Клееные деревянные конструкции в современном строительстве (система ЦНИИСК). Часть 2
Часть 1
Часть 3. Бассейны и аквапарки
Часть 4. Бассейны и аквапарки
Часть 5. Мосты
Часть 6. Спортивные сооружения
Часть 7. Спортивные сооружения
Часть 8. Торговые предприятия и складские помещения
Часть 9. Электроизоляционные опоры (башни и мачты)
Часть 10. Производственные здания
Часть 11. Эксклюзив
Сборные рамы каркасов зданий
Конструкция рамы ориентирована на технологию Вологодского ДОКа и применена при строительстве многих зданий в Вологодской области. На предприятии силами ЦНИИСК проводились контрольные испытания сборных полурам до разрушения, подтвердившие ожидаемые прочностные и технологические характеристики. Кроме того, существенно повысилась эффективность производства. Объем выпуска сборных рам удалось повысить в пять раз в сравнении с производством гнутоклееных рам.
Первый практический опыт применения жестких симметричных стыков для трехшарнирных гнутоклееных рам был получен при проектировании и изготовлении рам пролетом 50 м для культурного центра в г. Волоколамске в 1984 году. Для удобства каждая полурама состояла из двух блоков сечением 140Ч1200 мм, оснащенных закладными деталями на наклонно вклеенных стержнях. Подобный вариант сборной конструкции рамы пролетом 24 м был реализован при строительстве бассейна ЗИЛ в Домодедовском р-не Московской обл. в 1988 году. Здесь симметричная схема жесткого стыка была впервые применена для присоединения гнутоклееной стойки рамы к ригелю. Сечением очертание рамы полностью соответствовало типовому, с той лишь разницей, что стойки и ригели порознь снабжались на Вологодском ДОКе закладными деталями, а при монтаже они сваривались в полурамы.
Сборные двухшарнирные рамы обычно компонуются по двум схемам. Первая: стойки защемлены в фундаментах, а ригели на них опираются шарнирно; вторая: сопряжение ригелей и стоек выполнено жестким, а опирание стоек на фундаменты - шарнирным. Для первой схемы с защемленными стойками в качестве ригелей могут быть использованы разные балочные конструкции и фермы. Сложность состоит в конструкции жесткого соединения стойки с фундаментом. Традиционные решения на болтах отличаются большой податливостью и металлоемкостью, а узлы на вклеенных вдоль волокон стержнях - низкой надежностью.
Обширные исследования в этом направлении, проводящиеся с 1978 года в ЦНИИСК, позволили разработать конструкцию жесткого соединения стойки с фундаментом на наклонно вклеенных стержнях, лишенную упомянутых недостатков. Первое сооружение (цех технологической щепы Волоколамского леспромхоза) с защемленными стойками построено в 1979 году. В качестве ригелей рам использовались безраскосные фермы типа МДА-12. Вклеенные стержни, пересекая сечение стойки, вовлекают в работу весь объем древесины и остаются нечувствительными к возможным дефектам клееного пакета. Находясь в середине пакета, эти соединения почти не подвержены колебаниям температуры и влажности. Монтаж таких стоек не отличается от монтажа стальных.
Интересен первый опыт применения жестких узлов колонн с фундаментами на основе наклонно ввинченных стержней с использованием резорцинового клея ФР-12 вместо эпоксидного. Исследования, проектирование и изготовление конструкций осуществлены совместно специалистами ЦНИИСК и ВЭЗСК в 1982 году. Двухшарнирные рамы панельного цеха ВЭЗСК пролетом 24 м установлены с шагом 6 м и включают в себя защемленные стойки высотой 6 м и ригели в виде линзообразных ферм. Вместо арматурных стержней здесь впервые применены шпильки с метрической резьбой по всей длине и профрезерованным пазом по образующей линии, через который должен распределяться по резьбе клей. Такое соединение обладает необходимой начальной прочностью и позволяет легче, чем при вклеенных стержнях, получать натяжную конструкцию стыка. Здание эксплуатируется более 25 лет без ремонта, чем подтверждается работоспособность принятых конструкций.
