Клееные деревянные конструкции в современном строительстве (система ЦНИИСК). Часть 5

Мосты

Часть 1
Часть 2
Часть 3. Бассейны и аквапарки
Часть 4. Бассейны и аквапарки
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

Продолжаем цикл публикаций по материалам книги, посвященный конструктивным решениям в строительстве с использованием клееных деревянных конструкций.

Висячий четырехпролетный мост через МКАД

В процессе завершения строительства и обустройства Московской кольцевой автодороги (МКАД) правительством Москвы было принято решение о строительстве двух пешеходных мостов из клееной древесины через автостраду в начале и конце парковой зоны «Лосиный Остров», между Ярославским и Щелковским шоссе.

Предполагалось, что строительство обоих мостов осуществят зарубежные фирмы на конкурсной основе. Но организаторы конкурса предоставили возможность принять участие в этом конкурсе и специалистам ЦНИИСК. Лаборатория деревянных конструкций института представила на конкурс несколько тривиальных схем двухпролетного моста: с несущими арками; с треугольными фермами; с фермами под крышей и др. Кроме того, был предложен вариант висячего моста с несущими жесткими нитями из клееной древесины. При рассмотрении этого проекта иностранные специалисты заявили, что такая конструкция не может быть изготовлена из древесных материалов, но именно она была одобрена конкурсной комиссией по ряду показателей, в том числе эстетических и экономических. Сметная стоимость такого моста длиной 105 м оказалась на 20% ниже стоимости моста длиной 60 м, предложенного австрийской фирмой.

Реализации проекта предшествовала тщательная техническая экспертиза. Особое внимание уделялось конструкции стыков и соединений растянутых несущих вант и подвесок, выполненных с помощью новых в то время соединений - V-образных вклеенных по системе ЦНИИСК анкеров из периодической арматуры. Конкурсной комиссией были затребованы отчеты и другие материалы по результатам экспериментальных исследований аналогичных стыков и соединений. В итоге в 1997 году проект вантового моста на 102-м километре МКАД был принят к исполнению.

Из-за наличия подземных газовых коммуникаций вдоль МКАД была принята четырехпролетная конструктивная схема моста вместо двухпролетной с монолитными лестничными блоками по торцам, которые были заменены двумя наклонными лестничными пролетами. Этот шаг позволил снизить стоимость моста и сделать его архитектуру более выразительной.

Посадка моста на местности, монолитные железобетонные фундаменты, ограждающие конструкции галереи, выполнялись ОАО «Союздорпроект». На закладные детали фундаментов по краям и в середине автострады, на высоте около 6 м опираются три мощных П-образных портала из клееной древесины высотой 9,5 м, являющиеся опорами для подвески гнутоклееных жестких деревянных нитей с пролетами по 28,5 м в середине и по 23,5 м по краям. Крайние ванты шарнирно присоединены непосредственно к фундаментам.

Конструкция деревянных порталов принята в виде П-образных рам, плавно расширяющихся книзу до отметки 6 м для пропуска сводчатой галереи шириной 3,5 м с ограждением из поликарбоната. Жесткость каждой рамы обеспечивалась двумя горизонтальными ригелями, раздвинутыми по высоте до 4 м для устройства между ними крестовых связей из стальных труб диаметром 50 мм. Верхний ригель выполнен из стального двутавра № 36, пропущен между двумя ветвями деревянных опорных стоек и закреплен к ним шпильками из оцинкованной стали. К стенке стального ригеля приварены стальные проушины, к которым присоединены проушины смежных вантовых нитей, и объединены цилиндрическими стальными шарнирами. Эти ответственные узлы порталов после сборки были закрыты декоративными и защитными медными колпаками.

