимается каждая панель верхнего и нижнего пояса, стержни решетки. В этом случае расчет проводится по деформированной схеме с учетом внеузловой нагрузки, и при внецентрен-ном приложении усилий в раскосах к поясам. При расчете пологих ферм с уклоном 1:3-1:4 и менее необходимо также учитывать податливость гвоздевых соединений в узлах, исходя из условия, что расчетная несущая способность нагельных соединений предполагает деформации во времени до 1,5 мм.
Альтернативой треугольным фермам являются фермы с карнизным вылетом, что обеспечивает достаточную высоту между поясами в приопорной зоне. Но при этом значительные усилия возникают в приопорном подкосе, что требует тщательного решения узлов сопряжения подкоса с поясами и обеспечения устойчивости подкоса (рис. 11.1.и).
При конструировании узлов ферм центральные оси поясов и решетки рекомендуется центрировать. В случае невозможности обеспечения прочности узлового соединения из-за недостатка площади размещения гвоздей, возможна расцентровка осей решетки с осью поясов. В этом случае в поясах возникает дополнительный изгибающий момент, равный произведению равнодействующей усилий в стержнях решетки на расстояние от точки пересечения осей решетки до центральной оси пояса. При этом даже при узловых нагрузках верхний пояс рассчитывается как сжато-изгибаемый элемент, а нижний пояс - как растянуто-изгибаемый элемент.
Разновидностью дощато-гвоздевых ферм, применяемых в построечных условиях, являются дощатые фермы с фанерными фасонками в узлах. В этом случае верхний и нижний пояс выполнены из отдельных досок, которые в узловых соединениях объединяются с элементами решетки на фанерных накладках из водостойкой фанеры марки ФСФ, устанавливаемых с двух сторон на гвоздях. Недостатком этой конструкции является непрогнозируемая надежность узлов, которая лимитируется качеством и долговечностью клеевых соединений слоев шпона фанерных фасонок.
Для снижения веса ферм, что особенно важно в построечных условиях, шаг их необходимо принимать 1-1,5 м. Малый шаг повышает надежность покрытия в целом, т. к. при отказе одного узла или элемента фермы происходит перераспределение нагрузки на рядом стоящие смежные конструкции.
Глава 12. Жилое деревянное домостроение
12.1. Конструктивные решения малоэтажных домов
Строительство малоэтажных домов с применением древесины развивается по двум направлениям. Первое направление - это полносборные дома со стенами и перекрытиями из крупноразмерных панелей на деревянном каркасе, изготавливаемые на стационарных производствах и комплектно поставляемые на объект. Под данный комплект дома заранее выполняются фундаменты с цоколем. Цоколь может быть перекрыт сборными железобетонными плитами, либо цокольное перекрытие осуществляется в виде сборных плит на деревянном каркасе, входящих в состав комплекта дома. Изготовление таких комплектов домов, которые называются по конструкции стен панельными, имеет ряд достоинств и недостатков. К достоинствам относятся полная комплектность дома, изготавливаемого на специализированных домостроительных предприятиях, высокое качество продукции, выпускаемой на поточных линиях квалифицированным персоналом и др. Однако, помимо высокой стоимости таких домов, связанных с заводскими затратами, которые входят в себестоимость объекта, на поточном производстве затруднительно создавать разнообразные по фасаду и планировке дома по желанию потребителей. Достаточно большие по размерам стеновые панели длиной до 12 м необходимо монтировать при помощи грузоподъемного оборудования, тем самым исключается одно из главных достоинств деревянных домов - строительство вручную. Наличие стыков между панелями, в которых затруднено качественное исполнение теплоизоляции, зачастую не отвечает требованиям по теплоизоляции, не обеспечиваеют комфортности проживания, увеличивают материальные затраты на отопление.
Близким к панельному домостроению является каркасное домостроение, где несущие элементы каркаса изготавливаются в заводских условиях и в пакетах доставляются на объект, где вручную собираются дома. Создание небольшого каталога унифицированных элементов каркаса позволяет разнообразить архитектурные решения домов. Техническое решение конструкции стен панельных и каркасных домов практически одинаково, и отличаются только местом сборки. Несущие элементы при заводской сборке входят в состав каркаса панелей с обшивками, а при поэлементной сборке на объекте после монтажа каркаса стены обшиваются листовым материалом с разбежкой швов, что повышает герметичность домов по сравнению с панельными. При рассмотрении конструкции стен следует иметь в виду, что разъяснения относятся как к каркасным, так и панельным домам.
К деревянным домам построечного изготовления относятся традиционные для лесоизбыточных районов России дома из массивной древесины (из бревен, брусьев). Стены этих домов изготавливаются из бруса или оци-линдрованных бревен, полученных в стационарных условиях, либо из око-202
ренного круглого леса. Срубы из просушенных брусьев или бревен, соединенных между собой на нагелях, являются каркасом дома и одновременно выполняют теплоизоляционные функции. Недостатком такой конструкции стен является ограниченный размер срубов, соответствующий длине материала, а также необходимость поперечных стен. Для обеспечения устойчивости стен большой длины для домов значительных размеров возможно комбинированное решение, когда стены из бруса или бревен выполняют ограждающие функции, а стойки и балки из бруса, закрепленные к венцам, являются несущими элементами каркаса. При этом необходимо учесть осадку стен относительно вертикальных стоек каркаса за счет прокладочного материала и деформации древесины поперек волокон от собственного веса и усушки, если брус сырой.
Учитывая, что конструкция стропильной системы для деревянных домов, несмотря на все свое многообразие, как в части использования помещения, так и в части архитектурных форм не имеют принципиального отличия, деревянные дома классифицируются по конструкции стен.
Помимо панельных, каркасных домов и домов из массивной древесины, эффективно в малоэтажных домах сочетание комплектов деревянных деталей перекрытий и стропильной системы со стенами из кирпича или легкобетонных материалов. Хотя формально эти дома не относятся к деревянному домостроению, значительный объем деревянных элементов в этих домах и их широкое распространение требует рассмотрения этого вопроса в дальнейшем. Данный вариант более долговечен по сравнению с цельнодеревянными домами, но требует больших материальных и трудовых единовременных затрат из-за большей материалоемкости стен, устройства фундаментов, особенно на слабых водонасыщенных грунтах.
12.2. Части дома и конструктивные меры
защиты древесины от увлажнения
Цоколь
Надежность и долговечность здания со стенами из древесины в большой степени зависит от цокольной части (рис. 12.1.), т.е. части здания от уровня планировочной отметки до нулевой отметки, за которую принимается уровень чистого пола. При отсутствии подвала высота цоколя принимается в пределах 40-80 см и зависит от наличия инженерных коммуникаций под полом 1-го этажа.
При перекрытии цоколя деревянными балками для обеспечения вентиляции подполья в цоколе устраиваются отверстия размером 15x15 см ("продухи"), обеспечивающие движение воздуха и удаление влаги, испаряющейся из грунта. "Продухи" рекомендуется устраивать вблизи углов по всем сторонам дома. При наличии поперечных стен цоколя внутри здания в них необходимо так же устраивать продухи в целях исключения образования за
мкнутых невентилируемых объемов. Потребность в вентиляции подполья объясняется влажностью грунта, особенно при высоком уровне грунтовых вод. Капиллярное увлажнение грунта под домом даже от поверхностных вод при ленточном цоколе создает высокую влажность воздуха в подполье, что стимулирует развитие дереворазрушающих грибов в деревянных эле-
Рис. 12.1. Цоколь деревянного дома: 1 - фундамент; 2 - отмостка; 3 - продухи; 4 - цоколя из кирпича или бетона; 5 - гидроизоляция; 6 - термогидроизоляция; 7 - утеплитель; 8 - чистые полы по деревянным балкам; 9 - слив из оцинкованной стали; 10 - вентиляционная прослойка; 11 - экран из вагонки.
Рис. 12.2. Фрагмент стены: 1 - рейки для устройства вентиляции; 2 - распорки; 3 - экран;
4 - вентилируемая прослойка; 5 - стойка; 6 - пароизоляция; 7 - утепилтель; 8 - внутренняя обшивка.
ментах. Капиллярное увлажнение по высоте цоколя отсекается горизонтальной гидроизоляцией, уложенной на отметке 20-25 см выше отметки отмостки. Гидроизоляция выполняется из 2-х слоев рубероида по выравнивающей цементной стяжке или из других гидроизоляционных материалов.
При малых толщинах цоколя, которые из-за недостаточного термического сопротивления зимой промерзают, в подполье также повышается влажность воздуха. В связи с этим цоколь, толщина которого определяется только прочностью, с внутренней стороны должен быть утеплен, либо толщину цоколя назначают из условий требуемого термического сопротивления.
Для отвода атмосферных осадков от цоколя предусматривается устройство отмостки с уклоном от дома шириной на 30-40 см больше вылета карниза. При наличии высокого уровня грунтовых вод с целью понижения рекомендуется дренаж вокруг дома с отводом воды в соответствии с рельефом местности.
Внешние грани цоколя должны быть прямолинейными со строго перпендикулярными сторонами. Разница диагональных размеров не должна превышать 2-3 см. Расхождение в диагоналях влечет за собой дополнительные затраты при отделке дома из штучных материалов и при устройстве кровли из профилированных материалов заводского изготовления.
Завершается устройство цоколя при деревянных стенах нижней обвязкой каркаса, который рекомендуется выполнять из антисептированного бруса, выровненного по наружной кромке цоколя. Ширина нижней обвязки должна быть не менее толщины стены. Стыкование обвязки в углах и местах пересечения между собой осуществляется в "пол-дерева" и закрепляется двумя гвоздями, в каждом пересечении максимально разнесенными к кромкам бруса. После дополнительной выверки нижней обвязки и закрепления брусьев в углах пересечения их желательно закрепить к цоколю через закладные детали во избежание смещения обвязки при дальнейшем монтаже дома.
Между нижней обвязкой из бруса и цоколем укладывается термогидроизоляционный слой из двух слоев рубероида с паклей. Гидроизоляция предупреждает увлажнение древесины от цоколя, который вследствие капиллярного всасывания накапливает влагу из грунта. Термоизоляция защищает древесину от дифференциальной конденсации влаги, т.е. той влаги, которая образуется весной, когда амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха наиболее значительна, а каменный или бетонный цоколь днем нагревается значительно медленнее, чем древесина. В результате этого в зоне контакта будет происходить конденсация водяного пара атмосферного воздуха и, если не будет термогидроизоляционной прокладки, конденсировавшаяся влага может проникнуть в древесину.
Стены панельных и каркасных домов
Как уже сказано выше, конструкции стенового ограждения обоих типов домов идентичны и представляют собой многослойную конструкцию, которая помимо прочности должна обладать достаточным сопротивлением теплопередаче, соответствующей данной климатической зоне. Конструкция стены состоит из элементов деревянного каркаса (несущие стойки и распорки между ними), утеплителя из жестких минераловатных плит, либо из листового пенополистирола, пароизоляции, наружной (экран) и внутренней (рис.12.2).обшивок.
Обшивки выполняются из листовых материалов, либо из вагонки. В панельных конструкциях, изготавливаемых в заводских условиях на стенде в горизонтальном положении, используются жесткие минераловатные плиты. Для каркасных зданий предпочтительнее использовать листовой пенополистирол, укладываемый в 2 слоя с перекрытием стыков. В последние годы широкое распространение получают эффективные плитные утеплители из базальтового волокна и стекловолокна. В малоэтажных домах толщина стены зависит в первую очередь от теплотехнических требований, и поэтому несущие стойки каркаса принимают равными толщине утеплителя. При этом стойки имеют достаточный запас прочности.
Взаимное расположение материалов в конструкции стены должно обеспечить постепенное падение упругости водяных паров воздуха, проходящего через стену в направлении от плюсовых значений температуры к минусу. С увеличением разности температуры водяные пары конденсируются в толще стены, увлажняя утеплитель, элементы деревянного каркаса и наружную обшивку. Гигроскопичные утеплители такие, как минераловатные материалы, с поглощением влаги теряют теплотехнические свойства, оседают в вертикальных полостях от увеличения плотности. Также одностороннее увлажнение листовых материалов обшивки ведет к короблению их, разрушению в местах крепления. Поэтому для изоляции утеплителя от водяных паров между ним и внутренней обшивкой размещают пароизоляционный слой из полиэтиленовой пленки, пергамина, фольги. Пароизоляция не должна быть повреждена и должна иметь минимум стыков. В этом случае рекомендуется пароизоляцию выполнять из широкоформатной полиэтиленовой пленки без стыков на всю стену. С этой точки зрения каркасные дома имеют преимущество перед панельными, поскольку внутреннюю обшивку из гипсокартонных, гипсостружечных листов, либо из других листовых материалов по пароизоляции выполняют после кровельных работ и атмосферная влага не накапливается в стенах.
Как вариант при отсутствии пароизоляционного слоя под внутренней обшивкой, возможно применение окрасочной пароизоляции по лицевой поверхности после крепления листов. В качестве такой пароизоляции могут использоваться покрытия на основе пентафталевых и уретановых эмалей. В этом случае по окрасочной пароизоляции рекомендуется наклеивать обои. 206
При наличии внутренней пароизоляции под обшивкой окрасочную па-роизоляцию производить нельзя, т.к. полиэтиленовая пленка обладает значительно большим сопротивлением паропроницанию, чем лакокрасочные покрытия, в результате чего влага будет накапливаться в материале обшивки.
Между толщей утеплителя и наружной обшивкой должна быть воздушная прослойка, которая изолирует наружную обшивку, накапливающую атмосферную влагу во время осадков, вентилирует утеплитель от конденсационного увлажнения при недостаточной пароизоляции. Вентиляция полости стены осуществляется притоком воздуха от цоколя к карнизу дома. Поэтому наружная обшивка выполняется на откосе 20-30 мм относительно каркаса и крепится таким образом, чтобы нижний край обшивки был ниже нижней обвязки на 50-70 мм.
Более теплый воздух в воздушной прослойке стремится к карнизу, захватывая наружный воздух, и вентилирует нижнюю обвязку и утеплитель. При отсутствии вентилируемых воздушных прослоек при нарушении пароизоляции, которая практически всегда имеет место, водяные пары, проникая через утеплитель, конденсируются во внутренней поверхности наружной обшивки, увлажняя утеплитель и древесину каркаса, что влечет за собой создание условий для жизнедеятельности дереворазрушающих грибов.
Если наружная обшивка стен выполнена из листовых материалов с высоким водопоглощением, то листы покрывают с обеих сторон лакокрасочными составами. Односторонняя окраска при определенных условиях может привести к короблению и растрескиванию листов ввиду разности деформаций от увлажнения и высыхания внешней и внутренней стороны.
Крепление листовой наружной обшивки осуществляется на механических связях. Во избежание стесненности от влажностных деформаций листа отверстия для шурупов и гвоздей должны быть несколько больше, чем диаметр связей. Наилучшим вариантом следует считать крепление листов с помощью алюминиевых профилей и раскладок (рис. 12.3.). Такое решение не ограничивает деформаций листа, а также защищает стыки и кромки листов от увлажнения.
Как панельные, так и каркасные стены завершаются верхней обвязкой наружных и внутренних стен в два ряда с перекрытием стыков нижележащего ряда. Крепление обвязки осуществляется на гвоздях.
Стены из массивной древесины
Стены из бруса, профилированных в заводских условиях бревен и круглого леса имеют свои достоинства и недостатки. Наиболее технологичными в силу своего прямоугольного сечения и возможностей создания разнообразных архитектурно-планировочных решений являются стены из бруса. Поскольку толщина стен из бруса определяется теплотехническими требованиями, то вопрос несущей способности сводится к обеспечению устойчивости стен и геометрической неизменяемости дома.
Рис. 12.3. Крепление экрана из листовых материалов к каркасным стенам 1 - экран из листовых материалов; 2 - стойка каркаса; 3 - мастика; 4 - профиль из алюминия;
5 - раскладка.
Устойчивость стен обеспечивается следующими конструктивными мероприятиями:
-	длина стены от угла до внутренней поперечной стены не должна превышать длины материала. При этом стыкование брусьев по длине возможно через венец, собранный из нестыкованного по длине бруса. Стыкование стен по длине осуществляется в "пол-дерева". Для наружных стен во избежание продувания стыкование осуществляется по вертикали;
-	соединение бруса по высоте осуществляется нагелями из сухой древесины диаметром 20-24 мм плотной посадкой в заранее рассверленные отверстия. Нагели устанавливаются вблизи углов и мест пересечения наружных и внутренних стен, вблизи оконных и дверных проемов, а также по длине стены с шагом 1,5-1,7 м;
-	в углах и местах пересечения наружных и внутренних стен стыковые соединения осуществляются "вперевязку". Эти соединения по традиции называются "врубкой", которые имеют различные варианты. Если для стен из круглого леса рекомендуются врубка в "обло с остатком" или в "лапу без остатка" (рис. 12.4), то для стен из бруса предпочтительным является соединение "на шип". Преимущество этого соединения заключается в меньшей продуваемости, и как следствие промерзания угла по сравнению с соединением в "пол-дерева". При наличии облицовки стены кирпичной кладкой, а также при сборке дома из сырого бруса предпочтительным является соединение в "пол-дерева". При таком соединении брусья в месте стыка пробиваются двумя гвоздями, уплотняя паклю и создавая дополнительную жесткость угла;
-	возведение брусчатых стен должно производиться из сухого бруса с параллельными гранями. При необходимости проводится сушка бруса до влажности 20-22% в мягких режимах сушки, что обычно занимает 10-15 дней в зависимости от начальной влажности. При профилировании брусьев их размещают так, чтобы трещины от усушки оказались в горизонтальных гранях. Профилирующими станками при необходимости выпиливаются продольные пропилы на горизонтальных гранях, снижающие уровень
внутренних напряжений от усушки при эксплуатации здания, и снижающие вероятность развития трещин на боковых гранях. Рубка из некачественного сырого леса приведет в дальнейшем к "выпучиванию" стен в результате внецентренного приложения нагрузки от вышележащих венцов, вследствие непараллельное™ сплачиваемых плоскостей бруса и неравномерной усушки по сечению. Наличие прокладок (пакли и т.д.) между венцами, погиби бруса, а также усушка древесины поперек волокон приводит к осадке стен с течением времени. В естественных условиях достаточно интенсивная осадка стен происходит в течение первого года. Поэтому рекомендуется дом собирать под кровлю полностью, а прорезание оконных и дверных проемов и отделочные работы проводить после окончания осадки сруба, хотя это и не гарантирует небольшого выпучивания стен во времени;
-	в случае ускорения сроков строительства, а также для бревенчатых
Рис. 12.4. Виды сопряжения венцов наружных стен в углах и венцов наружных и внутренних стен «Без остатка»: а) “в шип”; б) "ласточкин хвост"; в) на нагеле; г) “в лапу”, “С остатком”; д) “в пол-дерева” для брусьев; е) “в обло” для круглого леса.