Совершенствование подобных рам шло по пути исследования и улучшения конструкции защемления стоек. В 1984 году в ЦНИИСК разработана новая конструкция узла, в которой вклеенные связи объединялись внутри стойки в пространственный каркас. Исследования проведены на опытной колонне сечением 140Ч400 мм путем ее нагружения (с эксцентриситетом 0,7 м) до разрушения, которое произошло в растянутой зоне по древесине при нагрузке 36 т, что соответствовало трем расчетным нагрузкам. В металле также наблюдались пластические деформации.
В последние 15 лет в строительстве чаще других применяются двух- и трехшарнирные рамы пролетами до 50 м
с подкосами криволинейной формы в карнизных узлах. В таких конструкциях привлекает возможность получить сборный вариант рамы с выразительной формой в интерьере простыми решениями узлов. Подкосы позволяют увеличить пролет за счет более равномерного распределения усилий в ригеле. Криволинейная форма подкосов подчеркивает пластику конструкции, увеличивая при этом свободный габарит помещения в сравнении с известными решениями с прямолинейными подкосами.
Первое здание, в котором применены рамы, спроектировано и осуществлено в дер. Андреевской (Шаховской р-н, Московская обл.). Проект конноспортивного комплекса 38Ч60 м, а также монтаж каркаса выполнены сотрудниками лаборатории деревянных конструкций
ЦНИИСК в 1992 году.
Фермы сборныe с узловыми соединениями на вклеенных стержнях
Фермы являются решетчатыми безраспорными конструкциями. Они обычно используются в пролетах свыше 18 м (но не более 60 м) при необходимости устройства двускатных крыш, размещения вентиляционного оборудования и инженерных коммуникаций между элементами решетки и в других случаях. В классическом варианте фермы характеризуются: наличием решетки, осевыми усилиями в ней, шарнирными узлами и нагрузками, приложенными в узлах. Недостатками ферм являются: большая строительная высота, высокая трудоемкость при сборке узлов и транспортные проблемы. Клееные деревянные фермы эпизодически применялись в строительстве в 1950-е годы.
Начиная с 1973 года в сельском строительстве массовое применение нашли безраскосные треугольные фермы пролетами 12 и 18 м типа металлодеревянных арок (МДА) по проекту ФГНУ НПЦ «ГипроНИИсельхоз». Однако этот опыт не всегда был удачным. Поэтому параллельно ЦНИИСК совместно с другими организациями проводились комплексные исследования по совершенствованию и развитию конструкции ферм. Проблему удалось решить путем использования наклонного и поперечного армирования. В 1981 году специалистами ЦНИИСК и ФГНУ НПЦ «ГипроНИИсельхоз» разработан типовой проект усовершенствованной конструкции МДА. Натурные испытания таких ферм пролетом 18 м проводились на базе ВЭЗСК и ЦНИИСК и подтвердили все ожидания. Решетчатые треугольные фермы по проектам ОАО «ЦНИИпромзданий» и ФГНУ НПЦ «ГипроНИИсельхоз» массового применения в строительстве не нашли.
Первые попытки использования вклеенных стержней в узлах решетчатых ферм, предпринятые в ЦНИИСК и ВЗИСИ в 1982-83 годах, а затем в ЦНИИСК и ФГНУ НПЦ «ГипроНИИСельхоз», по техническим причинам также не были реализованы на практике. На базе этих работ в 1983 году в ЦНИИСК разработана сборная конструкция линзообразной фермы пролетом 24 м с применением в узлах закладных деталей на вклеенных стержнях. Опытные фермы использованы в покрытии панельного цеха на ВЭЗСК. Напряженное состояние опорного узла исследовалось в ЦНИИСК на фрагменте фермы в натуральную величину.