Присоединение порталов к железобетонным опорам выполнено шарнирным, с помощью специальных стальных башмаков, установленных на болтах между ветвями стоек сечением 2х140х600 мм и снабженных цилиндрическими шарнирами, что дает возможность поворота порталов вдоль моста. При проектировании порталов предусматривались конструктивные меры защиты их от атмосферных воздействий. В частности, в конструкции не допускались разнообразные полочки и гнезда, на которых могли бы скапливаться осадки, торцы антисептировались и закрывались локальными кровлями. Стойки порталов полностью собирались на заводе и оснащались опорными башмаками, для обеспечения их надежности применялось поперечное армирование. Наверху к порталам подвешены растянуто-изгибаемые жесткие нити криволинейной формы из клееной древесины. В крайних пролетах моста жесткие нити приняты без стыков по длине, в средних пролетах из-за большой высоты порталов (9 м) жесткие нити приняты сборными по длине с одним стыком в середине пролета. Новизна конструкции защищена авторскими свидетельствами и состоит в основном в техническом решении растянутых узловых соединений - шарнирных на концах и жестких в середине пролета. Соединения решены на V-образных вклеенных анкерах, многократно проверенных экспериментально в ЦНИИСК на натурных фрагментах. Кроме того, по внутренним кромкам деревянные ванты снабжались специальными закладными деталями в форме проушин для шарниров стальных подвесок, к которым закреплены балки пролетного строения моста. Анкеровка подвесок в древесине вант и балок осуществлена V-образными анкерами, тестирование которых проведено в лаборатории ЦНИИСК.

Сборные ванты выполнены из гнутоклееных элементов радиусом около 19 м, сдвоенного по ширине сечения 2 х (140 х 800) мм со стрелой прогиба около 7 м. Каждый элемент на концах содержит закладные детали - пластины, заанкеренные в древесине с помощью четырех V-образных анкеров на одну пластину или по 8 шт. на одну сторону растянутого симметричного стыка. Для шарнирного присоединения к пилонам к закладным деталям вант приварены стальные проушины. Жесткий стык внизу устраивался сваркой закладных деталей на стыкуемых элементах с помощью накладок.

Ванты крайних пролетов моста с меньшей стрелой подъема (около 5 м) изготавливались без стыка по длине, полностью готовыми к монтажу, с проушинами по концам для шарнирного присоединения к порталам и крайним фундаментам и перевозились к месту монтажа специальным автотранспортом. Подобно сборным вантам, крайние ванты также снабжались проушинами для подвески косоуров лестничных маршей. Верхние грани всех вант защищались медной кровлей. У порталов между вантами устроены крестовые связи из труб.

К жестким нитям посредством стальных подвесок разной высоты с шагом 3,5 м подвешены продольные балки пролетного строения сечением 140 х 700 мм и вся балочная клетка со связями, прогонами и дощатым полом. Балки опираются по концам непосредственно на железобетонные опоры. Причем опоры устроены так, что могут воспринимать не только вертикальную полезную нагрузку, но и горизонтальные ветровые нагрузки. Для этого балки соединены крестовыми стальными связями из арматуры 20А240. Балки являются опорами для металлических полуарок каркаса галереи.

Все деревянные конструкции моста изготовлены ВЭЗСК, монтаж моста выполнен фирмой «Импульс-М». По завершении строительных работ ОАО «Союздорпроект» проведены динамические испытания моста по специальной программе, с записью деформаций и колебаний моста. Подвижная и статическая нагрузки в разных комбинациях создавались специально инструктированной группой солдат (400 человек). По результатам испытаний мост сдан в эксплуатацию. Все конструкции защищены составом «Пинотекс» и дополнительно обработаны специальным кремнийорганическим составом по рецептуре Российского химико­технологического университета им. Д. И. Менделеева.

В 1998 году у Ярославского шоссе через МКАД по проекту австрийской фирмы построен мост из клееной древесины в виде двух наклонных арок пролетом около 60 м. Затяжки арок на стальных подвесках являются пролетным строением этого пешеходного моста. Оба моста представляют интерес не только с точки зрения оригинальных конструктивных решений, но и в первую очередь с позиций долговечности клееных деревянных конструкций, эксплуатирующихся на отрытом воздухе.

Висячий мост с жесткими нитями (пос. Нахабино, Московская обл.)

В 2001 году спроектирован и построен пешеходный мост через р. Нахабинка у Волоколамского шоссе. Разработка проекта пролетного строения из клееной древесины осуществлена в ЦНИИСК и ЦНИИЭПсельстрой, фундаменты и обустройство спроектированы в ООО «Проекткоммундортранс» (генпроектировщик).