стен оконные и дверные проемы усиливаются стойками с вертикальными пазами на треть толщины стены, в которые вводятся шипованные торцы венцов. Стойки посредством паза должны обеспечить свободную осадку венцов. Применяется и другое решение, при котором в предварительно выбранный на торцах брусьев вертикальный паз на всю высоту проема плотно вставляется брусок и прибивается гвоздями. Гвозди не препятствуют осадки стены за счет деформации древесины поперек волокон и собственного изгиба. Длина бруска должна быть меньше высоты проема на величину осадки. Осадка зависит от высоты стен и влажности древесины и составляет до 5% от высоты помещения;
-	свободная высота стен ограничивается балками перекрытия или покрытия, которые закрепляются нагелями либо врубками типа "ласточкин хвост", образуя жесткий пространственный блок.
В процессе высыхания в брусе, особенно в углах, по торцам и по пласта возникают усушенные трещины, глубина которых зависит от размеров сечения, в которых может накапливаться влага от атмосферных осадков, в результате увлажняется внутренняя зона древесины, обеспечивая жизнедеятельность грибов. Защитой от этого увлажнения является устройство экрана из облицовочных тонких досок с четвертью или профилированной вагонки по вертикальным рейкам, которые создают воздушную прослойку. Расположение досок должно обеспечивать отвод воды и не накапливать ее в обшивке (рис. 12.5). Для предотвращения образования глубоких усушенных трещин на свежесрубленных бревнах, а также на выпиленных из них брусьев устраивают один или два продольных пропила, по низу и верху бруса. При устройстве экрана из вертикальной вагонки горизонтальные бруски крепятся вразбежку, для обеспечения движения воздуха либо устраивается обрешетка из вертикальных и горизонтальных брусков.
При устройстве экрана из кирпичной кладки в пол-кирпича крепление ее к стене из бруса должно быть осуществлено на гибких связях, позволяющих свободу деформации стены относительно экрана. Практически это осуществляется путем одиночного армирования кладки арматурными стержнями диаметром 6 мм, которые с помощью хомутов из кровельной оцинкованной полоски толщиной 0,55-0,6 мм крепятся гвоздями к стене (рис. 12.6). Армирование осуществляется через 7-8 рядов кладки. При таком решении экрана следует обратить внимание на соответствующую конструкцию фундамента. В случае облицовки дома, эксплуатируемого несколько лет, фундамент под экран следует выполнять из буронабивных свай с ростверком. Кладка экрана ведется на откосе в 2-3 см, и вентилируемая прослойка должна иметь входные отверстия для воздуха ниже нижнего венца дома.
Дома с кирпичными стенами и стенами из легкобетонных материалов
Вследствие гигроскопичности стеновых материалов, атмосферная влага, накапливаясь в массиве кладки, создает неблагоприятные условия для опорных узлов деревянных конструкций. Поэтому для обеспечения долго-210
б) в) (2* ад
Рис. 12.5. Экран для обеспечения долговечности брусчатых или бревенчатых стен: а) горизонтальное расположение облицовочной доски по вертикальным рейкам; б) вертикальное расположение облицовочной доски по вертикальным и горизонтальным рейкам; в) вертикальное расположение по горизонтальным рекам вразбежку.
Рис. 12.6. Схема крепления экрана из кирпича к стене из бруса: 1 - арматура d = 6 мм; 2 - хомут из оцинкованной стали.
Рис. 12.7. Заделка деревянных балок в стены из бетона: а) вид с боковой стороны; б) вид сверху; 1 - балка; 2 - анкер; 3 - гидроизоляция; 4 - раствор; 5 -пакля.
вечности деревянных несущих конструкций перекрытия и покрытия следует конструктивными приемами не допускать возможность увлажнения древесины от внешней среды.
Влага в стене может накапливаться вследствие капиллярного всасывания от насыщенного водой грунта, вследствие атмосферных осадков, а также от недостаточной толщины стен в опорных нишах вследствие промерзания и выпадения конденсата на древесину. Защита стены от капиллярного всасывания осуществляется путем горизонтальной гидроизоляции на всю толщину стены двумя слоями рубероида на высоте 20-25 см. от уровня отмостки и ниже отметки опирания балок (лаг) перекрытия цоколя.
Стены с легкобетонными стеновыми материалами рекомендуется защищать от атмосферного увлажнения устройством различных экранов из листовых или штучных материалов или окраской по оштукатуренным поверхностям. Особое внимание следует обратить на оконные и дверные проемы, обеспечивая отвод воды откосами и сливами по периметру проемов. Вопрос защиты концов балок в опорных нишах стен сводится к обеспечиванию от промерзания участков стен и образованию конденсата в этих местах, а также к удалению собственной влаги в балках, которая улетучивается через торцы. Поскольку высушенным лесоматериалом с глубокой пропиткой торцов невымываемыми антисептиками строительная индустрия не располагает, то повышению долговечности способствует следующее решение этих узлов (рис. 12.7.). Концы балок на длину опорной части 140-150 мм укладывают на кладку по соответствующей отметке. При этом, оставляя торец свободным, в 2 слоя рубероида оборачивается опорная часть. Продолжая клад-212
ку, оставляют нишу на глубину 200 мм, шириной на 30-40 мм больше ширины балки. Зачеканив промасленной паклей и зафиксировав боковые поверхности кладочным раствором на глубину 30-40 мм от внутренней грани стены, оставляют свободным от жесткой заделки верх балки. Таким образом, через паклю по верху балки и зазор между плинтусом чистого пола происходит испарение излишней влаги из скошенных торцов.
Опирание элементов стропильной системы (фермы, стропила) на стены происходит через мауэрлат - деревянный брус или бревно, уложенное по верху стены во внутреннюю четверть кладки (рис. 12.8.) Мауэрлат изолируется гидроизоляционной прокладкой от стены аналогично с нижней обвязкой деревянного дома и фиксируется к стенам.
Для обеспечения устойчивости длинных и высоких стен балки закреп-
Рис. 12.8. Опирание стропил на стены из кирпича: 1 - стена; 2 - зазор для вентиляции воздуха; 3 - кровля; 4 - мауэрлат; 5 - гидроизоляция; 6 - балка перекрытия чердака; 7 - хомут, фиксирующий стропильную ногу к мауэрлату.
ляются в стенах через стальные Т-образные анкера из полосовой стали, которые стойкой прибиваются к балкам, а перекладиной заделываются в кладку. Анкера устанавливаются через 2-3 балки (рис. 12.7).
Перекрытия
В деревянном домостроении перекрытия, как правило, осуществляется деревянными балками с устройством по ним чистых полов и подшивкой потолков, что требует выполнения конструктивных мер по защите древесины. В наиболее сложных эксплуатационных условиях находятся цокольные 213
1
Рис. 12.9.
перекрытия, если отсутствует подвальное помещение. Для обеспечения вентиляции конструкции перекрытие, которое представляет собой несущие балки, чистые полы из половой доски, разреженный "черный пол", по которому уложен утеплитель, в цоколе устаиваются "продухи", закрываемые на зимний период времени. В зависимости от веса утеплителя разряженный настил "черного пола" может подшиваться к низу балок на гвоздях либо укладываться по черепным брускам, прибиваемым к боковым граням балок. Для изоляции водяных паров теплого помещения от холодного подполья по верху балок перед устройством "чистого пола" укладывается пароизоляция, предпочтительнее из рубероида. Помимо основной функции рубероид снижает скрип, возникающий от трения половой доски по балкам. Рулоны рубероида раскатываются вдоль балок, обеспечивая изоляцию утеплителя и деревянных элементов от увлажнения.
В зависимости от количества помещений с влажным режимом целесообразно цокольное перекрытие выполнять из железобетона при соответствующих фундаментах.
В наиболее благоприятных эксплуатационных условиях находятся междуэтажные перекрытия, поскольку разделяют помещения с одинаковой температурой. В этих перекрытиях опасным местом с точки зрения загнивания 214
являются опорные узлы балок с наружными стенами. Решение этих узлов в стенах из кирпича приведено выше, а в домах со стенами из древесины необходимо обеспечить конструктивными приемами удаление остаточной влаги древесины через торцы балок, и невозможность контакта их с атмосферной влагой.
При возведении чердачных покрытий необходимо предусмотреть возможность проникновения на чердак атмосферной влаги через некачественную или ветхую кровлю, а также правильно назначить толщину утеплителя, во избежание конденсата от промерзания пароизоляция осуществляется под обшивкой потолка. Также желательно подшивать потолки из паронепроницаемых синтетических материалов. В чердачном помещении пароизоляция и качественная укладка теплоизоляционного слоя имеет большое значение в силу большой разницы температуры внутри дома и на чердаке.
Совмещенное покрытие для деревянного домостроения не рекомендуется. При необходимости такого решения на участках мансардного этажа следует обеспечить движение воздуха от карниза к коньку через вентиляционные полости между утеплителем и настилом или обрешеткой под кровлю. В качестве кровли в этом случае рационально применять профилированные кровельные материалы. Движение воздуха в этом случае осуществляется через гофры профиля.
Стропильные системы
Защита от увлажнения элементов стропильной системы зависит, в первую очередь, от качества кровли. Некачественное устройство кровли или ее повреждение в процессе эксплуатации непременно приведет к загниванию деревянных элементов.
На долговечность древесины в зоне карнизного узла также влияет качество утепления чердачного перекрытия. При отсутствии пароизоляции и недостаточной толщины утеплителя теплый воздух, проникающий из жилого помещения, стремится вверх, подогревая кровельное покрытие. Нижний слой снега на кровле при этом подтаивает, и талая вода, стекая к карнизной части стены, замерзает, образует ледяной барьер с сосульками, препятствуя дальнейшему стеканию. В результате талая вода начинает подниматься вверх по скату либо стекает в более низкие места, вдоль ледяного барьера и через неплотности в фальцах листовой кровли или через стыки смежных кровельных элементов просачивается, увлажняя мауэрлат и опорные части стропильных элементов, создавая условия для гниения древесины. Нежелательны в чердачном помещении коммуникации системы отопления, горячего водоснабжения и других источников тепла. Если избежать этого нельзя, необходимо тщательно следить за состоянием их теплоизоляции.
Тем не менее, как показывает практика, уравнять температуру чердачного помещения с температурой наружного воздуха в опасные периоды невозможно из-за наличия неплотностей чердачных дверей и люков, теплоотдачи вытяжных труб отопления и других причин. Поэтому необходимо
обеспечить разумную вентиляцию чердака, удаляя избыток теплого воздуха через слуховые окна, отверстия во фронтонах, продухи в карнизах. Базовый элемент строительной системы, мауэрлат, который передает нагрузку от стропильной системы на стены, должен выполняться из массивного бруса или бревна. Назначение мауэрлата заключается в увеличении долговечности стропильных элементов, т.к. возможная влага, значительно более интенсивно проникает в древесину вдоль волокон по скошенным торцам стропил, чем поперек волокон мауэрлата. Для избежания капиллярного увлажнения от гигроскопичных стен мауэрлат отсекается от стены гидроизоляционной прокладкой из рубероида и других аналогичных материалов.
12.3. Конструирование и расчет элементов стропильной системы и балок перекрытий
При проектировании и возведении стропильных систем, исходя из конструктивной и экономической целесообразности, необходимо максимально использовать внутренние стены. При продольных или поперечных стенах наиболее целесообразна стропильная система, когда верхний коньковый брус через стойки передает усилие от нагрузки на лежень, лежащий на внутренней продольной стене или опирающийся на поперечные стены. Во втором случае сечение лежня определяется по расчету как изгибаемый элемент. Геометрическая неизменяемость системы "лежень - стойки - коньковый брус" обеспечивается крестовыми связями из досок (рис. 12.9.). Расчет конькового прогона производится на изгиб, где за пролет принимается расстояние между стойками, а стойки проверяются на устойчивость при центральном сжатии.
Стропильные ноги посредством горизонтальных подрезок опираются на коньковый брус и мауэрлат. Они устанавливаются по разные стороны ската друг против друга и конструктивно крепятся между собой. Шаг стропильных ног принимается по расчету, и в зависимости от сечения обрешетки имеют шаг от 0,5 до 1,5 м.
Расчет стропил производится как наклонных балок в зависимости от опорных закреплений. В случае врубки в мауэрлат и свободно лежащем другом конце на коньковом прогоне стропильная нога при уклоне > 45° рассчитывается как сжато-изгибаемый элемент, где сжимающая сила N от скатной составляющей равна на опоре W= ql sin а, в середине пролета ^= ql sin а /2, где q - расчетная нагрузка от постоянной и переменной нагрузки, в т.ч. и ветровой, если уклон > 30°, / - длина стропильной ноги.
При закреплении стропильных ног на коньковом прогоне и врубке в мауэрлат расчетное усилие сжатия вблизи мауэрлат от скатной составляющей определяется по формуле:
Nc= - ql sin а /2, а расчетное усилие растяжению вблизи точки крепления на коньковом 216
прогоне определяется по формуле:
Np= ql sin а /2 .
При а < 45° стропильная нога рассчитывается как изгибаемый элемент.
При ширине дома более 6 м для уменьшения пролета стропильной ноги, а также для дополнительного обеспечения устойчивости в плоскости стропил устраиваются подкосы, которые работают как сжатые элементы и рассчитываются на устойчивость. В этом случае стропильная нога рассчитывается на поперечную нагрузку как неразрезная двухпролетная балка.
При отсутствии внутренних продольных стен, а также для возможности устройства мансардного этажа применяются треугольные распорные или рамные стропильные системы.
Для малых пролетов 6-7 м применяются треугольные стропильные системы с повышенной затяжкой, являющейся балкой потолка мансарды (рис. 12.10. а). Учитывая допускаемые деформации сжатия древесины и неплотности контакта соединений стропильных ног с конструкциями перекрытия, допускающие горизонтальные перемещения, расчетная схема представляет собой статически определимую систему, где одна из опор шарнирно подвижная, а другая шарнирно неподвижная.
В этом случае усилие в повышенной затяжке определяется из равенства моментов относительно конькового шарнира.
Для равномерно-распределенной нагрузки усилие в затяжке определяется по формуле:
12 8 J
где R - опорная реакция;
I - пролет.
Изгибающие моменты в стропильной ноге и продольная сила определяются по формулам:
М= М° - НН
N = Q° sin ср + Н cos (р, где М° Q° - балочный изгибающий момент и поперечная сила;
h1 - координата расчетного сечения по вертикальной оси с центром осей координат на опоре;
<р - угол наклона стропильной ноги.
Поскольку затяжка является балкой потолка мансарды и воспринимает нагрузку от утеплителя и потолка, то расчет ее следует производить как рас-тянуто-изгибаемый элемент.
Количество гвоздей для крепления затяжки со стропильной ногой определяется по формуле:
8 — 7066
217
Рис. 12.10. Схема треугольной стропильной системы с повышенной затяжкой (а) и схема раздельной рамы для мансардного этажа пролетом 8-12 м (б).
R
МТ
где R - равнодействующая от усилия распора в затяжке и поперечной силы от веса конструкции потолка мансарды;
Т - расчетная несущая способность гвоздевого соединения соответствующей конструкции;
М - количество срезов в соединении.
Для обеспечения продольной устойчивости зданий по верху устраиваются крестовые связи, а обшивку мансарды по стропильным ногам выполняют из жестких листовых материалов или вагонки.
Сложность применения рамных конструкций для пролетов 8 - 12 м в качестве стропильной системы мансардного этажа сопряжена с конструктивным решением восприятия распора, т.к. передача его на стены невозможна. Применение же затяжек из металла, располагая его в полости перекрытия, не всегда возможно, а использование балок перекрытия в качестве затяжек, если направление их соответствует направлению затяжки, неэффективно. В этом случае деревянная балка находится в наиболее неблагоприятном напряженном состоянии - растяжении с изгибом - и требует сортировки пиломатериала и отбора материала 1-го сорта.
Поэтому более рациональной рамной стропильной системой является
раздельная рама (рис. 12.10.б), состоящая из стоек с подкосами и треугольной стропильной формы. В этом случае нижний пояс формы, которая является потолочной балкой, хотя так же работает на растяжение с изгибом, но при этом воспринимает незначительную вертикальную нагрузку.
Для обеспечения поперечной устойчивости в стропильной системы карнизных узлах устанавливаются подкосы. Продольная устойчивость обеспечивается прогонами, врезаемыми в стойки, крестовыми связями по треугольной ферме и диагональной разреженной обрешеткой, набиваемой по стойкам со стороны кровли, которая также служит для фиксации утеплителя стен мансарды. Такое решение обеспечивает хорошую вентиляцию утеплителя и элементов стропильной системе.
Расчет стропильной системы сводится к расчету треугольной фермы, а стойки рассчитываются на устойчивость в плоскости рамы. Шаг определяется расчетом рамы и обрешетки, а также наличием оконных проемов, которые рекомендуется устраивать в плоскости стоек, для гарантированного отвода атмосферных осадков.
Поскольку стойки рамы передают нагрузку на балки перекрытия вблизи их опор, необходимо помимо проверки сечения балок по нормальным напряжениям, проверить касательные напряжения, особенно если применяются двутавровые балки со стенкой из фанеры. Прогиб должен определяться с учетом деформаций сдвига.
Балки перекрытия. Сечения балок перекрытия и их шаг определяются расчетом по прочности, деформативности и зыбкости.