Фермы подобной конструкции оказались востребованными в последние годы и широко применяются в строительстве сооружений пролетов от 18 до 60 м. Они были использованы при возведении в Москве ЦВЗ «Манеж», крытого конькобежного центра в Крылатском, Дворца спорта «Строгино», аквапарка «Ква-ква», плавательного бассейна на ул. Дж. Рида в Санкт-Петербурге и других объектов.
В отличие от классической схемы ферм, в сборных фермах с закладными деталями на вклеенных стержнях для поясов используются неразрезные элементы. При больших пролетах они собираются по длине из нескольких блоков с помощью жестких стыков системы ЦНИИСК. К поясам элементы решетки прикрепляются обычно шарнирно, на болтах. Фактор неразрезности и внеузловые нагрузки вызывают в поясах, кроме осевых усилий, значительные изгибающие моменты. Это заставляет использовать при конструировании поясов и стыков в фермах принципы, применяемые в сжато- или растянуто-изгибаемых элементах. Осевыми обычно остаются только усилия в элементах решетки.
Особое внимание для большепролетных ферм должно уделяться вопросам обеспечения жесткости стыков сжатых поясов из плоскости на монтажные нагрузки (при их кантовке или подъеме). Эти стыки, как правило, должны выполняться равнопрочными, с основным сечением пояса и симметричной конструкцией относительно нейтральной оси, а при кантовке должны усиливаться из плоскости.
Поскольку фермы из клееной древесины оставляют обычно открытыми в интерьере, все закладные металлические детали на вклеенных стержнях с целью защиты от пожара и по эстетическим соображениям тщательно закрывают деревянными накладками и покрывают огнезащитными составами.
В настоящее время завершены работы по сборке и монтажу линзообразных ферм покрытия водно-оздоровительного корпуса Б нового аквапарка в Москве, на ул. Голубинской, рядом с бывшим «Трансваальпарком». Изготовление конструкций осуществлялось заводом в г. Королеве, сборка и монтаж - фирмой ООО «КДК Строй».
Здание аквапарка в плане приближается к трапеции со сторонами 69,8; 40,0 и 61,3 м и разделено двумя бетонными рядами колонн на три пролета: 10, 30 и 10 м. Крайние пролеты перекрыты деревянными балками, а средний - линзообразными фермами. Фермы сборные по длине, с двумя жесткими стыками в 1/4 пролета по верхним поясам и одним растянутым стыком в середине пролета нижнего пояса. Фермы спроектированы в ЦНИИСК аналогично фермам Дворца спорта «Строгино». Особенностью ферм является конструкция растянутого стыка, испытание которого было проведено в ЦНИИСК в 2011 году на горизонтальной разрывной машине мощностью 3000 кН. В задачи эксперимента входили: проверка работы анкерных пластин стыка из плоскости на действие изгибающего момента вследствие расцентровки вклеенных стержней V-образных анкеров; отработка технологии устройства стыка; испытание нового варианта стыка с применением болтового соединения без сварки. Методикой испытаний предусмотрено определение соответствия напряженно-деформированного состояния расчетным предпосылкам.
Благодаря положительному и растущему спросу на фермы линзообразного очертания основные особенности их расчета и конструирования нашли отражение в новой актуализированной редакции СНиП II-25-11. В отличие от треугольных ферм, в таких фермах продольные усилия в поясах оказываются близкими по величине и одинаковыми по всей длине. Усилия в элементах решетки обычно незначительные и с отрицательным знаком (сжатие). Последнее обстоятельство существенно упрощает конструкцию узлов крепления решетки к поясам и позволяет обходиться только нагелями или болтами, без использования традиционных накладок или косынок.