Конструктивная схема моста принята традиционной для мостов с металлическими вантами, но все конструктивные элементы (пилоны, оттяжки, жесткие нити, балки жесткости и др.) выполнены из клееной древесины. Мост трехпролетный (4 + 20 + 4 м), шириной 3,5 м. Крайние пролеты (по 4 м) из-за отсутствия необходимости в подвесках устроены с прямолинейными деревянными оттяжками. Средний пролет на стальных подвесках через каждые 3м подвешен к растянуто-изгибаемым неразрезным жестким нитям сечением 2 х (140 х 300) мм с длиной по хорде около 20 м. Стрела подъема гнутоклееных нитей составляет около 4 м при радиусе изгиба 15 м. Это позволило осуществить изготовление без стыков по длине и перевезти их целиком. Балки жесткости пролетного строения выполнены также неразрезными со строительным подъемом в середине пролета.

Деревянные пилоны из клееной древесины высотой 5 м и шириной понизу около 5 м являются опорами для оттяжек и нижних нитей, которые шарнирно присоединены к верхнему ригелю пилона. Нижний ригель служит для его жесткости. Опирание пилонов на железобетонные ростверки принято шарнирно-неподвижным, с помощью цилиндрических шарниров и противоветровых шайб.

Оттяжки и жесткие нити по концам оснащены стальными проушинами, приваренными к закладным деталям на верхних и нижних гранях каждого деревянного элемента. Анкеровка закладных деталей в древесине вант осуществлена на вклеенных V-образных анкерах по системе ЦНИИСК. Гнутоклееные жесткие нити, кроме того, снабжались проушинами по нижним граням на вклеенных V-образных анкерах для крепления стальных подвесок в пролете. Все операции по устройству закладных деталей по концам и в пролете всех вант выполнялись в заводских условиях. Конструкции имели полную заводскую готовность и поставлялись к месту монтажа в готовом виде, включая защитную отделку. У балок жесткости пролетного строения также имелись проушины на вклеенных анкерах для крепления подвесок. В средней части пролета балки жесткости и жесткие нити соединялись с помощью болтов. Опирание балок на железобетонные фундаменты выполнено традиционным, с помощью цилиндрических шарниров на вклеенных стержнях и противоветровых шайб, приваренных на монтаже к закладным деталям железобетонных ростверков.

Интерес представляют узлы крепления крайних оттяжек к балкам жесткости на опорах. Поскольку все основные элементы моста поставлялись в готовом виде и не допускали рихтовки, а сборные пилоны также представляли собой жесткую конструкцию, компенсация допусков при сборке моста осуществлялась в крайних опорных узлах. Для этого закладные пластины на верхних гранях балок жесткости выполнялись с учетом возможных неточностей сборки и анкерились наклонно вклеенными стержнями в направлении деревянных оттяжек. Крепление оттяжек в опорных узлах выполнялось в последнюю очередь, путем сварки проушин, принадлежащих оттяжкам, по месту к закладным деталям балок жесткости. Окончательное натяжение и рихтовка вантовой системы осуществлялись муфтами на подвесках с контролем усилий в них. Диск жесткости в горизонтальной плоскости устроен по балкам жесткости и распоркам между ними через каждые 3-4 м, неразрезными прогонами в продольном направлении и настилом.

Мост-маяк на Клязьминском водохранилище

Среди множества сооружений из клееной древесины известного архитектора Тотана Кузембаева на Клязьминском водохранилище, в том числе сделанных с участием сотрудников лаборатории деревянных конструкций ЦНИИСК, выделяется сооружение причала для яхт в виде деревянного моста с двухэтажной беседкой-кафе «Маяк», выдвинутого в акваторию водохранилища почти на 50 м.

Проект моста и техническое сопровождение при его строительстве выполнены в 2005 году в ЦНИИСК на основе архитектурных проработок Тотана Кузембаева. Конструкция моста выполнена в виде открытой решетчатой пространственной многопролетной галереи шириной 2 м и высотой 4 м из клееной древесины лиственницы. Галерея установлена на железобетонные сваи с шагом 12 м на отметке выше максимально возможного уровня водохранилища. Несмотря на это, несущие элементы моста ниже пола стальные - из-за риска саморазрушения деревянных элементов в результате периодического увлажнения и высыхания.