Расчет на прочность балок от изгиба проводят на расчетную нагрузку от собственного веса перекрытий и временную расчетную нагрузку, зависящую от назначения помещения, принимаемую по таблице 3 СНиП 2.01.07-85. Помимо проверки нормальных напряжений в расчетном сечении, для определения длины опорной площадки проводится расчет на смятие поперек волокон. Во всех случаях при расчете балок принимается расчетная схема с шарнирным опиранием на опорах, т.к. обмятие древесины опорных зон балок, даже заделанных в брусчатые или кирпичные стены, не позволяет рассматривать закрепление, как жесткую заделку.
При расчете балок на прогиб предельные значения от нормативной нагрузки не должны превышать следующих значений:
при /<3м [/]=1/150/, при 1=6”[/]=!/200/, при /< 6”-е-24” [/]=1/250/. При промежуточных значениях предельное значение определяется по интерполяции. При наличии штукатурки потолка прогиб балок только от длительной временной нагрузки не должен превышать 1/350 пролета.
Деревянные балки перекрытий жилых помещений проверяются также на зыбкость от ходьбы людей. Расчет сводится к условию, чтобы расчетные значение прогиба от суммарной нагрузки, включающий в себя пониженное значение равномерно-распределенной временной нагрузки для жилья равное 30 кг/м2, нормативное значение собственного веса перекрытия и нагруз-219
ки от людей, возбуждающих колебания, равное 25 кг/м2 умноженное на коэффициент ф где, ф=0,4+0,6/(/1/9)|/2, (А - грузовая площадь балки) не превышало предельного прогиба. Предельный прогиб (в метрах) определяется по формуле:
550 + 10?
J “ 67,5(256 + 30 + ?)’
где q - нормативное значение собственного веса перекрытия в кг/м2, b - определяется по формуле :
/, = 125Д,
\аГ где а - шаг балок (в м), /- пролет балок (в м)
Зачастую для выравнивания уровня пола иногда приходится выполнять подрезку балок у опор. Около подрезки в месте резкого изменения высоты балки возникают скалывающие и раскалывающие напряжения, при определенной величине которых происходит "отщепление" волокон в этом месте. Чтобы избежать такого характера разрушения, подрезка на опоре в растянутой зоне балок из бруса не должна превышать 0,25 высоты балки. При этом должно выполняться условие:
Л/М<0,4 МПа, где А - опорная реакция от расчетной нагрузки;
b, h - ширина и высота поперечного сечения без подрезки.
Длина опорной площадки подрезки С (рис. 12.11) должна быть не более высоты сечения h, а длина скошенной части подрезки С] не менее двух глубин подрезки.
Для перекрываемых пролетов 6+9 м, при отсутствии клееных, рекомендуются составные по высоте балки, которые возможно изготавливать в условиях строительной площадки. Имеются различные варианты сплачивания
Рис.12.11. Скошенная подрезка конца балки.
брусьев по высоте с использованием механических связей. Это сплачивание на шпонках, на пластинчатых нагелях (рис. 12.12), на цилиндрических нагелях, на наклонных металлических стержнях и др. При всех достоинствах и недостатках все варианты объединяет одно условие, которое заключается в необходимости придания брусьям обратного выгиба при установке связей. Тем самым выбираются неплотности, рыхлые деформации по окончании изготовления.
Геометрические изгибные характеристики таких балок с общей высотой h имеют промежуточное положение между характеристиками балки сплошного сечения высотой h и суммарными характеристиками отдельных
150
Т IL. ц»
120
Рис.12.12. Составная по высоте балка на пластинчатых нагелях.
сплачиваемых элементов. Отсюда геометрические изгибные характеристики составных балок.
W =W -к гг расч г'ц п
I - J  к ° расч и ц п ж
где Wy и Jy - момент сопротивления и момент инерции цельной балки с высотой равной высоте составной балки;
kw и кж - коэффициенты податливости, которые зависят от вида связей, от высоты и количества соединяемых элементов.
Наиболее простыми составными балками являются балки с соединением на пластинчатых нагелях. Пластинки толщиной 12 мм изготавливают из высушенной до 8 - 9% древесины твердых лиственных пород с направлением волокон перпендикулярно плоскостям сплачивания элементов. Гнезда
для пластинок выбираются цепнодолбежником с шириной цепи 12 мм. Глубина выборки должна быть симметрична относительно плоскости сплачивания и не должна превышать 1/5 высоты каждого бруса. Шаг пластинок принимается одинаковым, и величина его не менее 9 5ПЛ. Коэффициенты податливости составных балок на пластинчатых нагелях приведены в таблице.
Коэффициенты податливости для балок на пластинчатых нагелях	Число слоев в элементе	Значение к„, и кж для расчета изгибаемых составных элементов при пролетах в м		
		4	6	9
kw	2	0,85	0,9	0,9
	3	0,8	0,85	0,9
кж	2	0,65	0,75	0,8
	3	0,5	0,6	0,7
Для балки под равномерно-распределенную нагрузку на среднем участке длиною 0,2 1 пластинки можно не устанавливать т.к. сдвигающие усилия на этом участке близки к нулю. Количество связей для такой балки равномерно расставленных в каждом шве на половине пролета определяется по формуле:
1,5А/S и. =----—,
TJ расч
где Мр - расчетный изгибающий момент в середине сечения; S и Jpac4 - статический момент и момент инерции составной балки;
Т - несущая способность сквозного пластинчатого нагеля равная 0,75/? (кН); где b - ширина сплачиваемого бруса.
Для других видов связей коэффициенты kw и определяются по экспериментальным исследованиям.
РАЗДЕЛ V
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ, МОНТАЖУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Глава 13. Технология изготовления индустриальных деревянных конструкций
13.1. Сушка древесины
Сушкой древесины называют процесс удаления из нее влаги посредством испарения (атмосферная сушка) или выпаривания (камерная сушка). Это явление называется влагоотдачей. Обязательным условием перемещения влаги внутри материала является перепад влажности, т.е. разница между слоями материала. Кроме перепада влажности, побудителем движения влаги в древесине может быть перепад температур по сечению материала, при котором влага перемещается от более нагретых мест к более холодным. Обычно перепад температур невелик, и торможение сушки летом и ускорение зимой незначительно, таким образом, движение влаги внутри материала происходит, в основном, под действием перепада влажности.
Таким образом, при сушке древесины поток влаги под влиянием перепада влажности в поперечном сечении будет направлен изнутри к наружным слоям, т.к. наружные слои будут более сухими, чем внутренние.
В процессе сушке появляются дефекты в виде растрескивания (значительные сечения), коробления (малые сечения), выпадения сучков и др. Часто наблюдается изменение формы поперечного сечения досок из-за различной величины усушки в тангенциальном и радиальном направлениях. Трещины могут появляться на различных этапах сушки: наружные -в начале процесса, внутренние - в конце, раньше других появляются торцовые трещины. Для предупреждения наружных и внутренних трещин необходима промежуточная термовлагообработка древесины. Для предупреждения торцовых трещин рекомендуется обмазывать торцы досок влагонепроницаемыми составами. Коробление, как и изменение формы поперечного сечения, вызывается различием тангенциальной и радиальной усушки. Выпадение сучков вызывается большей их усушкой, чем близлежащих участков древесины. Вероятность появления дефектов может быть значительно снижена, если сочетать камерную сушку пиломатериалов с атмосферной.
Атмосферная сушка
При атмосферной сушке для испарения влаги из материала используется тепло относительно сухого атмосферного воздуха. Атмосферная сушка пиломатериалов ведется в штабелях, укладываемых на специальных складах. Состояние атмосферного воздуха не стабильно, так как на него оказывает влияние климат данной местности, сезон и погода. В течение суток па-
раметры воздуха также подвергаются изменениям. Кроме того, в результате взаимодействия воздуха с высыхающей древесиной в пределах склада создается своеобразный микроклимат. Характерная особенность атмосферной сушки состоит в том, что при малой ее интенсивности возможно поражение материала плесневыми грибами. С этой точки зрения процесс целесообразно по возможности интенсифицировать, применяя разреженную укладку досок для лучшей продуваемости штабеля. С другой стороны, в условиях нерегулируемой влажности воздуха излишняя интенсификация процесса может привести к растрескиванию пиломатериалов.
Для атмосферной сушки подбирают место на проветриваемом, выровненном и сухом участке. Пиломатериалы укладываются в пакетные или рядовые штабеля отдельными группами, кварталами. Каждый штабель пиломатериалов должен быть уложен на фундамент высотой 0,5 м, который выполняется из стационарных или переносных элементов и предохраняет от грунтовой сырости.
Штабеля в группе необходимо отделять друг от друга между штабельными разрывами. Разрывы в продольном направлении должны увеличиваться от крайних штабелей к средним. Группа штабелей отделяется между собой продольными проездами шириной не менее 10 м и поперечными разрывами или проездами шириной не менее 5 м. Рекомендуется, чтобы продольные проезды совпадали с направлением господствующего ветра в активный период сушки.
Пиломатериалы укладывают в штабель с прокладками. Межрядовые прокладки изготавливают толщиной 22-25 мм и шириной 40-50 мм. Длина прокладок должна быть равна ширине штабеля. Два или три штабеля, уложенные друг на друга по высоте, называют пакетами. Межпакетные прокладки изготовляют сечением 100x100 мм. Каждый сформированный пакет или штабель должен накрываться, не закрывая боковые и торцевые поверхности.
Атмосферная сушка позволяет выровнять влажность пиломатериала по сечению и довести ее до 20-22%. Данный уровень влажности позволяет эффективно в дальнейшем использовать камерную сушку, снижает сроки и энергозатраты предприятий. Ориентировочная продолжительность сушки сосновых досок до 20%-й влажности составляет 30 суток летом и 40-50 суток осенью и весной.
Камерная сушка
При высушивании в камерах необходимое для испарения тепло подводится к древесине при помощи нагретого воздуха, топочных газов или перегретого пара. Среда, окружающая древесину в процессе сушки, называется сушильным агентом.
В производстве деревянных конструкций используют камеры периодического действия, при работе которых периодически чередуются циклы: 224
полная загрузка камеры штабелями - контролирование сушки - полная разгрузка камеры. Это преимущественно воздушные камеры, сборные или стационарные, с принудительной циркуляцией сушильного агента. На рисунке приведена схема сборной сушильной камеры (рис. 13.1).
Рис. 13.1. Схема цельнометаллической сборной сушильной камеры периодического действия:
1 - впускной клапан для воздуха; 2 - выпускной клапан; 3 - осевые вентиляторы;
4 - четырехпакетный штабель досок; 5 - воздухопровод; 6 - паровой калорифер;
7 - впрыскиватель воды.
Эти камеры представляют собой цельнометаллические сооружения с тепловой изоляцией в блочном исполнении. Они оборудованы вентиляторами, паровыми калориферами, впрыскивателями воды, впускными и выпускными клапанами. Процесс сушки в таких камерах полностью автоматизирован. Значительно реже используются камеры для сушки пиломатериалов электроиндукционным и диэлектрическим способами, а также ванны для высокотемпературной сушки в гидрофобных жидкостях.
В процессе сушки влага в древесине перемещается из внутренних слоев к поверхности и испаряется в окружающую среду. Так как скорость испарения выше скорости перемещения влаги, наружные слои древесины высыхают быстрее и стремятся сократиться в объеме. Этому процессу препятствуют внутренние слои, из которых влага еще не успела удалиться. В результате возникают усилия, растягивающие наружные слои так, что в них могут образоваться трещины. Поэтому при сушке необходимо, чтобы скорость испарения влаги с поверхности не превышала скорость продвижения влаги из внутренних слоев, т.е. выдерживался определенный режим температуры и влажности сушильного агента в зависимости от влажности древесины.
Различают мягкие, нормальные, форсированные и высокотемпературные режимы сушки. Мягкие режимы обеспечивают полное сохранение физико-механических свойств древесины, нормальные допускают незначи-
тельное их изменение после сушки, а форсированные приводят к заметному (до 20%) снижению прочности пиломатериалов. В зависимости от начальной влажности древесины и толщины досок камерную сушку по мягким режимам ведут при температуре не выше 60°С, по нормальным — не выше 100°С, по форсированным — не выше 130°С. Высокотемпературная сушка проводится в среде перегретого пара или в гидрофобных жидкостях, нагретых до 140 — 150°С.
Для пиломатериалов, идущих на несущие конструкции, обычно применяют мягкие режимы сушки, характеризуемые перепадом влажности, составляющим 1,65-2,5% на 1 мм толщины материала. Для сушки пиломатериалов, идущих на ограждающие конструкции, применяют нормальные режимы, при которых перепад влажности в досках составляет 2-3,5% на 1 мм толщины. Перепад влажности определяют по секциям послойной влажности, отпиливаемых от образцов, помещенных в камеру вместе с высушиваемым материалом.
Кроме температуры, режим сушки характеризуется степенью насыщенности сушильного агента и психрометрической разностью. Степень насыщенности - это отношение абсолютной влажности воздуха к его влагоемко-сти при данной температуре, а психрометрическая разность - перепад в показаниях сухого и мокрого термометра. Эти параметры изменяются в процессе сушки по ступеням в зависимости от влажности древесины, размеров и назначения высушиваемых материалов. С увеличением психрометрической разности повышается жесткость режима, возрастает интенсивность испарения влаги из древесины.
13.2. Технология изготовления клееных деревянных конструкций
Производство клееных деревянных конструкций должно осуществляться только на специализированных предприятиях. Особые требования по температурно-влажностному режиму предъявляются к цеху клееных конструкций, где необходимо поддерживать температуру 18-20®С и влажность воздуха 50-60%. Допускается производство и при температуре 16-25 градусов и влажности до 70%, но при этом должны корректироваться режимы склеивания.
Для изготовления клееных конструкций рекомендуется использовать пиломатериалы хвойных пород (сосна, ель). Допускается использование других пород, таких как лиственница, береза, осина, но при этом должен корректироваться ряд технологических параметров. При использовании сосны и ели в качестве сырья исходный пиломатериал для получения прямолинейных клееных элементов и гнутоклееных элементов значительного радиуса кривизны должен иметь толщину 40 мм, при фрезеровании которого получают заготовки толщиной 33 мм. Возможно использовать пиломатериал толщиной до 50 мм, но в этом случае предусматриваются продольные ком-226
пенсационные прорези, уменьшающие внутренние напряжения, расположенные на расстоянии 40 мм между собой, но не менее чем на 10-15 мм от кромки доски. Глубина прорезей должна быть равной половине толщины слоя, ширина 2-3 мм.
Для получения гнутоклееных элементов с участками кривизны небольших радиусов используется пиломатериал толщиной 25 мм, при фрезеровании которого получают заготовки толщиной 19 мм.
Компоненты клея (смола, отвердитель) должны поступать по мере потребности в герметически закрытых емкостях. Запас не должен превышать 6 месяцев.
В состав предприятия должен входить цех металлических изделий, для производства комплектующих деталей. В составе цеха должен быть участок по антикоррозийной защите металлических деталей.
Технологический процесс изготовления предусматривает выполнение следующих операций: атмосферная сушка, формирование штабеля и камерная сушка, сортировка и калибрование пиломатериала по толщине, вырезка дефектных мест и сращивание доски по длине, приготовление и нанесение клеев, сборка и запрессовка клееных пакетов, механическая обработка клееных пакетов, защитная обработка, контроль качества.
Атмосферная сушка
Пиломатериал, поступающий на производство, зачастую имеет влажность, превышающую предел гигроскопичности (больше 30%), а также рекомендуемый запас древесины на предприятии должен быть в объеме трехшестимесячной потребности, поэтому складирование сырья совмещают с атмосферной сушкой.
Формирование штабелей для камерной сушки
В сушильные камеры пиломатериал подается в штабелях определенных габаритов, кратных емкости камер, формирование штабеля осуществляется на рельсовых тележках из одинаковых по породе, толщине и длине пиломатериалов. Ряды досок разделяются прокладками. Прокладки сечением 40x25 мм укладывают строго вертикально друг над другом. Чтобы не увеличивать габариты штабеля, длина прокладок соответствует ширине штабеля. Количество прокладок регламентируется в зависимости от толщины пиломатериала и пород древесины. Для пиломатериалов хвойных пород толщиной до 25 мм шаг прокладок примерно равен 50 см, для досок толщиной до 50 мм шаг - примерно 1 м. При этом крайние прокладки должны укладываться по торцам штабеля. Предъявляемые требования к формированию штабеля позволяют снизить коробление досок и обеспечить равномерную циркуляцию сушильного агента.
Камерная сушка
В зависимости от породы древесины, ее сечений, исходной и требуемой на выходе влажности задаются определенные режимы сушки. Преимущество камерной сушки по сравнению с атмосферной, помимо скорости и получения продукции с заданными параметрами влажности, заключается также в уничтожении деревоокрашивающих и дереворазрушающих грибов и насекомых в древесине, отверждении смолы в древесине хвойных пород.
После выгрузки из сушильных камер, пиломатериалы кондиционируют в условиях цеха при температуре 18-20 градусов и влажности воздуха 50-60% не менее трех суток. Эта операция необходима для выравнивания влажности по длине и сечению пиломатериала, так как указанные температурновлажностные условия в цехе соответствуют равновесной влажности древесины 8-12%.
Сортировка и калибровка пиломатериала по толщине
После кондиционирования штабеля доски, имеющие такие пороки, как гниль, трещины, покоробленность, отсортировываются и используются для других целей. Пиломатериалы после лесопиления имеют отклонения от номинальных размеров по толщине. В соответствии со стандартом доски имеют допуски 2 мм. Шероховатость поверхности после лесопиления также не позволяет качественно склеивать материал. Поэтому доски фрезеруются по пласти на двухсторонних строгальных станках, которые калибруют их по толщине. Далее осуществляется машинная сортировка. Эта современная высокопроизводительная операция с компьютерным оснащением оценивает пиломатериал по всем трем сортам, расчетные характеристики которых приведены в нормативных документах. Принцип машинной сортировки основан на зависимости между прогибом и изгибными напряжениями. Доска проходит через силовую раму, где ей на определенном пролете задается определенная величина прогиба. По компьютеру мгновенно определяют приложенную силу и напряжения изгиба, по которым определяется сорт. Участки доски, не обеспечивающие требуемый уровень напряжений, закрашиваются для дальнейшей вырезки.