Максимальные сдвиговые усилия в таких фермах концентрируются в опорных узлах по площадкам сплачивания поясов. Эти усилия легко воспринимаются наклонно вклеенными стержнями. Наклон стержней принимается таким, чтобы под нагрузкой в них возникали усилия растяжения. Операцию по вклеиванию стержней выполняют в заводских условиях. При расчете жестких опорных узлов наклонные связи между поясами аппроксимируются стержневыми элементами (наклонными и вертикальными), шарнирно присоединенными к поясам. При этом роль вертикальной (сжатой) связи выполняется участком древесины между наклонными стержнями. Эти участки площадок контакта должны проверяться по прочности на смятие. Прочность наклонной связи допускается проверять только на растяжение, при условии что глубина вклеивания в каждый пояс составляет не менее 25 диаметров арматурного стержня. Эти предпосылки подтверждены испытаниями фрагментов ферм в натуральную величину и испытаниями блока из двух ферм пролетом 47 м на полигоне Дворца спорта «Строгино». Линзообразное очертание обеспечивает фермам устойчивость при монтаже на опоры и приближает их по форме к балочной эпюре моментов, то есть обеспечивает рациональное распределение материала по пролету. Пластические свойства древесины позволяют выполнять пояса ферм без стыков или с минимальным их количеством. При этом жесткие или шарнирные узлы и стыки на наклонно вклеенных стержнях допускают применение сварки как в заводских условиях, так и на монтаже, подобно соединениям в железобетонных конструкциях.
Конструкция опорных узлов ферм может быть шарнирной, как, например, в фермах Центра водных видов спорта на ул. Джона Рида в Санкт-Петербурге, или жесткой, как в фермах Дворца спорта «Строгино». Близкими к фермам линзообразной формы являются шпренгельные фермы. Обычно нижний пояс у них выполняется металлическим, верхний пояс и стойки изготавливаются из древесины. Такие конструкции позволяют перекрывать значительные пролеты. В частности, шпренгельными фермами перекрыт Центр водных видов спорта в Казани пролетом 75 м, построенный к Универсиаде - 2013, и спортивные залы школы в р-не Тропарево в Москве. В целом металлодеревянные сквозные конструкции представляются эффективными и перспективными.
Опыт разработки, проектирования, изготовления и монтажа ферм-линз легко трансформируется на фермы, по сути, любого очертания: треугольные, сегментные, полигональные и другие - в зависимости от фантазии архитектора.
Особую группу составляют фермы с повышенным нижним поясом. Они позволяют увеличить полезный объем помещения и обладают некоторыми архитектурными достоинствами. Основные их проблемы состоят в конструкции узла сопряжения поясов и необходимости увеличения сечения верхнего пояса в этом узле. Если последнее условие совпадает с архитектурным замыслом, то с помощью системы ЦНИИСК удается получить эффектные решения. Сборные большепролетные фермы часто используются в виде решетчатых элементов уникальных пространственных конструкций и башен. Так, например, при устройстве ребристых куполов пролетами более 90 м возникает необходимость в изготовлении сквозных меридиональных ребер по принципу ферм, поскольку сплошные сечения высотой более 2 м создают технологические и транспортные проблемы. В ЦНИИСК по такому принципу разработана значительная группа большепролетных сооружений с применением системы ЦНИИСК. Из них можно выделить: проект покрытия с решетчатыми арочными конструкциями Дворца Деда Мороза в Великом Устюге пролетом 84 м; проект каркаса покрытия велотрека в Туле пролетом более 100 м, проекты олимпийских ледовых дворцов в Сочи и т. п.
Таким образом, предложенные в ЦНИИСК конструктивные решения сборных ферм открывают новые возможности и области применения ферм разных очертаний, форм и пролетов, в том числе для уникальных зданий. Востребованными остаются комбинированные сквозные конструкции типа шпренгельных систем и металлодеревянных ферм с узловыми сопряжениями элементов на вклеенных стержнях.
