Клееные деревянные конструкции в современном строительстве (система ЦНИИСК). Часть 9

Электроизоляционные опоры (башни и мачты)

Часть 1
Часть 2
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 10. Производственные здания
Часть 11. Эксклюзив

Диэлектрические свойства древесины позволяют эффективно использовать ее в сооружениях линий электропередачи, для создания антенн, в спецсооружениях в качестве изоляционных опор и т. п. В ЦНИИСК накопился опыт создания таких конструкций, схожий с опытом производства конструкций для агрессивных сред, основой которых являются безметальные соединения.

Одним из подобных сооружений является экспериментальный комплекс из десяти деревянных башен высотой около 40 м и других сооружений из клееной древесины, возведенный в 1985 году в пос. Андреевка Харьковской области. Башни были разработаны в КБ Харьковского инженерно-строительного института и использовались как электроизоляционные опоры. В задачи ЦНИИСК входило проведение исследований опорных узлов башен и безметальных соединений на стеклопластиковых нагелях, а также разработка и исследование анкеровки вантовых нитей из стеклопластиковых и кевларовых волокон, присоединяемых к башням в верхней части для подвешивания на них изоляторов и проводников. Башни испытывали воздействие ветровых нагрузок и усилий в вантах до 500 кН, что вызывало большие усилия растяжения в узлах присоединения ветвей башен к фундаментам (более 100 т), которые не удавалось воспринимать за счет болтов по причине ограничения количества металла.

Проблема была решена благодаря применению в узлах наклонно вклеенных арматурных стержней по системе ЦНИИСК. Испытание на экспериментальной базе ЦНИИСК фрагментов четырех опорных узлов ветвей башен в натуральную величину в горизонтальной разрывной машине подтвердило высокую несущую способность узлов (около 1900 кН) при разрушении по металлу. По результатам исследований узлов были уточнены конструкция и методика расчета узлов таких сооружений. Параллельно была предложена и испытана новая конструкция анкера для высокопрочных нитей из кевлара в оттяжках мачт и вант. Башни приняты решетчатой конструкции, четырехугольными в плане, с шириной стороны около 2 м вверху и около 4,5 м внизу, на уровне фундамента (см. фото). Узлы растянутых ветвей выполнены на наклонно вклеенных стержнях. Узлы сопряжения перекрестной решетки и ветвей устроены на болтах и нагелях с использованием врезок и лобового упора для восприятия больших усилий сжатия. Обследование состояния башен, проведенное после 25 лет их эксплуатации, показало, что в некоторых узлах обнаружены очаги загнивания из-за недостаточного внимания к конструктивным способам защиты деревянных конструкций от осадков.

В открытых сооружениях подобного типа, разработанных в ЦНИИСК, вопросы конструктивной защиты занимали особое место. Так, электроизоляционные опоры из клееной древесины в виде трехгранных башен и П-образных подкосных рам пролетом 15 м и высотой 13,5 м с консолями до 4,5 м построены в 1993 году и находятся в удовлетворительном состоянии после 17 лет эксплуатации. Открытые опорные пластины толщиной 20 мм из стеклопластика СП-4 у всех башен и подкосов также находятся в хорошем состоянии. Их защита от солнечного излучения обеспечена покрытием эмалью ПФ-115 с возобновлением через пять лет эксплуатации. Все сопряжения рам выполнены на стеклопластиковых вклеенных нагелях. Между элементами в узлах предусмотрены зазоры для проветривания, исключающие возможность задержки осадков. Все торцы элементов защищены мастикой, а их горизонтальные верхние кромки закрыты локальными кровлями из бакелизированной фанеры, герлена или рубероида. Деревянные элементы перед поставкой обрабатывались антисептиком и после просушки окрашены белой эмалью ПФ-115.

Опыт показывает, что такие меры для открытых сооружений типа башен, мачт, пергол с периодическим восстановлением защитной окраски обеспечивают их длительную безотказную эксплуатацию. При проектировании и строительстве в 2009 году радиомачт высотой 23 м для их стволов использовались деревянные клееные элементы сечением 300 х 300 мм с жестким стыком на вклеенных стержнях в середине высоты и закладными деталями на наклонно вклеенных стержнях для присоединения оттяжек, оборудования и опорных башмаков. Такие соединения герметичны и, в отличие от болтовых соединений, не конденсируют влагу, следовательно, не создают условий для загнивания. С целью повышения стойкости против расслоения толщина склеиваемых слоев в клееных элементах принята не более 20 мм.

Жесткие стыки в середине длины мачт приняты с целью удобства транспортировки любым видом транспорта, включая воздушный. На заводе была выполнена контрольная сборка отправочных марок.

На монтаж дополнительно поставлялись только болтовые соединения.

Аналогичные конструктивные и защитные решения использовались и при проектировании шпиля Петровского путевого дворца (бывшей Академии Жуковского) на Ленинградском шоссе в Москве. Дворец был построен по приказу Екатерины II в 1776-1780 годах. В ходе реконструкции дворца в 2000 году ООО «Мосреставрация» поручило ЦНИИСК провести обследование и разработать проект восстановления и (при необходимости) замены несущих деревянных конструкций покрытия над основными залами дворца, включая фермы центрального купола и шпиль над ним. Габариты шпиля восстановлены по историческим чертежам. У шпиля высотой около 18 м было переменное шестигранное сечение - от 400 мм в основании до 200 мм в вершине. При проектировании с учетом условий монтажа на высоте (около 60 м) шпиль был разделен по длине на две части, которые при монтаже соединялись жестким стыком. Нижняя часть шпиля опущена внутрь купола и раскреплена стальными растяжками с кирпичными стенами и внутри верхнего кольца купола. Верхняя часть шпиля присоединялась к нижней с помощью фланцевых соединений, установленных на стыкуемых торцах с помощью наклонно вклеенных стержней. Перед монтажом внешняя часть шпиля длиной около 10 м была антисептирована и облицована листовой нержавеющей сталью с возможностью вентиляции внутри стальной оболочки для удаления конденсата.

Кроме шпиля, две несущие брусчатые фермы главного купола во дворце были заменены клееными трехшарнирными рамами с опиранием в нишах кирпичных стен. Исторические брусчатые фермы известного русского архитектора Матвея Казакова были отреставрированы и оставлены как памятник архитектурного зодчества в составе купола.

Параллельно пришедшие в негодность за 230 лет эксплуатации несущие балки покрытий четырех представительских залов, примыкающих к куполу, заменены клееными конструкциями. Все клееные деревянные конструкции, предназначенные для реконструкции дворца, изготовлены и поставлены домостроительным комбинатом ДСК-160 (г. Королев).

Станислав ТУРКОВСКИЙ,
Александр ПОГОРЕЛЬЦЕВ,
Ирина ПРЕОБРАЖЕНСКАЯ, ЦНИИСК

Продолжение следует.