Вырезка отдельных мест и сращивание досок по длине
Выявленные при машинной сортировке недопустимые пороки и дефекты вырезаются на торцовочных станках, которые входят в состав технологической линии по сращиванию пиломатериала по длине. Для сращивания по длине используется клеевое торцевое соединение на зубчатый шип. Нарезку зубчатых шипов на торцах производят специальными фрезами с выходом профиля шипа на кромку (горизонтальный шип) или на пласть заготовки (вертикальный шип). Для несущих конструкций предпочтительны вертикальные шипы. Поверхность нарезанных шипов на торцах доски должна соответствовать второму классу точности плотной посадки по стандарту на допуски и посадки. Запрессовка зубчатого соединения осуществля-228
Таблица 13.1 Свойства некоторых смол для клеев
Показатель	ФР-12	ФР-100	ДФК-1АМ	ФРФ-50
Жизнеспособность клея при	2-4	1	0,5	3-5
темп.18-22°С., час Срок хранения смолы, мес.	9	6	6	6
Свободный фенол, не более %	-	-	1,2	5,3
Горючие растворители, %	10	10	10	-
Вязкость смолы при темп. 18-22°С., сек	15-30	8-30	15-30	8-30
ется за счет торцевого давления с фиксацией стыка вертикальным прижимом. Полученные плети обрезаются торцовочными пилами по требуемому размеру и укладываются в пакет, на специальные тележки. Длина плети определяется длиной конструкции. После набора плетей определенной высоты тележки перемещают от технологической линии и выдерживают в условиях цеха до окончательного отверждения клея. Данная операция предполагает, что ширина изготавливаемой клееной конструкции соответствует ширине пиломатериала с учетом дальнейшего фрезерования кромок. Для изготовления клееных конструкций шириной больше, чем ширина исходного пиломатериала, разработана специальная технология по склеиванию доски по кромке. Заготовка, полученная в результате склеивания досок по кромке, пропиливается по требуемой ширине, а затем полученные заготовки сращиваются по длине на зубчатый шип.
Качество склеивания зависит от чистоты склеиваемых поверхностей. При изготовлении несущих деревянных конструкций показатель шероховатости пластей доски не должен быть более 120 мкм. Кроме того, склеиваемые поверхности должны быть свежеотфрезерованными, т.е. время с момента фрезерования до нанесения клея не должно превышать восемь часов. На поверхности не должно быть пыли и грязи. Поэтому перед сборкой и запрессовкой клееного пакета плети дополнительно фрезеруются, при этом выравнивается поверхность в зоне зубчатого соединения. На предприятиях, где отсутствует оборудование по машинной сортировке, фрезерование осуществляется один раз после сращивания по длине, и готовые плети поступают в зону цеха к запрессовочному оборудованию.
Приготовление и нанесение клея
В соответствии с областью применения клееных деревянных конструкций при изготовлении применяются различные типы клеев, такие как: резорциновый ФР-12, фенольно-резорциновый ФРФ-50, алкил-резорциновый ФР-100, ДФК-1АМ и другие виды. Основными показателями при выборе типа клея, наряду со стоимостью, являются такие как: рабочая жизнеспособность, отсутствие свободного фенола, срок хранения смолы и др. Марка клея обычно назначается по марке смолы.
Как правило, клей состоит из двух компонентов смолы и отвердителя, которые перемешиваются в клеемешалках, размещённых в помещении, оборудованном вытяжной вентиляцией. Отвердителем для вышеназванных смол является параформальдегид. В необходимых случаях в клей добавляются инертные наполнители (древесная мука и др.) для увеличения вязкости клея, что требуется, например, для склеивания соединений на зубчатый шип. Учитывая, что рабочая жизнеспособность типов клеев различна, объем приготовления определяется, исходя из расхода клея за данный промежуток времени. В зависимости от способа нанесения и состава клея суммарный расход при склеивании досок по пласти находится в пределах 0,35-0,6 кг/м2.
Клей необходимо наносить на обе склеиваемые поверхности. Одностороннее нанесение клея допускается лишь на участках с небольшим периодом запрессовочных операций или при большой жизнеспособности клея. Нанесение клея на поверхность следует производить механизированным способом при помощи клеенаносящего оборудования с дозирующими валками, обеспечивающими равномерное распределение требуемого количества клея. Для одностороннего нанесения применяется клееналивное оборудование. Допускается ручное нанесение клея при помощи кистей, валиков.
Нанесение клея на зубчатые шипы производят с помощью щёток и других приспособлений, встроенных в линию по сращиванию по длине. Допускается и ручное нанесение клея.
Рис. 13.2. Запресовка глухоклееных деревянных конструкций.
Сборка и запрессовка
При изготовлении клееных пакетов, необходимых размеров, их сборку, т.е. нанесение клея на плети и их формирование по высоте, производят, как правило, в запрессовочном оборудовании. Оборудование представляет со-230
бой установки для прессования периодического действия. Прямолинейные конструкции запрессовываются в вертикальных или горизонтальных прессах (клеевые прослойки расположены, соответственно, вертикально или горизонтально). Криволинейные конструкции рекомендуется запрессовывать в горизонтальных прессах (рис. 13.2)
При запрессовке должно быть обеспечено приложение и поддержание равномерного по всей площади склеивания и высоте пакета давление величиной 0,5-1,0 МПа. Верхний предел относится к склеиванию криволинейных конструкций, нижний предел - к склеиванию прямолинейных конструкций.
При склеивании криволинейных конструкций зачастую применяются винтовые прессы с компенсационными пружинами, позволяющими поддерживать требуемое давление. Для завинчивания винтов применяются электрические или пневматические гайковёрты, снабжённые динамометрическими устройствами для определения заданной величины давления.
Для склеивания криволинейных пакетов используются горизонтальные секционные прессы, позволяющие осуществлять быструю переналадку оборудования при изменении размеров и радиусов кривизны склеиваемых конструкций. Эти прессы состоят из отдельных секций, прикрепляемых к силовому полу таким образом, чтобы их рабочие опорные части соответствовали профилю изделия. На вертикальных стойках секций в определённых по высоте местах расположены горизонтальные гидродомкраты либо винты с захватами или упорами для тяг, посредством которых с помощью прижимных башмаков охватывают и запрессовывают пакеты плетей.
Учитывая, что при расспрессовке гнутоклееных конструкций происходит их некоторое распрямление, радиус установки базовых поверхностей секционных прессов должен быть меньше проектного радиуса внутренней поверхности конструкции.
Для обеспечения равномерного давления по длине расстояние между осями гидродомкратов или винтов не должно превышать 50 см, а свободное расстояние между краями прижимных башмаков не более 25 см. Между базовыми поверхностями секций, прессуемым пакетом плетей и башмаком должны быть компенсационные прокладки.
После формирования пакета запрессовка осуществляется в таком порядке, чтобы прижим осуществлялся от середины к краям равномерно в обе стороны.
Время выдержки склеиваемых пакетов в запрессованном состоянии обусловлено температурно-влажностным режимом цеха, технологическими свойствами клеев. При температуре цеха 18-20 °C выдержка прямолинейных конструкций составляет 14-12 часов, а криволинейных - 24-20 часов. Для ускорения отверждения клея возможен конвекционный нагрев до 80 градусов с помощью устройства “тепляков” вокруг пресса. Время полимеризации клея при этом снижается от 5 до 1,5 часов в зависимости от темпе-
ратуры. Но при этом требуется производить охлаждение конструкции в запрессованном состоянии в условиях цеха в течении трех часов.
Механическая обработка клееных пакетов
После распрессовки клееные пакеты подвергают механической обработке для доведения их до проектных размеров и придания поверхности необходимых качеств. Механическая обработка включает фрезерование боковых поверхностей клееного пакета, опиловку торцов под проектными углами, сверление отверстий под болты, под вклеенные штыри и т.д.
Фрезерование боковых поверхностей производится на стационарных односторонних рейсмусовых или двухсторонних станках. В случае значительных размеров конструкций допускается фрезерование боковых поверхностей ручным электрическим инструментом.
Торцовка осуществляется дисковыми или ленточнопильными станками под необходимым углом. Основное требование заключается в перпендикулярности торцовки. Допускается торцовка и ручными дисковыми электрическими пилами с глубиной пропила не менее толщины клееного пакета.
Защитная обработка
Все поверхности изделий и конструкций окрашиваются пентафталевы-ми, перхлорвиниловыми или другими эмалями, такими как: ПФ-115, ПФ-170, ХВ-110, ХВ-124 и др. Для защиты конструкций складов минеральных удобрений следует применять перхлорвиниловую эмаль ХВ-785 или сополимерные эмали ХС-759 и др.
Для клееных конструкций зрелищных, спортивных и других зданий социально-культурного назначения, где конструкции являются также элементом интерьера, используются прозрачные лаки, такие как уретановые УР-293 и другие. При данном виде отделки рекомендуется защита покрытия от внешних воздействий и механических повреждений при погрузо-разгру-зочных работах, транспортировке, монтаже. Эта защита осуществляется упаковкой конструкций в полиэтиленовую пленку, которая снимается на последнем этапе строительства перед сдачей объекта в эксплуатацию.
Нанесение лакокрасочных составов на поверхность конструкций осуществляют пневматическим распылителем или с помощью ручных инструментов (кисти, валики). Толщина покрытия должна соответствовать показателям, приведённым в технических условиях на изготовление конструкций. В среднем толщина покрытия, обеспечивающая влагозащитный эффект, должна быть для прозрачных покрытий 90 мкм, а для непрозрачных - 120 мкм. Такая толщина создаётся при нанесении лакокрасочных материалов пневматическим распылителем за 4 раза, а при нанесении кистью и валиком за 3 раза. Вязкость уретановых лаков при этом по вискозиметру ВЗ-4 при температуре 18-20 °C должна быть 20 сек., пентафталевых эмалей - 40-50 сек., а перхлорвиниловых и сополимерных эмалей - 35-40 сек. 232
Защита торцов клееных конструкций осуществляется мастичными составами на основе смол К-153, К-115, эпоксидной шпатлёвки ЭП-0010, либо тиоколовыми герметиками У-ЗОм, УТ-32 и др. Предварительно торцы обрабатываются антисептиками, а затем грунтуются рабочими составами. Рабочие составы для получения грунтовочного покрытия на основе смол и шпатлёвки приготавливаются путём последовательного введения в смолу растворителя и отвердителя. Для покровного слоя используют те же составы с добавлением наполнителя в количестве 50 весовых частей .
Нанесение грунтовки осуществляется кистью или валиком. Через 4-5 часов наносится покровный слой. Расход материала на грунтовку составляет 300 грамм, а на покровный слой примерно 1,2 кг/м2.
При устройстве армированных покрытий по грунтовке наносится приклеивающий слой, и сразу же валиком прикатывается стеклоткань или стек-лосетка, которая должна пропитаться составом. Через 2-3 часа наносят покровный слой и конструкцию выдерживают в условиях цеха в течение суток.
Грунтовочные составы на основе тиоколовых герметиков приготовляют путем введения растворителя. Нанесение грунтовочных составов осуществляется кистью, а покровного состава - шпателем. Покровный состав наносится через 18-20 часов после грунтовки.
Контроль качества изготовления конструкций
Учитывая специфику производства клееных конструкций и возможность появления скрытых дефектов, которые могут резко снизить прочность конструкций следует тщательно контролировать следующие параметры:
-	температуру и влажность воздуха в зонах механической обработки и склеивания;
-	влажность пиломатериалов после сушки;
-	качество фрезерования склеиваемых поверхностей;
-	вязкость, рабочую жизнеспособность и время отверждения клея;
-	расход и равномерность нанесения клея;
-	время с момента приготовления клея до окончания запрессовки;
-	величину и равномерность приложения давления;
-	время выдержки запрессовки;
-	прочность клеевых соединений.
Последний параметр в интегральной форме отражает качество технологического процесса и оценивается разрушающим методом контроля. Оценка качества клеевых соединений осуществляется по результатам контрольных испытаний на прочность и на расслаивание. Образцами для проведения испытаний являются отходы при торцовке клееного пакета. Испытания проводят с помощью специального приспособления на послойное скалывание в испытательном прессе с пределом нагружения не менее 5 т и точностью измерения нагрузки до 1%. Показатели прочности при испытаниях на по-233
слойное скалывание должны быть не менее 6 МПа, при среднем показателе предела прочности 8 МПа.
Испытания на расслаивание проводят для конструкций, эксплуатируемых в условиях нестабильного температурно-влажностного режима, или для особо ответственных большепролётных конструкций. Испытания проводят по специальной методике путём вымачивания образцов в автоклаве под давлением и высушивания до начальной влажности в сушильной камере при температуре 50-60®С. После высушивания на обеих торцевых поверхностях образцов замеряют раскрытие клеевых прослоек. Показателем качества склеивания является процентное отношение суммарной длины расслоений по клеевым прослойкам к общей их длине, выходящих на торцы. После трех циклов испытаний расслоение не должно превышать 10%.
13.3. Технология изготовления дощатых конструкций
с соединениями в узлах на МЗП
Производство дощатых конструкций с соединением в узлах на металлических зубчатых пластинах может быть организовано на любом деревообрабатывающем предприятии, имеющем свободные производственные площади. В отличие от клееных конструкций никаких требований по обеспечению температурно-влажностных условий данное производство не требует и может быть организовано также в неотапливаемых помещениях.
Наиболее распространённая область применения дощатых конструкций - это стропильные системы для малоэтажного домостроения, фермы пролётом до 15 м для производственных и складских зданий. Для изготовления конструкций используется пиломатериал сосны и ели первого и второго сортов по ГОСТ 24454-80 длиной от 2 до 6,5 м, шириной от 100 до 200 мм, толщиной 40-60 мм. Качество и максимальная влажность древесины должны удовлетворять требованиям СНиП, 11-25-80.
Металлические зубчатые пластины изготавливаются на специализированных предприятиях. Технология изготовления МЗП достаточно простая. После размотки рулонов листов оцинкованной стали и продольной разрезки на ленты требуемой ширины, лента подаётся в стандартный пресс со съемным штампом (матрица и пуансон). В зависимости от толщины материала единовременно выштамповывается один или два ряда зубьев по всей ширине. Подача ленты осуществляется с шагом, равным расстоянию между рядами зубьев. При выходе из пресса лента обрубается по требуемой длине, затем пластины пакетируются в коробки.
Технологический процесс изготовления конструкций с соединениями на МЗП предусматривает выполнение следующих операций: сушка пиломатериалов, фрезерование, защитная обработка древесины, торцовка заготовок, сборка заготовок и запрессовка МЗП, контроль качества.
Сушка пиломатериалов
Поступающий пиломатериал на предприятие должен быть подвергнут атмосферной или камерной сушке, чтобы влажность древесины при изготовлении не превышала 18-20%.
Фрезерование пиломатериала
Фрезерование по толщине и по ширине осуществляют на четырехсторонних станках. Калибровка по толщине должна обеспечить требование к равнотолщинности досок, соединяемых в одном узле, которая не должна превышать 1 мм. Большая разнотолщинность не обеспечит расчетный режим работы МЗП в соединении. Требования по качеству поверхности не регламентируются, допускаются нефрезерованные участки поверхностей. Калибровка пиломатериала по ширине обеспечивает необходимую соосность в узлах при сборке конструкций.
Защитная обработка древесины
Дощатые конструкции для зданий с влажностными условиями эксплуатации А-1, А-2, Б-1 и Б-2 по таблице 1 СНиП 11-25-80 могут изготавливаться без защитной обработки древесины от гниения. Для зданий с другими эксплутационными условиями требуется защитная обработка.
Для антисептирования рекомендуются составы ББ-32, МБ-1. Препарат безопасен для людей и может применяться для защиты древесины, соприкасающейся с пищевыми продуктами (например, в овоще- и фруктохранилищах). Препарат малотоксичен для людей и животных и рекомендуется для защиты конструкций, где возможно конденсационное увлажнение, например, в теплицах животноводческих помещениях.
Производить антисептирование рекомендуется методом погружения в ванны с раствором. Фрезерованные заготовки укладываются в контейнер таким образом, чтобы между ними оставались горизонтальные и вертикальные зазоры. Контейнер должен полностью быть погружён в раствор. При необходимости его дополнительно пригружают. Выдержка в ваннах осуществляется до удержания раствора антисептика в заготовках в объёме 120 г/м2 строганых поверхностей.
Торцовка заготовок
После подсушки антисептированных заготовок осуществляется торцовка под требуемыми углами в соответствии с проектными размерами. Точность торцовки определяется техническими условиями и зависит от пролёта конструкции и количества узлов. Торцовка осуществляется на специальных торцовочных станках либо ручными электрическими дисковыми пилами по шаблонам.
Сборка конструкций и запрессовка МЗП
Сборка конструкций и запрессовка в узлах МЗП производится на специальном оборудовании различной модификации. Наиболее распространённым оборудованием для изготовления небольших партий различной конфигурации является подвесная гидравлическая пресс-скоба с опорными столиками, которые устанавливаются в узлах конструкции (рис. 13.3). Фиксация
Рис. 13.3. Оборудование для изготовления дощатых ферм с соединениями в узлах на МЗП. Рама с опорными столиками (слева) подвесная прес-скоба (справа).
столиков осуществляется как к опорным рамам на болтах, так и к металлическим площадкам пола на электромагнитах. На металлических плитах столиков укладываются МЗП зубьями вверх. Затем заготовленные деревянные элементы собираются на этих пластинах в конструкцию и сверху укладываются на тот же типоразмер МЗП зубьями к древесине. Последовательно к каждому столику подводится пресс-скоба, и осуществляется двухсторонняя запрессовка пласти каждого узла. Преимущество данной технологии заключается в простоте оборудования и возможности оперативно изготавливать различные типы конструкций любой высоты. Недостатком является необходимость в подвесном оборудовании для перемещения пресс-скобы, а также небольшая производительность.
Для изготовления больших партий однотипных конструкций небольшой высоты, например, стропильных и подстропильных ферм, рекомендуется использовать более производительное технологическое оборудование - передвижной или стационарный пресс со сборочным столом.
Передвижной пресс в комплекте со столом имеет высокую производительность за счёт скорости передвижения и возможности одновременной запрессовки МЗП в нескольких узлах. Управление пресса может быть ручным или автоматическим. В процессе работы пресс перемещается вдоль сборочного стола по рельсовому пути. Сборочный стол имеет длину равную 236
длине двух конструкций. В процессе запрессовки МЗП в собранную конструкцию на одной половине стола, на другой половине осуществляется сборка следующей конструкции.