Купола ребристой конструкции
Для большепролетных зданий и сооружений с каркасом из клееной древесины наиболее эффективными с точки зрения расхода материалов являются пространственные конструкции. В первую очередь это ребристые купола и куполообразные сооружения.
Каркас ребристого купола представляет систему радиальных (меридиональных) ребер - полуарок, соединенных в вершине с помощью верхнего кольца и опирающихся внизу на опорное кольцо или отдельно стоящие фундаменты. При этом на опоры действуют не только вертикальные силы от веса сооружения, но и распор.
В зависимости от пролета ребра могут быть как сплошного, так и сквозного сечения. Сплошные сечения используются в куполах диаметром до 80 м. В куполах большего диаметра (до 150 м), как правило, используются ребра сквозного сечения.
Иногда пояса сквозных ребер могут образовывать внутреннюю и внешнюю оболочки.
В кольцевом направлении ребра соединяются прогонами. По прогонам устраиваются покрытие и кровля. Прогоны и другие кольцевые элементы совместно со связями обеспечивают устойчивость меридиональных ребер и сооружения в целом.
Очертания ребер могут быть различными, но наибольшее распространение получили сферические, эллиптические, стрельчатые и конические купола. Купола перекрывают преимущественно круглые, эллиптические или многоугольные в плане помещения. Для прямоугольных и многоугольных в плане, вытянутых в одном направлении помещений используют комбинированные или куполообразные конструктивные схемы. В них элементы купола объединяются с другими пространственными конструкциями, обычно со сводами.
Купола и куполообразные конструкции применяются для зданий и сооружений различного назначения, в том числе рынков, торгово-выставочных залов, конькобежных и футбольных стадионов, аквапарков, помещений для хранения сыпучих материалов и т. п.
Основным достоинством ребристых куполов из клееной древесины является простота и надежность конструктивной схемы. В отличие от ребристо-кольцевых, ребристые купола не требуют большого количества сложных узлов крепления кольцевых ребер, воспринимающих значительные усилия. Поэтому главной задачей проектировщика является разработка надежной конструкции меридионального ребра и обеспечение его устойчивости, а также узлов крепления ребра к опорным нижнему и верхнему кольцам.
Простота конструктивной схемы обуславливает и простоту монтажа. Каркас ребристых куполов монтируется с использованием центральной монтажной башни с установленными на нее в качестве опор домкратами для последующего раскружаливания при демонтаже башни.
В лаборатории деревянных конструкций ЦНИИСК разрабатываются конструктивные схемы и выполняются проекты каркасов ребристых куполов различного назначения, в том числе и больших пролетов.
При проектировании используется система узловых соединений системы ЦНИИСК на вклеенных стержнях. В первую очередь это относится к узлам опирания на верхнее и нижнее кольца и стыкам ребер по длине. Жесткие стыки по длине прошли неоднократную проверку в различных сооружениях с арочными, рамными и купольными конструкциями. Использование системы ЦНИИСК, в отличие от традиционных решений, позволяет создавать жесткие узлы крепления ребер к верхнему кольцу. Это закладывается в расчет и позволяет получать меньшие усилия в ребрах. Жесткие узлы расширяют возможности проектирования, позволяют увеличивать диаметр верхнего сжатого кольца, принимая его не только по конструктивным, но и по архитектурным соображениям, например, для устройства «фонарей», смотровых площадок и т. п. В ряде случаев представляется целесообразным и возможным жесткое сопряжение ребра в нижнем опорном узле, однако этот вопрос на стадии исследований и анализа. Одним из основных вопросов при расчете и конструировании куполов, особенно большого пролета со сквозными ребрами (в первую очередь с составными по ширине сечениями), остается их устойчивость из плоскости. Гибкость, момент инерции и момент сопротивления из плоскости, а также момент инерции на кручение определяются жесткостью, количеством и схемой расстановки связей сплачивания. Вклеенные связи из арматурной стали позволяют приблизить работу составных по ширине элементов к работе цельных сечений.