Каркас моста состоит из плоских подкосных ферм пролетом 12,5 м с параллельными поясами. Верхние пояса сечением 120 х 350 мм; стойки и подкосы выполнены из прямолинейных клееных элементов шириной 120 мм, нижние пояса - из двутавра № 24, приваренного к закладным деталям железобетонных ростверков по сваям. Поверху продольных ферм уложены деревянные прогоны с карнизными свесами и горизонтальными связями между ними. По прогонам выполнены дощатые настил и кровля. Пол моста устроен из досок лиственницы в продольном направлении, по прогонам, опирающимся на фермы, с консолями с обеих сторон моста, которые оборудованы кнехтами для швартовки яхт и лодок.

Мост состоит из четырех пространственных блоков длиной по 12 м, устойчивость которых из плоскости обеспечивается внешними подкосами из лиственницы в начале и конце каждого блока. Для крепления подкосов в этих сечениях моста нижние прогоны­ригели специально соединены со стойками ферм, образуя жесткие, из плоскости моста замкнутые рамы, соединенные со сваями. В конце моста на специальном железобетонном круглом ростверке устроена двухэтажная смотровая площадка-беседка «Маяк». Каркас этой части моста выполнен из стальных конструкций на сварке.

Все узловые соединения элементов поясов с элементами решетки ферм моста устроены однотипными с помощью приваренных к поясам стальных косынок с отверстиями. На косынки прорезями надвинуты стойки и подкосы, по месту в них просверлены отверстия и установлены оцинкованные шпильки. В верхних поясах по нижним граням на вклеенных штырях, в местах крепления стоек и подкосов, предусмотрены закладные детали.

Деревянные конструкции из клееной лиственницы поставлены ЗАО «Тамак». Конструкции были защищены специальным прозрачным покрытием.

При освидетельствовании конструкций в 2009 году было отмечено хорошее состояние клееных элементов, хотя лиственница и не рекомендуется для склеивания без специальных технических условий. Отмечено только, что в нижней части моста и с южной стороны под влиянием воды и солнца защитное покрытие нарушено, сохранилось лишь местами и нуждается в обновлении.

Мост в парке музея-усадьбы «Остафьево»

К юбилейной дате - 200-летию со дня рождения А. С. Пушкина - в усадьбе Остафьево, где поэт неоднократно бывал, администрацией музея решено было восстановить пешеходный мост между старинными прудами на месте сохранившихся береговых насыпей. Архитектурный облик моста предложен архитектором музея по архивным гравюрам того времени.

Проект моста из клееной древесины в эскизном варианте согласован с руководством музея и разработан в ЦНИИСК в 1999 году. К разработке принят вариант моста пролетом 12 м, шириной около 2 м, с вспарушенными балками с перилами по стойкам и перекрестным заполнением панелей между ними.

Несущими конструкциями моста являются две выгнутые кверху балки сечением 140х600 мм с поперечными диафрагмами, присоединенными на вклеенных шпильках для жесткости и опирания настила.

Между диафрагмами устроены связи. В качестве настила использовались сращенные по длине (до 12 м) на зубчатый шип строганые доски (слои) из лиственницы сечением 40 х 100 мм. Эти слои прикреплены к диафрагмам на шурупах с зазорами по 15 мм для вентиляции конструкций. Настил из лиственницы отличается высокой прочностью, устойчивостью к истиранию и гниению, оригинальным внешним видом за счет контрастной структуры древесины.

Особую сложность представляло обеспечение пространственной устойчивости перил из плоскости и конструктивной защиты от загнивания. Проблема долговечности решалась путем устройства защитной доски из лиственницы по верхним кромкам несущих балок со свесами по ширине. Надежность и необходимая жесткость перил достигнуты за счет соединения стоек с балками на вклеенных арматурных стержнях. Для этого в торцы каждой стойки сначала вклеивались два стержня 16А400, а выпуски арматуры стоек после сборки каркаса моста вклеивались по месту в отверстия в балках, просверленные и заполненные на 1/3 глубины клеем ЭПЦ-1. Поверху стойки объединялись широкими поручнями из лиственницы, чтобы узлы присоединения элементов заполнения перил из досок были защищены от влияния солнца и осадков.