Стационарный пресс, в отличие от передвижного, закреплён на основании, а сборочный стол с собранной конструкцией передвигается по подающим рольгангам через пресс на приёмные рольганги. В отличие от передвижного, стационарный пресс требует больших площадей. Производительность такого оборудования достигает 8 тыс. куб. м конструкций в год.
Изготовленные однотипные конструкции плотно соединяют между собой в пакеты с помощью металлических лент, для обеспечения возможности складирования и транспортировки в проектном положении.
Контроль качества
Специфика данных конструкций требует пооперационного контроля качества следующих параметров:
влажность и пороки древесины, особенно для растянутых элементов ферм и рам;
плотность примыкания элементов в узлах и глубину запрессовки;
размещение МЗП в узлах с обеих сторон в соответствии с проектом, без смещения их отсительно друг друга.
При освоении производства дощатых ферм пролетом 9 и более метров должны быть проведены контрольные испытания ферм до разрушения по специальной методике с участием разработчиков технической документации.
Глава 14. Хранение, транспортировка и монтаж деревянных конструкций
14.1.	Хранение и транспортировка конструкций
Деревянные конструкции и изделия при хранении на стройплощадке должны быть защищены от влажностных воздействий, поэтому период их хранения на объекте должен быть сведён к минимуму. Особенно это касается клееных несущих конструкций, срок от доставки с завода до окончания кровельных работ которых не должен превышать трех месяцев.
При хранении конструкции рекомендуется устанавливать в проектном положении: например, панели стен устанавливают вертикально, панели покрытий - горизонтально. Исключения составляют столбы, колонны, элементы опалубки. Детали деревянного домостроения должны храниться в штабелях, накрытых большеформатными пленочными материалами. Срок их хранения на объекте не должен превышать 10-15 дней. Между штабелями необходимо оставлять проезды, определяемые габаритами подъемно-транспортных средств. Изделия в штабеле должны опираться на деревянные сквозные подкладки и прокладки.
При хранении конструкций в горизонтальном положении нижний ряд укладывают на подкладки сечением не менее 15x15 см либо на бревна, опиленные с двух сторон. Основание должно быть предварительно выровнено и уплотнено, иметь уклон для отвода дождевых и талых вод.
До начала монтажа на площадку должны быть доставлены деревянные конструкции в количестве, определенном проектом производства работ или технологическими картами. Конструкции укладывают в местах, предусмотренных строительным генеральным планом в непосредственной близости к месту установки и в зоне действия стрелы монтажного механизма.
Порядок укладки различных конструкций:
-	клееные конструкции и другие конструкции массивных сечений укладываются в один ряд в проектном положении на деревянные прокладки, укладываемые на грунт;
-	балки, прогоны, стропильные ноги, мауэрлаты и другие изделия из бруса или доски длиной до 6 м укладываются горизонтально в штабеля по 10-15 рядов с прокладками между ними. Прокладки должны находиться одна над другой по одной вертикальной линии. В каждом ряду должно быть не менее трех прокладок;
-	клееные, брусчатые, металлодеревянные фермы устанавливаются в вертикальном положении с использованием специальной оснастки;
-	панели перекрытий, покрытий и кровельные панели хранятся по 10-15 шт. по высоте штабеля. Также складируются дощатые щиты стен.
Панели деревянных домов заводского изготовления, обшитые листами гипсокартона или другим облицовочным материалом, хранятся в проектном положении:
стены и перегородки — вертикально в специальных кассетах, предохраняющих поверхность изделий от повреждений, а панели перекрытий — в штабелях на прокладках.
При транспортировке большепролетных и стержневых клееных деревянных конструкций основными операциями являются погрузочно-разгрузочные работы и фиксация их к стойкам платформ. Эти работы должны производиться в строгом соответствии со схемой строповки с помощью траверс. Эти схемы должны предусмотреть при максимальной простоте строповки и конструкции траверсы, чтобы напряжения в элементах конструкции не превышали расчетных. При перевозке несущих клееных деревянных конструкций в зависимости от их габаритов используют специальный автотранспорт. Конструкции укладывают на транспортные средства, обеспечивая их устойчивое положение и опирание, по возможности близкое к проектному. Конструкции должны закрепляться эластичными неметаллическими материалами. Гнутоклееные деревянные полурамы и полуарки перевозят по 4-5 комплектов одновременно.
При перевозке в железнодорожных вагонах гнутоклееные полурамы устанавливают вертикально стойками вверх в два ряда по высоте, отступив от продольной стены вагона на 650 мм. Ригели полурам опираются на деревянные подкладки, расставленные примерно через 3 м. Второй по высоте ряд рам отделяется прокладками 5x15 см, которые расположены строго над подкладками. Центр тяжести пакета гнутоклееных рам должен находиться в вертикальной плоскости симметрии платформы.
Пакеты полурам закрепляют к прокладкам и крюкам платформы мягкой проволокой для крепления грузов, изготовляемой из круглой горячекатаной стали диаметром 6 мм. Толщину проволочных скруток определяют с учетом продольных, поперечных и вертикальных инерционных сил, ветровой нагрузки, сил трения и собственного веса рам (общая масса 10 т, масса одной рамы — 500 кг).
Комплектующие металлические детали клееных конструкций транспортируются отдельно. При погрузке и разгрузке конструкций следует применять кран с захватом для монтажных петель и использованием специальных траверс.
Фермы и балки больших пролетов перевозятся пакетом по 4-5 штук с прокладками между ними. Дощатые фермы перевозят пакетами без прокладок между ними. При этом фермы пакетируются полосовой сталью. Конструкции должны быть зафиксированы к платформе автотранспорта. Аналогично перевозятся стеновые панели и перегородки.
Панели перекрытий транспортируют в горизонтальном положении без прокладок.
14.2.	Методы монтажа деревянных конструкций
Вопросы монтажа исключительно важны при проектировании, особенно большепролётных конструкций, и должны рассматриваться ещё на стадии разработки технического задания на проектирование.
Это обусловлено усилиями в элементах конструкции, которые возникают в процессе монтажа, и могут значительно отличаться от расчетных усилий вплоть до изменения знака усилий в отдельных элементах конструкций. Кроме того, соответствующим образом должны решаться узлы, поскольку, помимо прочности, конструкция узлов должна отвечать требованиям удобства производства работ, от чего в значительной мере зависит надежность конструкции. Нельзя также не учитывать технические возможности подрядной организации, а в случае необходимости совместно с проектировщиком надо разработать проект организации работ.
Методы монтажа деревянных конструкций отличаются друг от друга по степени укрупненное™ монтируемых элементов и по способу подъема и установки их в проектное положение.
По степени укрупненное™ элементов деревянных конструкций методы монтажа можно разделить на:
-	монтаж отдельными деталями, частями конструкций;
-	монтаж конструктивными элементами;
-	монтаж блоками;
-	монтаж собранного деревянного сооружения.
Монтаж деревянных конструкций отдельными деталями представляет сборку сооружения из отдельных, ранее заготовленных элементов, поданных краном или вручную к месту монтажа. Примером может служить сборка деревянного дома из брусьев или бревен, устройство деревянной перегородки из готовых щитов, установка стропил из бревен, брусьев и досок. Этот метод монтажа требует больших затрат ручного труда, значительного расхода материала на устройство лесов, подмостей и других вспомогательных приспособлений. Крановое оборудование используется при этом неэффективно, так как приходится производить большое количество подъемов элементов небольшого веса. При монтаже отдельными элементами необходимо окончательное закрепление каждого элемента.
Малопроизводительный и трудоемкий способ монтажа деревянных конструкций отдельными элементами в настоящее время применяется только в зданиях построечного изготовления и в деревянном домостроении.
Более индустриальным является монтаж конструктивными элементами, при котором к месту работ доставляются конструкции заводского изготовления (фермы, рамы, арки и т. п.), которые с помощью различного монтажного оборудования за один прием поднимаются и устанавливаются в проектное положение.
В том случае, если конструкции, подлежащие монтажу, имеют очень большие размеры, затрудняющие их перевозку от места изготовления к ме-240
сту установки, применяют укрупнительную сборку. На заводе конструкцию изготовляют в виде отдельных блоков, проверяют их контрольной сборкой, маркируют и отдельными частями доставляют к месту монтажа на специально оборудованную площадку укрупнительной сборки, на которой собирается конструкция. После этого приступают к монтажу собранной конструкции.
Таким способом монтируются большепролетные рамные и арочные конструкции. В качестве примера можно привести процесс монтажа рамы перегрузочного склада минеральных удобрений в порту «Санкт-Петербург» пролетом 62 м. На объекте каждая полурама собиралась из трех элементов полной заводской готовности с закладными вклеенными стальными деталями. Соединение стальных деталей на электросварке между собой обеспечило равнопрочное соединение основного сечения полуарок (рис. 14.1).
Монтаж целыми конструктивными элементами является высокопроизводительным. Все основные операции выполняются с помощью машин. В настоящее время монтаж конструктивными элементами наиболее распространенный способ.
Наиболее удобным способом установки легких дощатых ферм является монтаж нескольких конструкций, соединенных в блок постоянными связями. Так, например, если три или четыре стропильных фермы соединить на земле в зоне монтажа постоянными, предусмотренными проектом прогона-
Рис 14.1. Укрупненная сборка отдельных элементов полурам.
ми и связями, то полученный укрупненный блок, обладающий достаточной пространственной жесткостью, быстро монтируется мобильными автокранами. Монтаж блоками наиболее прогрессивный и способствует более полному использованию грузоподъемности кранового оборудования, сокращает число необходимых подъемов и сроки монтажа.
Монтаж деревянных сооружений, целиком собранных на строительной площадке широко применяется в настоящее время при монтаже радиобашен, радиомачт, мачт линий электропередачи и других высотных сооружений, а также пролетных строений мостов.
В зависимости от размеров, формы и местных условий для подъема и установки собранного сооружения применяется один из следующих способов: вертикальный подъем; надвижка конструкций; подъем поворотом; подъем сложным перемещением.
Для монтажа верхней части сооружений, например, купола церквей, применяется вертикальный подъем.
Надвижка конструкций применяется при монтаже сооружений, сложных по форме и значительных размеров. Например, при монтаже пролетных строений мостов. Пролетное строение собирается на берегу в проектном положении на одинаковом уровне с опорами и после этого, по специально устроенным путям, надвигается на опоры.
Подъем поворотом наибольшее распространение имеет при монтаже стоек, мачт и других высоких сооружений с небольшим поперечным сечением в сравнении с длиной. При этом способе монтируемая конструкция собирается в горизонтальном положении, и опорная часть ее закреплена шарнирным соединением с опорой. Особое внимание при этом уделяется определению места строповки, чтобы обеспечить прочность узлов и элементов конструкции от переменных усилий, возникающих в процессе подъема. Необходимо отметить, что эти усилия могут быть значительно выше, чем расчетные усилия от эксплуатационной нагрузки. В 80-х годах часто этот метод применялся при монтаже стрельчатых арок пролетом 18-24 м складских зданий для хранения минеральных удобрений.
В настоящее время, когда строительная промышленность располагает стреловыми мобильными кранами, можно применять более совершенный способ подъема конструкции — подъем сложным перемещением. При подъеме и подаче конструкции к месту установки кран совершает ряд движений, в результате чего монтируемое изделие принимает проектное положение на весу и перемещается в вертикальном и горизонтальном направлениях. Этот способ подъема получил наибольшее распространение при всех видах монтажа большепролетных конструкций. Таким способом осуществлялся монтаж арок-ребер и арок-диафрагм цилиндрической оболочки покрытия катка «Локомотив» в г. Москве. При этом использовались два башенных крана с подкрановыми путями вдоль продольной оси здания. Строповка конструкции при этом стропилась в торце здания.
Способ монтажа зависит от вида, размеров и веса монтируемых конструкций. Прорабатывается на стадии проекта производства работ. При этом из всех возможных способов принимается тот, который обеспечивает наименьшие затраты времени и средств.
Глава 15. Основы эксплуатации зданий и принципы усиления деревянных конструкций
С целью увеличения срока службы и безаварийной эксплуатации зданий и сооружений, в том числе с применением деревянных конструкций, создана система технического обслуживания, ремонта и реконструкции зданий и объектов, утвержденная Государственным комитетом по архитектуре и градостроительству при Госстрое СССР в 1988 г. (ВСН 58-88 (р)). Эта система представляет собой комплекс организационных и технических мероприятий.
1.	Техническое обслуживание, которое заключается в контроле над техническим состоянием частей зданий путем проведения плановых и внеплановых осмотров. Плановые осмотры должны проводиться ежегодно. Применительно к зданиям и конструкциям из древесины, в первую очередь, необходимо оценивать температурно-влажностный режим отапливаемых помещений и теплоизоляцию стен чердачных и цокольных перекрытий и покрытий. В неотапливаемых помещениях, например, на чердаках, необходимо контролировать теплоизоляцию трубопроводов и других источников тепла. Нарушение этого режима приводит к увлажнению деревянных элементов конденсационной влагой и загниванию. В середине лета ежегодно необходимо проконтролировать состояние кровли и при необходимости выполнить ремонт. Одновременно необходимо осмотреть несущие конструкции, открытые для доступа.
Выполнение этих условий обеспечит срок эксплуатации правильно запроектированных, качественно изготовленных и точно смонтированных деревянных конструкций значительно, более 50 лет, т.е. срока действия неизменной постоянной нагрузки, на котором базируется нормирование расчетных сопротивлений с учетом длительности действия нагрузки и оценка результатов испытаний конструкций кратковременной нагрузкой до разрушения.
Внеплановые осмотры производятся после землетрясений, ураганных ветров и ливней, сильных снегопадов и других явлений стихийного характера. В этом случае необходимо, в первую очередь, оценить состояние ограждающих конструкций и кровли. Кроме этого, требуется осмотр несущих конструкций в части возможных вертикальных и горизонтальных деформаций, а также узловых соединений.
2.	Текущий ремонт должен проводиться с периодичностью, обеспечивающей эффективную эксплуатацию зданий с момента завершения строительства (капитального ремонта) до момента очередного ремонта (реконструкции).
3.	Капитальный ремонт, или реконструкция, должен включать устранение неисправностей всех изношенных элементов и конструкций. На капитальный ремонт или реконструкцию должны ставиться, как правило, здание
в целом или его часть. При этом необходимо по возможности эксплуатационный режим и назначение здания оставить без изменения. Переориентация назначения здания с изменением технологии может негативно сказаться на надежности деревянных конструкций, особенно тогда, когда изменяется температурно-влажностный режим, к несущим конструкциям подвешивается дополнительное оборудование. За счет возможных пристроек или надстроек изменяется профиль здания, что вызывает увеличение снеговой нагрузки, не обеспечивается непосредственный отвод с кровли атмосферных осадков, нарушается режим вентиляции ограждающих конструкций.
Принятие решения по целесообразности проведения капитального ремонта или реконструкции принимает комиссия из заинтересованных лиц, основываясь на данных, представленных специалистами по соответствующему профилю, обследующих несущие конструкции и фундаменты.
Обследование деревянных конструкций. При необходимости реконструкции здания; при наличии заметных прогибов конструкций перекрытия, появлении уклонов в полах по перекрытиям, появлении протечек, а также для зданий, эксплуатируемых свыше пятидесяти лет, - необходимо проводить обследование состояния несущих деревянных конструкций. С этой целью должна быть создана комиссия в составе не менее двух человек, один из которых должен быть инженером-конструктором с большим опытом проектирования деревянных конструкций, а второй - специалистом по защите древесины.
На первом этапе необходимо изучить сохранившуюся техническую документацию и сравнить проектные и фактические параметры основных несущих конструкций. При отсутствии документации путем обмера определяется расчетная схема конструкций и их узлов, сечения элементов, фактическая постоянная нагрузка. По действующим нормативным документам производится расчет по прочности и деформативности на нормативные временные и фактические постоянные нагрузки. В случае если расчеты показывают, что по несущей способности основные конструкции не проходят, то работы по обследованию приостанавливаются для кардинального решения вопроса.
В случае, если расчеты подтверждают требуемую несущую способность основных конструкций, то обследование далее выполняется по следующей программе:
-	осмотр всех несущих конструкций и элементов с необходимыми вскрытиями полов, потолков и других элементов ограждения в местах, определяемых специалистами;
-	составляется исполнительная схема с записью обнаруженных дефектов, с их размерами, наиболее существенные дефекты зарисовываются или фотографируются;
-	определяются фактические размеры сечений, пролет, шаг конструкций;
-	анализируется пространственное раскрепление конструкций, вертикальность высоких либо тонкостенных конструкций;
-	замеряются фактические прогибы изгибаемых элементов, смещение узлов;
-	электровлагомером определяется влажность древесины;
-	производится (в случае необходимости и возможности) выборка образцов древесины для лабораторного исследования прочности, определения возможного вида гриба или древоточцев.
Результаты обследования анализируются, и выдается заключение о возможности или невозможности эксплуатации конструкции. Во втором случае специалистами разрабатываются технические решения на усиление несущих конструкций и, в случае согласования их с заказчиком, техническая документация.
Усиление деревянных конструкций. В основу разработки технической документации по усилению деревянных конструкций должны быть положены следующие принципы:
-	обеспечить существующие габариты помещений, исключить дополнительную установку стоек или подкосов (кроме временных на период производства работ);
-	усиленные конструкции должны либо полностью выполнять свои прежние функции, либо частично. В последнем случае решается вопрос об уменьшении шага конструкций путем подведения аналогичных по очертанию новых конструкций;
-	работы по усилению желательно выполнять без нарушения технологического режима здания, используя минимальную площадь «захватки» для производства работ;
-	решения усиления для однотипных конструкций с одинаковыми дефектами должны быть унифицированы и отличаться лишь объемами работы;
-	не могут разрабатываться варианты временного усиления на два, три года. Может быть только временное раскрепление;
-	усиленные конструкции должны удовлетворять требованиям действующих нормативных документов на момент реконструкции.
Методы усиления деревянных конструкций квалифицируются по двум признакам:
-	без изменения прежней схемы их работы;
-	с изменением схемы их работы.