В настоящее время проводится комплекс экспериментально-теоретических исследований для решения поставленных вопросов. Рассматриваются двух- и трехветвевые элементы. При этом ветви могут быть без зазора, с небольшим зазором и с прокладками, например, из фанеры толщиной 10-30 мм с зазорами и вкладышами шириной, сопоставимой с шириной ветви, и т. п.
В нашей стране имеется определенный опыт проектирования и строительства ребристых куполов различного назначения. Еще в 1980-е годы в СССР были построены: купол колхозного рынка диаметром 30 м в г. Волоколамске, купола рынков диаметром 60 м в Бресте и Краснодаре. С 2000 года в Москве эксплуатируется купол склада антигололедных химреагентов диаметром 70 м с коррозионно-стойкими конструкциями. В 2009 году построен каркас ребристого купола аквапарка диаметром 90 м в Парке им. 300-летия Санкт-Петербурга, сданы в эксплуатацию купол Измайловского собора диаметром 28 м и склад соли для обслуживания автодорог диаметром 36 м и др. В ОАО «ЛенНИИПроект» ведется проектирование конькобежного центра овальной в плане формы 98Ч209 м с каркасом из клееной древесины. В основном каркасы куполов названных выше объектов разработаны в лаборатории деревянных конструкций ЦНИИСК с применением узловых соединений системы ЦНИИСК. Из опыта проектирования и эксплуатации следует, что ребристые купола из древесных материалов в сравнении с аналогами из стали или железобетона отличаются естественной пластикой форм, технологичностью изготовления, эстетичностью, меньшей чувствительностью к сейсмическим воздействиям, высокой стойкостью и долговечностью в агрессивных средах.
Такие достоинства ребристых деревянных куполов, как простота, надежность и эффективность, в большепролетных конструкциях круглой или полигональной в плане формы обеспечат им востребованность в современном строительстве зданий общественного и другого назначения.
Мосты, мачты, башни и малые формы
Клееные деревянные конструкции занимают особое место в мостостроении, при строительстве различных опор, антенн и малых форм. Самое широкое распространение они получили в зарубежном строительстве, в частности в США. Большое количество малых и средних автомобильных мостов там построены из клееной древесины, и эти мосты представляют собой разные конструктивные формы, в том числе плитные, балочные, арочные конструкции. В скандинавских странах успешно реализуется специальная программа в этой области. Аналогичная программа по совершенствованию и применению мостовых конструкций из клееной древесины реализуется также и в США. Из зарубежного опыта известно множество примеров осуществленных мостов уникальной конструкции. Самый протяженный многопролетный мост построен в Финляндии с применением деревянных растянутых вантов и т. п.
В отечественном мостостроении было сделано несколько попыток создать подобные проекты. В частности, разработанный в 1969-78 годах «Союздорпроектом» проект по возведению автомобильных мостов на базе балок Хотьковского экспериментального завода, был неудачным из-за нарушений технологии изготовления клееных конструкций и по ряду других причин.
Начиная с 1975 года, когда в стране началось промышленное производство клееных деревянных конструкций, опыт строительства мостов был более удачным. Ряд мостов, построенных в тот период, эксплуатируется и поныне. Однако должного развития отечественное мостостроение так и не получило, несмотря на очевидную необходимость и актуальность строительства дорог, особенно на периферии и в труднодоступных районах, где легкие деревянные мосты экономически целесообразны. При имеющемся опыте, наличии лесных ресурсов и незагруженных мощностей предприятий по изготовлению клееных конструкций проблема дорог может быть в значительной степени решена за счет применения деревянных мостов.
В ЦНИИСК сделана разработка и проведены испытания композитных деревобетонных конструкций, в частности при строительстве автодорожных мостов. Эксплуатационная надежность и эффективность композитной конструкции пролетного строения, предложенной в ЦНИИСК, выше, чем у ее аналогов. Бетонная плита обеспечивает защиту деревянных балок от воздействия солнца и атмосферных осадков. За счет выпусков наклонно вклеенных в древесину арматурных стержней плита проезжей части включается в совместную работу с деревянными ребрами и позволяет сократить материалоемкость конструкции до 20%.