До сборки все элементы моста антисептировались. Узлы опирания моста на железобетонные опоры по обоим берегам выполнялись с помощью вертикально вклеенных в балки арматурных стержней 28А400 с выпусками по 250 мм для посадки в заранее предусмотренные в фундаментах шанцы. Использовалось и наклонное армирование балок по системе ЦНИИСК.

Сборка моста осуществлена в цехах ВЭЗСК с участием авторов проекта. Собранный мост автотрейлером был доставлен к месту монтажа и в течение одного часа автокраном установлен в проектное положение. Опорные выпуски арматуры по концам балок моста были опущены в шанцевые гнезда фундаментов, которые после выверки проектного положения заполнялись жестким бетоном. Между деревянными балками и фундаментами был оставлен зазор 100 мм, исключающий возможность контакта балок с береговыми откосами. На время отверждения бетона в шанцах этот зазор контролировался клиньями.

Длительный срок эксплуатации моста оправдывает правильность принятых решений, которые можно рекомендовать для проектирования небольших декоративных переходов при благоустройстве территорий в садово­парковой архитектуре.

Мосты через водоемы в пос. Вельяминово и Бенилюкс

Первые пешеходные мосты из клееной древесины в Подмосковье построены в процессе экспериментальной застройки и благоустройства пос. Вельяминово. Через искусственные водоемы в 1983 году были перекинуты два моста пролетами 20 и 30 м. Оба моста приняты арочными с передачей распора на железобетонные фундаменты. Проекты мостов разработаны в ЦНИИСК.

Мосты проектировались сборными из двух элементов полной заводской готовности, оснащенных необходимыми деталями, и были перевезены на стройплощадку спецавтотранспортом ВЭЗСК. В конструкциях мостов впервые использовались узловые соединения на вклеенных стержнях системы ЦНИИСК.

Несущими конструкциями моста пролетом 30 м являются трехшарнирные арки, каждая из которых состоит из двух полуарок и включает в себя шарниры на опорах и в ключе, присоединенные на вклеенных стержнях. Конструкция шарнира в ключе впервые принята идеально симметричной. Конструкция опорного узла также впервые принята с раздельным восприятием распора и вертикальной составляющей реакции, но допускает поворот в узле. Между арками в коньке, на опорах и в середине установлены диафрагмы, поддерживающие дополнительные арки для жесткости дощатого настила, и крестовые связи.

По верху настила устроена защитная обшивка из бакелизированной фанеры. Перила выполнены по накладным стойкам, закрепленным на болтах снаружи арок. Сборка моста выполнена с помощью монтажной башни, установленной в середине пролета на понтонах.

В конструкции моста с пролетом 20 м несущими являются двухшарнирные арки сечением 140х900 мм, одновременно выполняющие роль перил. Настил устроен по прогонам, присоединенным в нижней части арок. Деревянные поручни присоединены снизу шурупами через стальные пластины, которые приварены (параллельно верхним граням арок в 200 мм над ними) к арматурным стержням, вклеенным в арки в радиальном направлении с шагом 500 мм. Для удобства перемещения по настилу предусмотрены бруски в поперечном направлении. Оба моста после обработки поверхностей древесины антисептиком были защищены от атмосферных воздействий белой пентафталевой эмалью.

В последнее время в разных районах Московской обл. было построено несколько пешеходных мостов с пролетами до 15 м. В частности, два моста были построены через пруды в пос. Бенилюкс. Конструкции этих мостов изготовлены на ЗАО «78 Деревообрабатывающий комбинат Н. М.» (Нижний Новгород) и автотранспортом в собранном виде привезены на объект. Проект этих мостов разработан в ЦНИИСК, монтаж осуществлен фирмой ООО «Крован­КДК».

Станислав ТУРКОВСКИЙ,
Александр ПОГОРЕЛЬЦЕВ,
Ирина ПРЕОБРАЖЕНСКАЯ, ЦНИИСК