Метод усиления без изменений прежней схемы работы применяется, как правило, при локальных повреждениях конструкций путем:
-	установки дополнительного числа крепежных механических связей;
-	установки дополнительных смежных элементов по боковым плоскостям усиляемой конструкции;
-	установки протезов для сгнивших опорных узлов балок, заделанных в кирпичные стены. При этом наиболее рациональным решением протеза является консоль из металлического профиля (уголок, швеллер), закрепленная в кирпичную стену, свободный конец которой является опорой для уко
роченной до здоровой древесины балки. Используются металлические протезы для усиления опор зон треугольных ферм;
- установки металлических стержней, вклеенных на эпоксидном клее в клееные конструкции. Этот метод применяется в случаях, когда необходимо повысить сопротивление балок или сжато-изгибаемых элементов ферм сдвигу на приопорных участках, где поперечная сила достигает максималь-
Рис. 14.1. Схемы усиления несущих конструкций изменением расчетной схемы А - Усиление трехшарнирной рамы с аварийным карнизным узлом 1 - деревянный подкос;
2 - металлическая растянутая деталь Б - Усиление безраскосной фермы (трехшарнирной арки) с расслоением клееного верхнего пояса 1 - подбалка из древесины; 2 - подкос из древесины; 3 - тяж из арматуры В - Усиление балки шпренгелем 1 - стойка; 2 - затяжки из арматуры.
ного значения, а также чтобы повышать сопротивление растяжению поперек волокон в гнутоклееных изгибаемых конструкциях. Технология вклеивания заключается в засверливании вертикальных или наклонных (направление наклона должно обеспечивать растяжение стержня) отверстий диаметром 5 мм больше диаметра стержня из арматуры периодического профиля. После очистки отверстия от стружки и пыли в нижний выход вставляется деревянная пробка. Количество клея определяется расчетом по объему, после чего шприцем этот объем вводится в отверстие. Для обеспечения подъема клея, вытесняемого вводимым стержнем, желательно, чтобы стержень имел профрезерованные по длине пазы прямоугольного сечения.
Этот метод сейчас наиболее распространен в клееных конструкциях и получил дальнейшее развитие в виде внешнего армирования, предложенного С.Б. Турковским.
Метод усиления с изменением прежней схемы их работы заключается в ведении дополнительных элементов, изменяющих расчетную схему конструкции.
Безраскосная ферма при наличии повреждения верхнего пояса может быть превращена в раскосную ферму (рис 14.2. б), а рамная конструкция с аварийным карнизным узлом - в подкосную раму (рис. 14.2. а.). Балка со значительным прогибом может быть превращена в шпренгельную балку (рис. 14.2. в.)
Рис. 14.3. Схема усиления гнутоклееной рамы пролетом 15 м
в зоне максимальных моментов 1 - габарит здания; 2 - фрагмент - гнутоклееной рамы;
3 - металлическая деталь с V - образными вклееными стержнями; 4- стойки для натяжения арматуры. 5 - внешняя арматура.
Технических решений усиления может быть весьма большое количество, но реализовать их зачастую весьма сложно, и требует значительных материальных затрат. Поэтому на стадии принятого варианта усиления, необходимо оценить объемно-планировочные, технологические и экономические возможности, рассматривая при этом соблюдение правил техники безопасности и удобство при производстве работ. Только по совокупности всех вопросов можно принять решение об усилении аварийных конструкций. В качестве примера можно привести опыт усиления гнутоклееных рам пролетом 45 м спортивного сооружения в г. Вологда (рис. 14.3.). Вариант усиления гнутоклееной части полурамы с использованием внешнего армирования был принят, исходя из соображения использования пространства между рамой и ограждающими конструкциями. Тем самым не нарушался объем зрительного зала и интерьер. Принцип усиления заключался в передаче растягивающих усилий на арматуру, закрепленную к анкерам. Анкера представляли собой металлическую деталь с арматурными стержнями, вклеенными во взаимно перпендикулярном направлении в древесину под углом 45 градусов к направлению волокон. При этом один стержень работал на продавливание, а другой - на выдергивание. Требуемая расчетная высота усиливаемого сечения и предварительное натяжение осуществлялось винтами, закрепленными в третях зоны усиления.
При всех вариантах усиления с изменением или без изменения расчетной схемы качественное исполнение работ требует выполнения следующих основных операций:
-	максимально возможная разгрузка конструкций от временных и постоянных нагрузок;
-	«вывешивание» конструкции домкратами с помощью промежуточных опор в проектное положение с обследованием и ремонтом, при необходимости, опорных узлов;
-	создание домкратами некоторого обратного выгиба, величина которого зависит от типа конструкции, места и способа усиления, а также замера выгиба в определенных местах с точностью до 0,1 мм;
-	после выполнения усиления, необходимо замерить вертикальные деформации с точностью до 0,1 мм в процессе снятия нагрузки с домкратов.
Только по анализу этих деформаций можно сделать вывод о качестве усиления и возможности дальнейшей эксплуатации конструкции.
УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ
Абсолютно сухая древесина
Адгезия
Анизотропия
Антипирен
Антипирирование
Антисептик
Антисептирование
Арка
Арка дощатоклееная
Арка кружальная
Атмосферная сушка Бакелизированная фанера Балка
Балка армированная
Балка дощатоклееная
Балка клеефанерная
Балка составная
Биологическое разрушение
Бревно
Брус
Брусок
Влага свободная
Влага связанная
Влажность древесины
Вклеенные стержни
Врубка
Врубка лобовая
Вымывание защитного средства
Глухари
Гниль
Годичный слой
Дереворазрушающие грибы
Деревоокрашивающие грибы
Деревянная клееная конструкция
Деформация
Длительное сопротивление
Допуск
Доска
Древесинное вещество
Древесная стружка
Древесная мука
Древесные опилки
Древесный хлыст
Жердь
Жесткость
Oven dry wood
Adhesion
Anisotropic
Fire retardant
Impregnate with fire retardant
Wood preservative
Preservative treatment of timber
Arch
Glued-laminated Arch
Centering Arch
Seasoning in the open air
Bakelized plywood
Beam
Beam reinforced
Glued-laminated beam
Glued-plywood beam
Built-up beam
Biological decay
Log
Cant
Bar
Free moisture
Bound moisture
Wood moisture content
Glued dowels
Joggle.no.tch
Step joint
Cover wash out
Cup-square bolt
Rot
Annual ring
Wood-attacking fungi
Timber paint fungi
Glued-laminated timber Construction
Deformation
Long-time strength
Tolerance
Board
Wood substance
Chip
Wood dust
Sawdust
Tree length
Thin pole
Stiffness
Жизнеспособность клея
Заболонь древесины
Защита древесины
Зубчатый шип
Инсектицид
Камбий
Клеевое соединение “на ус”
Клееная древесина
Клей
Клей алкилрезорциновый
Клей мочевино-формальдегидный
Клей резорциновый
Клей фенольно-резорциновый Клей фенолформальдегидный Клей эпоксидный
Когезия
Компаунд
Консервирование древесины
Конструкция несущая Конструкция ограждающая Конструкция пространственная Конструкции совмещающие Контрфорс
Коробление древесины
Косяк
Круглые лесоматериалы
Кряж
Купол
Купол ребристый
Лущение древесины
Малый чистый образец древесины Металлическая зубчатая пластина Модифицированная древесина
Нагель
Нагельные пластины
Наклон волокон
Настил
Непроклеивание в клеевом соединении
Номинальный размер пиломатериала
Нормативное сопротивление
Обзол
Обрешетка
Огнезащита древесины
Пиломатериал
Пиловочник
Vital capacity of glue Sap wood Protection of Wood Glued finger joint Insecticide Cambium
Scarf joint
Glued Timber
Clue
Alkyl-resorcinal adhesive Urea-formaldehyde adhesive Resorcinal adhesive Phenol-resorcinal adhesive Phenol-formaldehyde adhesive Epoxy adhesive
Cogesion
Compound
Preservative treatment of timber Load-bearing structure Space-enclosing structure Space structure
Common constructions Buttress, counterfort Warping of Wood
Segment
Round Wood
Block
Dome
Ribbed Dome
Peeling
Small clear sample of Wood Metal clamping plate Modified wood
Dowel
Dowelled plates
Slope of the grain Deck
Hole in glue bond
Rated size of Sawn timber
Standard resistance
Wane
Batten
Fire protection Sawn timber Sawlog
Пиломатериал необрезной Пиломатериал обрезной Пласть пиломатериала Плотность древесины Поверхность склеивания Податливость
Поздняя древесина годичного слоя Поперечный разрез древесины Пороки
Предел гигроскопичности
Предел огнестойкости
Предел прочности Принцип дробности Припуск
Прогон
Прогон консольно-балочный Прогон спаренный неразрезной Пропитка способом инъекций Пропитка способом прогрев-холодная ванна
Пропитка автоклавная
Пропитка способом вакуум-атмосферное давление-вакуум Пропитка способом вакуум-давление-вакуум Пропитка способом давление-вакуум Пропиточная жидкость Прочность древесины Радиальный разрез древесины Разбухание Рама
Ранняя древесина годичного слоя Расчетное сопротивление Режим склеивания
Реология Ряж
Сбежистость
Своды
Свод кружально-сетчатый Сердцевина
Скоба
Слой клееной древесины Сортимент
Стойкость древесины Строительный подъем
Edged timber
Unedged timber
Sawn timber face
Density of Wood
Surface of glueing
Compliance
Summer wood
Cross section of Wood
Defects
Wood hygroscopicity limit
Ultimate of resistance
Ultimate strength
Principle of distribution
Allowance
Purlin
Conti lever-beam purlin
Twin continuous perlin Impregnation by injection Hot-and-cold bath treatment
Autoclaving, autoclave impregnation Vacuum-air-vacuum treatment
Vacuum-pressure-vacuum impregnation
Pressure-vacuum impregnation
Preservative fluid (liquid)
Wood strength
Radial section of Wood
Shelling
Frame
Spring Wood
Calculated resistance (strength)
Regime of glueing
Rheology
Crib, cribbing, cribwork.log-crib.
timber crib
Size decrease of log
Vaults
Segmental-lattice vault
Pith
Timber dog
Layer of Glued Timber
Assortment
Resistance of Wood
Camber
Структурные конструкции
Стропильная нога
Сучок
Сушка древесины
Тангентальный разрез
Текстура
Трахеиды
Трение
Усушка
Фанера
Фанерная плита
Ферма
Ферма многоугольная брусчатая
Ферма трапециевидная
Ферма сегментная
Ферма треугольная
Фрезерование
Фунгицид
Химическая защита
Червоточина
Шайба клеестальная
Шип
Ширина годичного слоя древесины
Шпон
Шпонка
Эксплуатационная влажность
Ядро древесины
Modular structures
Rafter
Knot
Seasoning of Wood
Tangential section
Texture
Tracheids
Friction
Shrinkage
Plywood
Plywood board (plate)
Truss
Bowstring truss
Pentagonal truss
Segmental truss
Triangular truss
Shaping
Fungicide
Chemical Protection
Worm hole, worm channel
Glued steel washer
Tenon, feather piece
Annual ring width
Veneer
Key
Working humitidy (moisture) Wood core
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
АБСОЛЮТНО СУХАЯ ДРЕВЕСИНА
Древесина, высушенная до постоянной массы, при температуре 1ОЗ±2°С.
АДГЕЗИЯ
Возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных тел, приведенных в соприкосновение.
В случае клеевых соединений А - это сцепление между клеем и склеиваемой поверхностью, т.е. древесиной. Частным случаем А является когезия - притяжение частиц (атомов, молекул, ионов) внутри данного тела. Например, прочность клеевой прослойки определяется силами когезии.
АНИЗОТРОПИЯ
(от лат. “анизос” - неравный, “тропос” - направление)
Отличие прочностных, упругих характеристик, физических свойств древесины в различных структурных направлениях. Древесине приписывается схема ортогональной А, предполагающая наличие трех взаимно перпендикулярных плоскостей структурной симметрии сечений (доски, брус), направление волокон древесины условно считается осью симметрии ее строения, а плоскость перпендикулярная этой оси — плоскостью изотропии всех ее свойств. На допущении о поперечной изотропии основано рассмотрение свойств древесины в СНиП П-25.80.
АНТИПИРЕН
Растворы солей, предохраняющие древесину от возгорания.
Например: сернокислый и фосфорнокислый аммоний в соотношениях 3:7 в 10-20% водном растворе и др.
АНТИПИРИРОВАНИЕ	|
Глубокая или поверхностная пропитка древесины раствором солей с целью повышения ее сопротивляемости воздействию огня.
АНТИСЕПТИК
ндп. - Антисептик древесины.
Растворы солей, препятствующие развитию грибов, предотвращающие гниение.
АНТИСЕПТИРОВАНИЕ
Глубокая или поверхностная пропитка древесины антисептикоми, предохраняющая древесину от биологического разрушения.
АРКА
Криволинейная или ломаная распорная конструкция из одного или нескольких элементов (гнутых или прямолинейных), перекрывающая пространство между двумя опорами.
АРКА ГНУТОКЛЕЕНАЯ
Арочная конструкция, получаемая склеиванием досок в оборудовании с заданным радиусом кривизны.
АРКА КРУЖАЛЬНАЯ
Арочная конструкция из двух или более рядов косяков, соединенных между собой по пласту гвоздями в стыках, расположенных вразбежку в середине косяка смежного слоя.
АТМОСФЕРНАЯ СУШКА
Естественная сушка древесины в окружающей среде, с навесом над штабелем.
БАКЕЛИЗИРОВАННАЯ ФАНЕРА
Фанера повышенной водостойкости, атмосферостойкости и прочности, в которой каждый слой шпона пропитывается смолами.
БАЛКА
Строительная конструкция, работающая главным образом на изгиб.
БАЛКА АРМИРОВАННАЯ
Балка, имеющая в специально выбранных пазах, вклеенную на эпоксидном клее арматуру периодического профиля.
БАЛКА КЛЕЕНАЯ ДЕРЕВЯННАЯ
Строительная конструкция требуемой высоты, которую получают склеиванием пластин по пласту.
БАЛКА КЛЕЕФАНЕРНАЯ
1. Балка, состоящая из фанерных стенок и 2-х поясов из древесины.
2. Балки с волнистой фанерной стенкой.
БАЛКА СОСТАВНАЯ
Балка, состоящая из двух-трех брусьев (бревен), расположенных друг над другом по высоте сечения и соединенных между собой на технических связях, препятствующих сдвигу при поперечном изгибе.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ (БИОРАЗРУШЕНИЕ)
Разрушение древесины биологическими агентами (грибами, насекомыми).
БРЕВНО
Круглый сортимент диаметром не менее 14-16 см для использования в круглом виде или в качестве сырья для выработки пиломатериалов.
БРУС
Пиломатериал шириной и толщиной 100 мм и более.
БРУСОК
Пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной не более двойной толщины.
ВЛАГА СВОБОДНАЯ
Влага, содержащаяся в полостях клеток и межклеточных пространствах древесины.
ВЛАГА СВЯЗАННАЯ (ГИГРОСКОПИЧНАЯ)
Влага, содержащаяся в стенках клеток древесины.
ВЛАЖНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ
Отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах:
=	-100%,
где т - масса влажной древесины; т0 - масса образца, высушенного до состояния абсолютно сухой древесины. Измерение влажности древесины осуществляется прямыми и косвенными методами. Прямой метод основан на измерении веса электронными весами. Косвенный метод основан на измерении с помощью электровлагомеров.
ВРУБКА
Способ соединения деревянных элементов, в котором усилие передается от одного элемента к другому непосредственным контактом, с установкой конструктивных связей.
ВРУБКА ЛОБОВАЯ
Разновидность врубки, в которой примыкание одного элемента происходит под углом к другому.
ВЫМЫВАНИЕ ЗАЩИТНОГО СРЕДСТВА
Вынос защитного средства (антисептика, антипирена) из пропитанной древесины в окружающую среду за счет периодического повышения влажности воздуха, почвенной влаги, осадков.
ГЛУХАРИ
Винты, разновидности нагелей, имеющие квадратную или шестигранную головку, диаметром 12 мм и более.
ГНИЛЬ
Ненормативные по цвету участки деструктивной древесины, возникающие под воздействием дереворазрушающих грибов.
ГОДИЧНЫЙ слой
Слой прироста ствола древесины за один вегетационный период. Состоит из ранней (светлой) и поздней (темной) древесины.
ДЕРЕВООКРАШИВАЮЩИЕ ГРИБЫ
Грибы, изменяющие естественный цвет древесины и не оказывающие существенного влияния на ее физико-механические свойства.
ДЕРЕВОРАЗРУШАЮЩИЕ ГРИБЫ
Грибы, разрушающие клеточные стенки древесины и существенно изменяющие ее физико-механические свойства.
ДЕРЕВЯННАЯ КЛЕЕНАЯ КОНСТРУКЦИЯ
Конструкция, на изготовление которой в качестве основного материала преимущественно используется клееная древесина.
ДЕФОРМАЦИЯ
Изменение формы или размеров образцов, отдельных элементов, узловых соединений или нагрузки под действием температуры, изменения влажности и других воздействий.
ДЛИТЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Показатель действительной прочности древесины за длительный период времени.
ДОПУСК
Разность между наибольшими и наименьшими размерами, равная арифметической сумме допускаемых отклонений от номинального размера.
ДОСКА
Пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной более двойной толщины.
ДРЕВЕСНОЕ ВЕЩЕСТВО
Вещество, образующее клеточные стенки древесины.
ДРЕВЕСНАЯ МУКА
Древесные частицы заданного гранулометрического состава, полученные путем сухого механического размола древесины.
Древесная мука используется в качестве наполнителя для клея в количестве 3-5%.
ДРЕВЕСНАЯ СТРУЖКА
Тонкие древесные частицы, образующиеся при механической обработке вдоль волокон.
ДРЕВЕСНЫЕ ОПИЛКИ
Мелкие частицы древесины, образующиеся в процессе пиления.
ДРЕВЕСНЫЙ ХЛЫСТ (ХЛЫСТ)
Очищенный от сучьев ствол поваленного дерева без отделенных от него прикорневой части и вершины.
ЖЕСТКОСТЬ
Характеристика элементов или конструкции, оценивающая способность деформироваться при осевой и поперечной нагрузке.
ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ КЛЕЯ
Период времени, в течение которого клей имеет заданные пределы вязкости, определяющие пригодность его к употреблению.
ЗАБОЛОНЬ ДРЕВЕСИНЫ
Периферическая часть разреза ствола, большей частью светло-окрашенная зона древесины, физиологически активная в растущем дереве.
ЗАЩИТА ДРЕВЕСИНЫ
Совокупность химических и конструктивных мероприятий по сохранению эксплуатационных свойств древесины.
ЗУБЧАТЫЙ ШИП
Торцевое клеевое соединение досок по длине профилированными поверхностями склеивания в виде зубчатых шипов.
ИНСЕКТИЦИД
Защитное средство, предохраняющее древесину от повреждения насекомыми, применяется не только для профилактических мероприятий, но, главным образом, для уничтожения насекомых, уже развившихся в древесине.
КАМБИЙ (от лат. “kamblum” — обмен, смена)
Первичная ткань дерева, образующая по мере развития вторичные проводящие ткани и обеспечивающая прирост ствола по толщине.
Камбий в растущем дереве с определенной последовательностью откладывает новые слои древесины наружу — кору.
КЛЕЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ “НА УС”
Торцевое клеевое соединение листовых материалов плоскими поверхностями склеивания, расположенными под острым углом к продольной оси, заготовок (рис. 8).
КЛЕЕНАЯ ДРЕВЕСИНА
Материал, полученный соединением досок между собой с помощью клея.
КЛЕЙ
Составы, которые при определенных условиях химических реакций или от нагрева обладают свойством затвердевать и прочно соединять различные или однородные материалы между собой.
КЛЕЙ АЛКИЛРЕЗОРЦИНОВЫЙ (ФР-100)
Клей, полученный на основе алкилрезорциновой смолы.
В состав клея ФР-100 входят: смола (100 мас.ч.) + отвердитель параформальдегид (13,5 мас.ч.).
КЛЕЙ МОЧЕВИНО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫЙ
(Карбамидный клей)
Клей, полученный на основе мочевино-формальдегидной смолы и отвердителя.
К.м.ф. рекомендуется для склеивания древесины, эксплуатируемой внутри отапливаемых помещений, т.к. они обладают недостаточной стойкостью к переменному увлажнению и действию атмосферы. Наиболее распространены К.м.ф. марки УКС, М 19—62 и др.
КЛЕЙ РЕЗОРЦИНОВЫЙ (ФР-12)
Клей, полученный на основе резорцино-формальдегидной смолы.
В состав клея ФР-12 входят: смола (100 мас.ч.) + отвердитель парафор-258
мальдегид (13 мас.ч.). При одинаковых прочностных показателях К.р. превосходит формальдегидные клеи тем, что он менее токсичен и более технологичен. Например, легко очищается от оборудования. Широкое применение этого клея сдерживается его высокой стоимостью и дефицитностью резорцина.
КЛЕЙ ФЕНОЛЬНО-РЕЗОРЦИНОВЫЙ (ФРФ-50)
Клей, полученный на основе фенольно-резорциновых смол.
К.ф.р. является более дешевым в группе резорциновых клеев, т.к. дефицитный резорцин заменен на более доступное и дешевое сырье.
КЛЕЙ ФЕНОФОРМАЛЬДЕГИДНЫЙ
Клей, полученный на основе феноформальдегидной смолы с различными добавками или без добавок.
К.ф. - наиболее распространенный клей, в состав которого входят: смола СФЖ-3016 (100 мас.ч.) + отвердитель-контакт Петрова (20-25 мас.ч.). В необходимых случаях добавляются растворитель (ацетон) - 7-10 мас.ч. и наполнитель (древесная мука) - 4-5 мас.ч. Клей отверждается в течение 10-20 часов в зависимости от температуры, давления склеивания и влажности древесины.
КЛЕЙ ЭПОКСИДНЫЙ
Клей, полученный на основе эпоксидных смол.
В качестве отвердителя К.э. применяются различные амины и амиды. Например, полиэтиленполиамин (НЭПА). К.э. в строительстве находит широкое применение, т.к. отличается хорошей адгезией к металлам, неметаллическим материалам, нейтрален по отношению к склеиваемым материалам, обладает хорошими эксплуатационными характеристиками.
КОГЕЗИЯ см. АДГЕЗИЯ
КОМПАУНД
Эпоксидный клей, в составе которого помимо смолы и отвердителя имеются различные добавки.
КОНСЕРВИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ
Химическая защита древесины, предусматривающая обработку защитными средствами и рассчитанная на их проникновение вглубь объекта защиты для предохранения от биологического рарушения на период эксплуатации в условиях возможного растрескивания древесины и вымывания защитного средства.
КОНСТРУКЦИИ СОВМЕЩЕННЫЕ
Конструкции, применяемые при строительстве зданий и сооружений различного назначения и выполняющие одновременно функции ограждения и кровли.
КОНСТРУКЦИЯ НЕСУЩАЯ ПЛОСКАЯ
Строительная конструкция, воспринимающая нагрузки и воздействия, передающая их на опоры только в своей плоскости.
КОНСТРУКЦИЯ ОГРАЖДАЮЩАЯ
Строительная конструкция, предназначенная для изоляции внутренних объемов в зданиях и сооружениях от внешней среды или между собой с учетом нормативных требований по прочности, теплоизоляции, гидроизоляции, воздухопроницаемости, звукоизоляции и т.д.
КОНСТРУКЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ
Конструкция, все элементы которой в различной степени воспринимают приложенную к ним пространственную систему внешних нагрузок.
КОНТРФОРС
Вертикальный выступ или дополнительная конструкция, усиливающая основную несущую конструкцию (преимущественно стену с наружной стороны) и воспринимающая, главным образом, горизонтальные усилия.
КОРОБЛЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ
Дефект в виде изменения формы поперечного сечения по длине доски или бруса. При сушке или хранении.
КОСЯК
Основной элемент кружальной арки или кружально-сетчатого свода, по очертанию верхней кромки могут быть криволинейными или с одним, двумя переломами. Нижняя кромка горизонтальная.
КРУГЛЫЕ ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ
Часть ствола дерева, с опиленными концами и очищенная от сучьев, подразделяют на мелкие (6-3 см), средние (14-24 см) и крупные (23 и более см). Для строительства используют круглые лесоматериалы всех сортов диаметром 14 см и более.
КРОМКА ПИЛОМАТЕРИАЛА
Узкая продольная ширина доски.
КРЯЖ
Круглый сортимент нижней части ствола для выработки специальных видов лесопродукции.
КУПОЛ
Пространственное покрытие зданий и сооружений, перекрывающее, круглое, многоугольное, элиптическое в плане помещения.
КУПОЛ РЕБРИСТЫЙ
Купол, состоящий из клееных меридианных арок (ребра), кольцевых элементов и настила.
ЛУЩЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ
Резание древесины с целью получения шпона заданной толщины. Шпон в качестве полуфабриката используют для изготовления фанеры.
МАЛЫЙ ЧИСТЫЙ ОБРАЗЕЦ ДРЕВЕСИНЫ
Образец для испытаний со строго фиксированными размерами, не содержащий пороков древесины.
МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЛАСТИНА
Изготовляются из листовой стали методом холодной штамповки, в результате которой образуется система зубьев, отогнутых относительно поверхности пластины под прямым углом.
МОДИФИЦИРОВАННАЯ ДРЕВЕСИНА
Древесина, пропитанная мономерами или олигомерами, в результате чего улучшаются определенные физико-механические свойства древесины.
НАГЕЛЬ
Стержень из металла, стеклопластика или древесины, пластина круглого или прямоугольного сечения. Соединяют элементы деревянной конструкции, препятствуя их взаимному сдвигу.
НАГЕЛЬНЫЕ ПЛАСТИНЫ
Пластины, включающие основу из материалов различной жесткости и конструктивной формы, к которым прикреплены цилиндрические стальные нагели различного диаметра и длины.
НАКЛОН ВОЛОКОН (КОСОСЛОЙ)
Отклонение волокон древесины от продольной оси пиломатериала. В зависимости от наклона волокон и вида действующих усилий прочность древесины существенно уменьшается. Величина наклона волокон не должна превышать для I сорта - 7%, II сорта - 10%, III сорта - 14%.
НАСТИЛ
Элемент покрытия под кровлю, укладываемый по прогонам или несущим конструкциям.
НЕПРОКЛЕИВАНИЕ В КЛЕЕВОМ СОЕДИНЕНИИ
(НЕПРОКЛЕЙ)
Дефект в виде полного или частичного отставания клеевого слоя между склеенными поверхностями.
НОМИНАЛЬНЫЙ РАЗМЕР ПИЛОМАТЕРИАЛА
Размер пиломатериала при установленной влажности.
НОРМАТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Минимальное вероятное значение предела прочности древесины, вычисляемое по результатам стандартных испытаний чистых образцов.
Нормативное сопротивление определяется
"р 100
где RBp - предел прочности древесины;
И - вариационный коэффициент, %.
ОБЗОЛ
Часть боковой поверхности бревна, сохранившаяся на обрезном пиломатериале.
ОБРЕШЕТКА
Деревянное основание из брусков или досок, уложенных с разрывом относительно друг друга под кровлю из штучных материалов.
ОГНЕЗАЩИТНАЯ ДРЕВЕСИНА
Химическая защита древесины от возгорания и распространения огня.
ПИЛОВОЧНИК
Бревно для выработки пиломатериалов.
ПИЛОМАТЕРИАЛ
Продукция распиловки круглого леса, определенного размера и качества, с двумя плоскопараллельными пластями.
ПИЛОМАТЕРИАЛ ОБРЕЗНОЙ
Пиломатериал с параллельными пластями и кромками, опиленными перпендикулярно пластям.
ПЛАСТЕ ПИЛОМАТЕРИАЛА
Широкая продольная сторона пиломатериала.
ПЛОТНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ
Масса единицы объема древесины. Поскольку плотность древесины существенно зависит от ее влажности, в справочниках приводятся сведения при 12%-й влажности.
ПОВЕРХНОСТЬ СКЛЕИВАНИЯ
Поверхность заготовки, предназначенная для склеивания.
В клееных конструкциях обрабатывают две плоскости. Качество обработки поверхности склеивания должно обеспечивать получение высокопрочных клееных конструкций. Некачественная обработка П.С. препятствует плотному контакту при склеивании и обеспечению одинаковой толщины клеевой прослойки. Шероховатость П.С. должна быть в пределах 6-7 класса точности, которая достигается обработкой фрезерованием на двусторонних рейсмусовых или четырехсторонних продольно-фрезерных станках.
ПОДАТЛИВОСТЬ
Незначительные перемещения соединяемых элементов относительно друг друга в узловых соединениях и стыках.
ПОЗДНЯЯ ДРЕВЕСИНА ГОДИЧНОГО СЛОЯ
Темная и плотная наружная часть годичного слоя, образованная в конце вегетационного периода. Прочностью П.Д.Г.С. характеризуется прочность древесины.
ПОПЕРЕЧНЫЙ РАЗРЕЗ ДРЕВЕСИНЫ
Разрез, проходящий перпендикулярно к продольной оси ствола древесины.
ПОРОКИ
Отклонения от нормального строения древесины и повреждения, влияющие на ее физико-механические свойства.
Все пороки делятся на две группы: пороки, возникающие в растущем дереве (сучки, крень, сбежистость и др.) и пороки, возникающие в свежесруб-ленной и мертвой древесине (гниль, червоточина, трещины усушки и др.).
ПРЕДЕЛ ГИГРОСКОПИЧНОСТИ
Максимальная влажность клеточных стенок древесины, выдержанной в насыщенном влагой воздухе. Предел гигроскопичности для всех пород при нормальном температурно-влажностном режиме равен 30%, у замороженной древесины - 23-25%. Такое влажностное состояние древесины характеризуется отсутствием воды в полостях клеток.
ПРЕДЕЛ ОГНЕСТОЙКОСТИ
Время, в течение которого конструкция не утрачивает своих эксплуатационных качеств. Предел огнестойкости зависит от отношения поверхности конструкции к площади поперечного сечения. Чем больше это отношение, тем более возгораема конструкция. Клееные Д.К. являются массивными, поэтому они более огнестойки, чем обычная древесина. Клееные конструкции допускается применять без огнезащитной обработки.
ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ
(Временное сопротивление)
Механическая характеристика древесины, выражающая условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествовавшей разрушению образца. Наибольший П.П. древесины при растяжении и сжатии достигается при совпадении направления действия усилия с направлением волокон, наименьшее — поперек волокон.
ПРИНЦИП ДРОБНОСТИ
Способ придания вязкости нагельным соединениям, позволяющий избежать опасности хрупкого скалывания древесины, путем увеличения числа нагелей малого диаметра. Этот принцип используется в сопротивлениях на МЗП.
ПРИПУСК
Превышение размеров заготовки над размерами детали.
При назначении размеров поперечного сечения элементов конструкций следует исходить из сортимента пиломатериалов с учетом припуска на обработку (фрезерование). Например, для склеивания досок толщиной 40 мм и шириной до 195 мм необходим припуск на фрезерование с двух сторон 4,5 мм.
ПРОГОН
Конструктивный элемент покрытия здания, укладываемый по основным несущим конструкциям (балкам, фермам и т.п.), предназначается, главным образом, для восприятия нагрузок от кровли.
ПРОГОН КОНСОЛЬНО-БАЛОЧНЫЙ
Прогон, состоящий из брусьев, которые соединяются в местах расположения шарниров косым прирубом.
П.К.Б. являются статически определимыми системами. Статическая определимость прогона достигается введением шарниров. Шарниры должны быть расположены по два через пролет. Располагая шарниры на определенном расстоянии от опор, можно изменять значения изгибающих моментов. При расположении шарнира (стыка) на расстоянии X = 0,151, моменты на 264

опорах и в пролетах будут равны. Если шарниры будут расположены на расстоянии от опор Х=0,211, то получится равнопрогибное решение.
ПРОГОН СПАРЕННЫЙ НЕРАЗРЕЗНОЙ
Прогон, состоящий из двух рядов досок с разбежкой стыков, поставленных на ребро и соединенных с помощью гвоздей.
ПРОНИЦАЕМОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ
Способность древесины впитывать и пропускать пропиточные жидкости и газы. Проницаемость древесины неодинакова по структурным направлениям. Из-за вертикального расположения пор П.Д. в продольном направлении значительно выше, чем в поперечном. В радиальном направлении жидкости и газы движутся интенсивнее, чем в тангентальном. Это свойство у различных пород также неодинаково. Древесина лиственных пород, содержащая сосуды, лучше пропитывается в продольном направлении, чем древесина хвойных пород. В пределах одной породы большие различия в П.Д. наблюдаются между заболонью и ядром. У сосны эти различия выражены примерно в 20 раз.
ПРОПИТКА АВТОКЛАВНАЯ
Пропитка древесины в герметичных емкостях (автоклавах).
ПРОПИТКА СПОСОБОМ
ВАКУУМ-АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ-ВАКУУМ (ВАДВ)
Процесс пропитки следующий:
-	загрузка древесины в автоклав;
-	создание вакуума на 10-15 мин;
-	подача пропиточной жидкости, не прерывая вакуумирования;
-	выдержка древесины в растворе до 30 мин без вакуума;
-	создание осушающего вакуума 10-15 мин.
ПРОПИТКА СПОСОБОМ ВАКУУМ-ДАВЛЕНИЕ-ВАКУУМ (ВДВ)
Режим ВДВ состоит из трех-операций: начального вакуума, при котором в древесине создается разрежение (15-60 мин); жидкостного давления 0,8-1,4 МПа, под действием которого в древесину вводится раствор с температурой 40-60®С; конечного вакуума для подсушки (15-20 мин).
ПРОПИТКА СПОСОБОМ ДАВЛЕНИЕ-ВАКУУМ (ДВ)
Автоклавная пропитка древесины под давлением выше атмосферного с применением конечного вакуума.
Способ состоит из двух основных операций: раствор вводится в древесину под давлением 0,8-1,4 МПа до глубокой пропитки, затем после слива жидкости выдерживают древесину в вакууме в течении 30 мин.
ПРОПИТКА СПОСОБОМ ПРОГРЕВ-ХОЛОДНАЯ ВАННА (ПРХВ) Пропитка древесины выдерживанием в холодной пропиточной жидкости после прогрева, этой же или другой жидкостью, или паром.
Механизм пропитки основан на том, что при нагреве в древесине размягчаются смолистые и другие вещества, в дальнейшем происходит расширение и частичное удаление воздуха и паров воды. Последующее быстрое погружение прогретой древесины в холодный раствор вызывает сжатие паровоздушной смеси и образование некоторого вакуума в порах древесины, который совместно с действием капиллярных сил обеспечивает введение раствора в древесину. Прогрев может быть осуществлен паром с температурой 96-100®С (способ паро-холодной ванны) или пропиточным раствором с температурой 95-110®С (способ горяче-холодной ванны). Температура холодного раствора 20-40®С. В случае использования препаратов, в которые входят соединения хрома, прогревать древесину во избежание разрушения антисептических свойств следует паром, нагретым воздухом, но не пропиточным раствором.
ПРОПИТОЧНАЯ ЖИДКОСТЬ
Жидкость, вводимая в древесину при пропитке.
Для приготовления пропиточной жидкости антисептиков должна применяться чистая вода, нежесткая, с малым содержанием известковых солей. Сухие антисептики предварительно должны быть размельчены и просеяны через сито. Просеянные антисептики слегка смачиваются, чтобы исключить образование комков, затем загружаются в подготовленную воду при непрерывном перемешивании. Перед употреблением П.Ж. необходимо проверить ее концентрацию.
ПРОЧНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ
Способность древесины воспринимать, не разрушаясь, различные виды нагрузок и воздействий.
Прочность древесины в значительной степени зависит от ее влажности. Влияние влажности существенно сказывается в пределах от 0 до 30%. Прочность древесины при увлажнении снижается.
РАВНОВЕСНАЯ ВЛАЖНОСТЬ
Состояние древесины, когда она не отдает влагу в окружающую среду и не поглощает ее.
РАЗБУХАНИЕ
Увеличение линейных размеров и объема древесины при повышении ее влажности. Разбухание происходит при повышении содержания гигроскопической влаги древесины до 30%.