Сравнение технико-экономических показателей пролетных строений железобетонного автодорожного моста через р. Ошу (Омская область), построенного в 2007 году, и проекта этого же моста из клееной древесины показало, что стоимость варианта моста из КДК в 1,55 раза ниже стоимости моста из железобетонных конструкций.
Несмотря на очевидную целесообразность строительства пешеходных и автодорожных мостов из КДК, это направление в России практически не развивается. Мачты, башни и другие электроизоляционные опоры из клееной древесины также имеют ограниченное применение в стране. Они зачастую вытесняются композитными материалами типа стеклопластиков и др. Однако технические и экономические показатели клееной древесины позволяют ей свободно конкурировать с такими материалами, особенно при надлежащей биозащите. Например, в Финляндии подавляющее большинство опор линий электропередачи, различных оград, заборов и подобного выполняется из цельной древесины с автоклавной пропиткой антисептиками, что повышает долговечность этих изделий до 50 лет даже при их прямом контакте с грунтом.
В ЦНИИСК имеется ряд реализованных проектов электроизоляционных опор в виде башен, мачт, антенн и прочего с применением полностью или частично безметалльных соединений в узловых сопряжениях. Благодаря диэлектрическим свойствам древесины такие сооружения остаются эффективными и востребованными. При использовании конструктивных мер защиты они отличаются большой долговечностью при эксплуатации на открытом воздухе. Из наиболее ранних электроизоляционных радиопрозрачных сооружений, эксплуатируемых более 20 лет, можно выделить экспериментальный комплекс в пос. Андреевка (Харьковская обл., Украина), построенный в 1991 году и включающий в себя башни высотой до 40 м и пятиэтажные этажерки из клееной древесины, стеклопластиковые ванты и другие сооружения. Представляет интерес также комплекс сооружений с колоннами и башнями из клееной древесины, разработанный в ЦНИИСК и эксплуатирующийся с 1994 года в Московской обл.
В последнее время ЦНИИСК запроектировал мачты высотой 18 и 23 м с оттяжками и ограниченным количеством стали, которые уже построены и эксплуатируются; разработан проект решетчатой мачты высотой 98 м.
Особую сложность в диэлектрических деревянных конструкциях представляют узловые соединения, которые также должны быть диэлектрическими. Выбор конструктивных решений таких соединений и их всестороннее изучение тоже проводились в ЦНИИСК. Как правило, это были узловые соединения и стыки деревянных элементов с применением стеклопластиковых нагелей и стеклотекстолитовых пластин, а также стеклопластиковых вклеенных нагелей на эпоксидном клею ЭД-20. Для оттяжек и вантов использовались стеклопластиковая арматура в пучках и кевларовые тросы. Для защиты от ультрафиолетовых лучей применялись оболочки из ПХВ.
Основная проблема применения этих высокопрочных материалов состояла в разработке надежной конструкции анкеров для узлов присоединения. В ЦНИИСК получены самозаклинивающиеся анкеры на основе стеклопластиковых и стальных гильз и полимербетона, защищенные авторскими правами. Были также разработаны и применены в ряде эксплуатируемых объектов нагельные соединения для древесины из стеклопластиковых стержней со специальными анкерными головками.
Длительные и кратковременные испытания безметалльных анкеров для кевларовых оттяжек и стеклопластиковых вантов в температурном интервале от +25 до -60°С показали хорошие результаты и устойчивый характер разрушения в пролете, за пределами анкеров.