РАМА
Как правило, плоская стержневая система, образующая поперечник здания, состоящая из сплошных (брусчатые или клееные) или решетчатых (дощатые) ригелей и стоек.
РАМА БРУСЧАТАЯ
Рама, у которой стойки и ригели состоят из бруса. Рамы из брусьев вследствие ограниченности размеров сортамента имеют сравнительно небольшие пролеты (до 12 м).
РАННЯЯ ДРЕВЕСИНА ГОДИЧНОГО СЛОЯ
Светлая и рыхлая внутренняя часть годичного слоя, образованная в начале вегетационного периода.
По Р.Д.Г.С. в растущем дереве происходит питание. Поэтому она более рыхлая, менее прочная, чем поздняя древесина годичного слоя.
РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Предельное напряжение в древесине, до уровня которого обеспечивается надежность конструкции.
В расчетном сопротивлении учитывается наличие природных пороков и дефектов, а также влияние длительного действия нагрузок и условий эксплуатации. В нормах проектирования приняты три градации Р.С. для пиломатериалов: I, II, Ш-го сортов.
РЕЖИМ СКЛЕИВАНИЯ
Комплекс заданных технологических условий, при которых осуществляется склеивание слоистой клееной древесины.
РЕОЛОГИЯ
Наука о деформационных свойствах материалов.
Основная задача реологии — определение зависимостей между напряжениями, деформациями во времени. Реологические свойства древесины учитываются при назначении расчетных сопротивлений.
РЯЖ
Конструкция из бревен, образующих ряд ячеек.
СБЕЖИСТОСТЬ
Постепенное уменьшение диаметра круглых лесоматериалов на всем их протяжении, превышающее нормальный сбег.
Если на каждый метр высоты диаметр уменьшается более чем на 1 см для лиственницы и 0,8 см для других пород, то при расчете круглых лесоматериалов необходимо учитывать сбежистость.
своды
Конструкции, очерченные по цилиндрической поверхности и опирающиеся по сторонам, параллельным образующим.
СВОД КРУЖАЛЬНО-СЕТЧАТЫЙ
Пространственная конструкция, состоящая из отдельно поставленных на ребро косяков, идущих по двум пересекающимся направлениям и образующих ломаные линии.
СЕРДЦЕВИНА
ндп. — Сердцевинная трубка
Центральная часть ствола, состоящая из рыхлой древесины, характеризующаяся бурым или более светлым, чем у окружающей древесины, цветом. Сердцевина имеет форму небольшого круглого пятна диаметром 2 - 5 мм. Сердцевина редко находится в геометрическом центре поперечного разреза ствола.
СЖИМЫ
Вертикальные брусья, стянутые болтами, обеспечивающие устойчивость высоких врубленных стен. Сжимы обычно устраивают там, где нет поперечных внутренних стен. Отверстия для болтов делают овальными по высоте для свободной осадки стен.
СКОБА
Конструктивные фиксирующие связи из стали в конструкциях (сооружениях) из круглого леса или брусьев.
СЛОЙ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ (СЛОЙ)
Слой заготовок одной толщины, склеенных кряжками, или одной ширины склеенных пластями, имеющий полную ширину (высоту) продукции из клееной древесины. Толщина склеиваемого слоя в элементах конструкций не должна превышать 33 мм. В прямолинейных элементах допускается толщина слоев до 42 мм, если в них предусмотрены продольные прорези, компенсирующие внутренние напряжения.
СОРТИМЕНТ
Группа лесоматериалов, объединенных общим наименованием, размером и формой.
СТОЙКОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ
Способность древесины противостоять факторам и агентам разрушения.
СТРОГАНИЕ
Резание древесины ножами, при котором траекторией резания является прямая, совпадающая с направлением рабочего движения.
Строганием удаляют с поверхности заготовок неровности, образовавшиеся при других видах механической обработки, или получают стружку для плит.
СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПОДЪЕМ
Предварительный вычет при изготовлении конструкции.
СТРОПИЛЬНАЯ НОГА
Наклонная балка, выполняемая из досок и бревен под настилы и обрешетку кровли.
СТРУКТУРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Пространственные стержневые или пластинчато-стержневые конструкции, образуемые на основе многократно повторяющихся элементов.
СТУЛЬЯ
Деревянные фундаментные стойки.
Стулья изготовляют из плотных пород дерева, таких как лиственница. Диаметр стульев должен быть не менее 26 - 30 см. Стулья закапывают в землю вертикально комелевой частью вниз. Та часть, которая закапывается, должна быть обработана защитными составами.
СУЧОК
Часть ветви, заключенная в древесине ствола.
Сучок в большинстве случаев, оказывает отрицательное влияние на механические характеристики древесины. Наиболее сильное снижение прочности древесины наблюдается при растяжении вдоль волокон и изгибе, значительно меньше - при сжатии.
СУШКА ДРЕВЕСИНЫ
Гидротермическая обработка древесины, заключающаяся в удалении из древесины влаги путем ее испарения или выпаривания.
ТАНГЕНТАЛЬНЫЙ РАЗРЕЗ (ТАНГЕНЦИАЛЬНЫЙ)
Продольный разрез, проходящий по тангентальному направлению вдоль волокон древесины по касательной к годичному слою.
ТЕКСТУРА
Естественный рисунок на разрезах древесины, образованной годичными слоями и анатомическими элементами.
ТРАХЕИДЫ
Пустотелые клетки, придающие древесине механическую прочность и ориентированные вдоль ствола.
ТРЕНИЕ
Механическое сопротивление, возникающее в плоскости касаний двух соприкасающихся, прижатых друг к другу тел при их относительном перемещении. Разгружающее действие трения при расчете соединений элементов деревянной конструкции не учитывается.
УСУШКА
Уменьшение линейных размеров пиломатериала вследствие снижения его влажности. Усушка начинается после того, как влажность древесины становится ниже на 30%. Уменьшение содержания свободной влаги в древесине не вызывает усушки. Наибольшая усушка происходит в поперечном направлении.
ФАНЕРА
Слоистая клееная древесина, состоящая из склееных между собой трех и более листов лущеного шпона со взаимно перпендикулярным расположением волокон древесины в смежных слоях. В основном в качестве сырья используется береза.
ФАНЕРНАЯ ПЛИТА
Слоистая клееная древесина, состоящая из склеенных между собой семи и более листов лущеного шпона с заданным направлением волокон древесины в смежных шпонах.
Фанерные плиты промышленность выпускает следующих марок: ПФ-А: ПФ-Б; ПФ-В; ПФ-Х; ПФ-Л. Плиты ПФ-А имеют взаимно-перпендикулярное направление шпона. В Ф.П. марки ПФ-Б каждые пять слоев шпона с параллельным направлением волокон древесины чередуются с одним слоем, имеющим перпендикулярное направление волокон древесины. В плитах ПФ-В все слои шпона имеют только параллельное направление волокон, а центральный слой — перпендикулярное. В ПФ-Х, ПФ-Л все слои шпона имеют параллельное направление.
ФЕРМА
Геометрически неизменяемая плоская стержневая балочная конструкция с разнесенными поясами, соединенными между собой элементами решетки.
ФРЕЗЕРОВАНИЕ
ндп. — Строгание.
Резание древесины вращающимися фрезами, при котором траекторией резания является циклоида.
Для фрезерования применяются: фуговальные, рейсмусовые и четырехсторонние станки. На этих станках Ф. производится укрепленными на шпинделе вращающимися ножами.
ФУНГИЦИД
Защитное средство, предохраняющее от поражения грибами.
Антисептики должны обладать способностью убивать грибницу деревообразующих грибов, т.е. высокой токсичностью. Токсичность характеризуется предельной дозой, представляющей минимальное содержание его в древесине, при котором развитие деревообразующих грибов не происходит. В качестве показателя предельной дозы принимается содержание сухого антисептика в абсолютно сухой древесине, выраженное в массовых процентах или килограммах на куб.м. Средняя величина предельной дозы чистого фтористого натрия — 9,65%. Эта величина принята в качестве эталона при определении токсичности антисептиков. Для сравнения токсичности различных антисептиков определяют коэффициент токсичности, представляющий отношение предельной дозы фтористого натрия к предельной дозе другого антисептика. Например, коэффициент токсичности динитрофенолята натрия равняется К - 0,65/0,25 - 2,6.
ХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА
Защита древесины с использованием химических средств, затрудняющих или прекращающих разрушение объекта защиты.
Х.З. включает в себя такие процессы, как антисептирование и консервирование.
ЧЕРВОТОЧИНА
Ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми.
Поверхностная Ч. допускается для пиломатериалов III сорта, которая распространяется на глубину не более 3 мм.
ШАЙБА КЛЕЕСТАЛЬНАЯ
Стальная пластина, приклеиваемая на эпоксидном клее к соединяемым элементам из древесины и передающая усилия поверхностью шайбы.
ШИП
Выступ на торце заготовки, соответствующий размерам и профилю проушины или гнезда, смежной заготовки.
ШИРИНА ГОДИЧНОГО слоя
Расстояние в радиальном направлении между двумя границами годичных слоев. Для древесных конструкций Ш.Г.С. должна быть не более 5 мм.
шпон
Тонкий слой древесины, полученный лущением прямолинейных отрезков ствола дерева (кряжей).
ШПОНКА
Вкладыш, который препятствует сдвигу составных по высоте балок из бревен и брусьев.
ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ВЛАЖНОСТЬ
Равновесная влажность древесины, достигаемая ею при эксплуатации. Влажность древесины для изготовления клееных конструкций должна соответствовать Э.В., чтобы исключить усушку или разбухание древесины.
ЯДРО ДРЕВЕСИНЫ
Внутренняя, большей частью темноокрашенная, зона древесины стволов, биологически не активная в растущем дереве.
У деревьев всех пород в раннем возрасте древесина состоит только из заболони, и лишь с течением времени происходит отмирание в центральной, т.е. образуется ядро. Такие породы называются ядровыми - лиственница, сосна. У других отмирание центральной части древесины не сопровождается ее потемнением. Такие породы древесины, как ель, пихта - безьядровые.
У сосны, лиственницы отмирание сопровождается потемнением цвета ядра, у ели и пихты потемнения не наблюдается.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	“Деревянные конструкции. Нормы проектирования.” СНиП. 11-25-80
2.	“Нагрузки и воздействия.” СНиП 2. 01-07-85
3.	Пособие по проектированию деревянных конструкций. ЦНИИСК им. Кучеренко 1986 г.
4.	“Руководство по изготовлению и контролю качества деревянных клееных конструкций.” ЦНИИСК им. Кучеренко. М. Стройиздат, 1982 г.
5.	Рекомендации по проектированию и изготовлению деревянных конструкций с соединениями на пластинах с цилиндрическими нагелями (системы КирПИ-ЦНИИСК) ЦНИИСК им.
В.	А. Кучеренко - М., 1988.
6.	“Конструкции из дерева и пластмасс.” под редакцией Г. Г. Карлсена и Ф. В. Слицкоухова. 5-е издание. Стройиздат, 1986 г.
7.	Дмитриев П. А., Бондин В. Ф., Колпаков С. В. и др. Индустриальные пространственные деревянные конструкции: Учебное пособие. Новосибирский инженерно-строительный институт.
Новосибирск, 1981. - С. 58-61.
8.	Знаменский Е.М. Совершенствования нормирования характеристик элементов деревянных конструкций. Расработка и совершенствование деревянных конструкций. М., ЦНИИСК им. Кучеренко, 1989 г.
9.	Иванов Ю.М. “О предельных состояниях деревянных элементов, соединений и конструкций”, М., Стройиздат, 1948 г.
10.	Ковальчук Л.М. Технология солеивания. “Лесная промышленность” М., 1973г.
11.	Коченов В. М. “Несущая способность элементов и соединений деревянных конструкций.” М., Госстройиздат. 1953 г.
12.	Линьков И.М. Снижение материалоемкости деревянных конструкций, М., Стройиздат, 1974 г.
13.	Линьков В.И., Филимонов Э.В. “Конструкции из дерева и пластмасс (конспект курса)”, М., МГСУ, 1997 г.
14.	Ломакин А. Д. “Защита древесины и древесных материалов.” Лесная промышленность, 1990 г.
15.	Миронов В.Г. “Курс конструкций из дерева и пластмасс”, Н. Новгород, 1996 г.
16.	Пятикрестовский К.П. Пространственные деревянные конструкции. Состояние и перспективы исследований в области деревянных строительных конструкций. М., ЦНИИСК им. Кучеренко, 1983 г.
17.	Славик Ю.Ю. Вероятноствые характеристики длительной прочности древесины. Разработка и совершенствования деревянных конструкций. М., ЦНИИСК им. Кучеренко, 1989 г.
18.	Турковский С. Б., Погрельцев А.А. “Деревянные конструкции с жесткими стыками”, Промышленное и гражданское строительство, №8 2001 г.
19.	Хрулев В.М. “Деревянные конструкции и детали”, М., Стройиздат 1983 г.
20.	Щуко В. Ю. “Армированные деревянные конструкции для производственных и складских зданий.” Учебное пособие г. Владимир, 1982 г.
Оглавление
Введение.................................................................3
Раздел I. Древесина - строительный материал..............................8
Глава 1. Свойства древесины..............................................8
1.1.	Достоинства и недостатки древесины...............................8
1.2.	Строение древесины и физические свойства........................11
1.3.	Механические свойства древесины.................................13
1.3.1.	Анизотропия.............................................13
1.3.2.	Основные виды напряжённого состояния элементов деревянных конструкций (растяжение, сжатие, смятие, изгиб, скалывание)....14
1.3.3.	Длительное сопротивление древесины......................20
1.3.4.	Влага в древесине и её влияние на прочность и деформативность................................................22
Глава 2. Древесина и пластмассы - конструкционный и теплоизоляционный материал........................................27
2.1. Пиломатериалы и листовые материалы на основе	древесного сырья...27
2.2. Пластмассы. Конструкционные стеклопластики и теплоизоляционные пенопласты.........................................32
Глава 3. Химические средства защиты древесины от биоразрушения и возгорания......................................................40
3.1.	Дереворазрушающие грибы и насекомые, условия их жизнедеятельности.................................................40
3.2.	Препараты и технология антисептирования.........................41
3.3.	Лакокрасочные материалы для защиты древесины от увлажнения......46
3.4.	Защита древесины от возгорания..................................48
Раздел II. Основные положения по расчёту деревянных элементов и их соединений.........................................52
Глава 4. Расчёт деревянных элементов....................................52
4.1.	Основы расчёта по предельному состоянию........................52
4.2.	Расчётные сопротивления и упругие характеристики древесины и древесных материалов.................................................55
4.3.	Расчёт центрально-растянутых	и	центрально-сжатых элементов......59
4.4.	Расчёт изгибаемых элементов.....................................61
4.5.	Расчёт элементов, подверженных	действию осевой силы	и	изгиба.63
Глава 5. Соединения деревянных элементов и их расчёт....................66
5.1.	Соединения на механических связях...............................67
5.2.	Соединения с использованием клея................................74
5.3.	Контактные соединения...........................................80
Раздел III. Здания и сооружения с применением деревянных конструкций индустриального изготовления......................................84
Глава 6. Основные схемы и узлы зданий.
Конструктивные меры защиты древесины.................................84
Глава7. Нагрузки и воздействия..........................................96
Глава 8. Ограждающие конструкции.......................................100
8.1.	Деревянные и светопрозрачные настилы. Прогоны..................100
8.2.	Сборные ограждающие конструкции с рёбрами из древесины.........109
8.3.	Ограждающие конструкции с применением пенопластов............120
Глава 9. Плоскостные несущие деревянные конструкции индустриального изготовления и методы их расчета.................................124
9.1.	Балки........................................................124
9.2.	Фермы........................................................135
9.3.	Распорные конструкции.	Арки	и рамы...........................152
9.4.	Колонны......................................................163
9.5.	Обеспечение пространственной устойчивости зданий.............171
Глава 10. Пространственные конструкции...............................175
10.1.	Пространственные конструкции из древесины...................175
10.2.	Пневматические конструкции..................................186
Раздел IV. Здания и сооружения построечного изготовления.............192
Глава 11. Конструктивные решения производственных зданий..........192
11.1.	Здания и навесы из круглого леса или бруса..................194
11.2.	Дощато-гвоздевые кружальные арки............................196
11.3.	Дощато-гвоздевые фермы......................................198
Глава 12. Жилое деревянное домостроение..............................202
12.1.	Конструктивные решения деревянных домов.....................202
12.2.	Части дома и конструктивные меры защиты древесины от увлажнения.....................................................203
12.3.	Конструирование и расчёт элементов стропильной системы и балок перекрытий..................................................216
Раздел V. Основные положения по технологии, монтажу и эксплуатации деревянных конструкций...........................................223
Глава 13. Технология изготовления индустриальных деревянных конструкций...........................................223
13.1.	Сушка древесины.............................................223
13.2.	Технология изготовления клееных деревянных конструкций......226
13.3.	Технология изготовления дощатых конструкций с соединениями в узлах на МЗП....................................................234
Глава 14. Хранение, транспортировка	и монтаж деревянных конструкций..238
14.1. Хранение и транспортировка..................................238
14.2. Методы монтажа деревянных	конструкций............240
Глава 15. Основы эксплуатации и принципы усиления деревянных конструкций......................................................243
Указатель терминов...................................................249
Термины и определения................................................253
Список литературы....................................................273
Для заметок
Учебное издание
Дмитрий Константинович Арленинов Юрий Николаевич Буслаев Владимир Петрович Игнатьев Прокопий Георгиевич Романов Дмитрий Константинович Чахов
КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС
Редактор: ЕВ. Козлова Дизайн обложки: Н.С. Кузнецова Компьютерная верстка: О.Е. Степанов, А.А. Шмаев, Ю.В. Козлова
Сдано в набор 8.04.2002.
Подписано к печати 28.10.2002. Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать офсетная.
Усл. 17,5 п. л. Тираж 3000 экз. Заказ № 7066
Издательство Ассоциации строительных вузов (АСВ) 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26 тел., факс 183-57-42 e-mail: iasv@noma.ru
Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленных диапозитивов в ППП «Типография «Наука» 121099, Москва, Шубинский пер., 6