Следует отметить, что аналогичные задачи были поставлены при разработке несущих деревянных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, когда широко использовались стеклопластиковые нагели и стеклотекстолитовые пластины, полимербетон и другие некорродирующие материалы. В частности, положительные результаты были получены в ЦНИИСК при исследовании вклеенных в древесину углепластиковых стержней. Этот довольно новый материал представляется перспективным для некорродирующих конструкций в сооружениях с агрессивными средами. В конструкциях малых форм древесине пока нет альтернативы. В ЦНИИСК имеются разработки малых форм в виде беседок, навесов, пергол, декоративных мостиков, крытых автостоянок и другого, где благодаря пластике форм и текстуре клееной древесины удается достичь желаемого эффекта. В этих объектах широко используются соединения на вклеенных стержнях, позволяющие «оторвать» конструкцию от земли или бетона, обеспечить их сохранность от расслаивания, сделать соединение компактным и прочным.
Резюмируя, следует подчеркнуть, что основные виды клееных деревянных конструкций, описанные выше и реализованные при строительстве объектов различного назначения, отличаются узловыми соединениями на наклонно вклеенных стержнях, составляющих основу системы ЦНИИСК, и не имеют аналогов.
Из описания приведенных примеров видно, что с помощью таких соединений удается получить сопряжения элементов для всех основных видов напряженно-деформированного состояния, включая наиболее сложные для деревянных конструкций скалывание и растяжение. На их основе разработаны новые виды деревянных конструкций и узлов: жесткие нити, защемленные стойки и консоли, фермы-линзы, сборные конструкции с равнопрочными жесткими стыками, фермы с повышенным нижним поясом и т. п. В конструировании каркасов зданий впервые в деревянных конструкциях широко используется сварка, а для защиты ответственных стальных элементов узловых соединений от пожара - древесина. Благодаря высоким теплозащитным свойствам и небольшой постоянной скорости обугливания (0,6 мм/мин.) древесина препятствует распространению тепла вглубь. Этим объясняется высокая и прогнозируемая огнестойкость деревянных конструкций и соединений, а также возможность сварки между собой закладных деталей на вклеенных стержнях. Все это открывает новые перспективы совершенствования сборных конструкций и узловых сопряжений.
Из приведенного выше отечественного опыта вытекает, что области применения деревянных конструкций необычайно разнообразны.
Особенно целесообразно их применение в сооружениях, контактирующих с химически агрессивной средой, в бассейнах и аквапарках с повышенной относительной влажностью воздуха, в спортивно-зрелищных и общественных зданиях, где необходимо сочетание эстетики, прочности, легкости, коррозионной стойкости, акустических свойств.
Благодаря высокой кратковременной прочности (вдвое превышающей длительную прочность) и небольшому весу деревянные конструкции особенно эффективны в районах с высокой сейсмичностью. В отличие от железобетонных и стальных конструкций, они почти нечувствительны к сейсмическим воздействиям.
Несмотря на перечисленные достоинства и наличие в нашей стране самой большой в мире сырьевой базы, объемы применения клееных деревянных конструкций в России значительно уступают объемам применения этих конструкций в развитых странах, даже в тех, где нет своего леса. Некоторые отрасли строительства, например автодорожное деревянное мостостроение, почти не развиваются, хотя потребность в мостах, особенно на второстепенных и труднодоступных дорогах, очевидна. Другой пример из сельского строительства, где деревянным конструкциям не может быть альтернативы, - это складские сооружения для хранения минеральных удобрений, сена и др. Только в Московской области с 1975 по 1983 год почти в каждом районе построены из древесины прирельсовые и глубинные склады минудобрений. За последние 20 лет в Подмосковье не возведено ни одного хранилища.
К сожалению, в наше кризисное время отрасль клееных деревянных конструкций, включая новые научные исследования, не развивается, многие объекты остались нереализованными, многие законсервированы...
Станислав ТУРКОВСКИЙ,
Александр ПОГОРЕЛЬЦЕВ,
Ирина ПРЕОБРАЖЕНСКАЯ,
ЦНИИСК
