Применение деревянных конструкции в строительстве
Широкому распространению дерева как строительного материала способствует легкость его заготовки и обработки, внесезонность применения, химическая стойкость, диэлектрические качества, а также высокие показатели физико-механических свойств при малой плотности. Наглядным показателем служит удельная прочность материала — отношение его расчетного сопротивления R, выраженного в МПа · 100 = тс/м 2 , к плотности γ, т/м 3 , 1 которое равно: для древесины сосны (на сжатие и изгиб) — 1300/0,5 = 2600 м; для стали класса 38/23 (на растяжение, сжатие и изгиб) — 21000/7,85 = 2670 м; для бетона М200 (на сжатие) — 900/2,2 = 410 м.
Из этих данных видно, насколько выгодным является применение древесины в сжатых и изгибаемых элементах конструкций. Конструкции из дерева по своей массе лишь немного тяжелее соответствующих стальных и значительно (в 5. 6 раз) легче бетонных и железобетонных.
Недостатки, ограничивающие применение деревянных конструкций,— опасность загнивания и возгорания их, усушка, разбухание, коробление и растрескивание, неоднородность строения и наличие пороков — могут быть устранены консервированием и облагораживанием древесины антисептированием и использованием огнезащитных пропиток или покрасок. Применение производных материалов из древесины с улучшенными свойствами (фанеры различных видов, древесно-слоистых пластиков (ДСП), прессованной древесины, древесноволокнистых материалов (ДВП) и др.) и защита древесины существенно повышают долговечность деревянных конструкций и расширяют область их эффективного применения.
В настоящее время в течение года на все виды строительства и капитального ремонта выделяется свыше 20 млн. м 3 круглого леса, 40 млн. м3 пиломатериалов, 120 тыс. м 3 фанеры, 700 тыс. м 3 ДСП и 130 млн. м 3 ДВП. Это составляет более 25 млн. м 3 условного круглого леса или свыше 27% всех ресурсов лесоматериалов. Стоимость лесоматериалов достигает 6. 7% стоимости всех материалов в строительстве, а удельный вес лесоматериалов в общей стоимости затрат на строительство достигает 17%. Из всего объема используемой древесины 43,6% расходуется на деревянные конструкции.
Задача рационального использования древесины в строительных конструкциях заключается в совершенствовании конструктивных решений, обеспечении долговечности материала, индустриализации производства деталей и конструкций, целесообразном ее применении с учетом условий эксплуатации и т. д.
Комплексное использование отходов лесной промышленности, а также отходов при изготовлении конструкций из дерева на основе их химической и химико-механической переработки значительно повышает эффективность использования древесины.
Применение клееной древесины в строительных конструкциях позволяет получать конструктивные элементы больших размеров по сечению и по длине, что дает возможность создавать несущие деревянные конструкции больших пролетов и под большие нагрузки. Клееные деревянные конструкции являются наиболее качественными и надежными, так как изготовляются из высушенных пиломатериалов, менее подверженных растрескиванию и короблению, а также благодаря удалению дефектных мест. Качество их повышается и за счет рационального размещения досок в зависимости от их сорта в поперечном сечении элементов в соответствии с напряженным состоянием.
Интенсивные способы консервирования древесины позволяют применять деревянные конструкции в открытых наземных и гидротехнических сооружениях: мостах, башнях, плотинах и др.
Применение деревянных конструкций во временных зданиях и сооружениях подсобного назначения обусловливается возможностью изготовления их из местного лесоматериала, легкостью обработки простейшими инструментами на месте строительства и малой стоимостью древесины.
Сборно-разборные вспомогательные конструкции из дерева (инвентарные леса, подмости, опалубка и т. д.) могут использоваться многократно, что дает значительный экономический эффект.
Малая масса деревянных конструкций значительно сокращает стоимость их перевозок при транспортировании на большие расстояния.
Применение деревянных конструкций ограничивается лишь в безлесных районах СССР, для многоэтажных и промышленных зданий с большими крановыми нагрузками. Для строительства мостов с большими пролетами в целях повышения капитальности этих сооружений применение дерева также не рекомендуется (хотя известны примеры службы железнодорожных мостов из дерева до 60 лет при правильной их эксплуатации). В помещениях с высокой производственной влажностью применение деревянных конструкций ограничивается из-за повышенной опасности их загнивания. Запрещается применение деревянных конструкций в горячих цехах и во всех случаях, когда это вызывает повышенную пожароопасность.
Производственной основой для достижения максимальной эффективности применения деревянных конструкций является индустриализация строительства. При этом изготовление стандартных элементов или конструкций производится в заводских условиях с применением комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. Применение конструкций заводского изготовления основано на выгодности массового производства однотипных элементов, предпосылкой этому служит введение в проектирование модульности, являющееся основой типизации и стандартизации. Это дает возможность сократить сроки строительства, повысить качество работы и снизить стоимость строительства.
Индустриальной базой в области производства деревянных конструкций являются заводы сборного деревянного домостроения и заводы (или цеха) клееных деревянных конструкций. В нашей стране действуют современные заводы по производству несущих и ограждающих деревянных конструкций в соответствии с их номенклатурой.
Общая мощность предприятий и цехов клееных деревянных конструкций к 1980 году составила 180 тыс. м 3 . За период 1976—1980 гг. построено более 1000 зданий и сооружений с применением деревянных клееных конструкций. При этом достигнуто значительное снижение массы зданий, расхода стали и трудозатрат (по сравнению с железобетонными конструкциями).
Опыт п жазывает, что применение клееных деревянных конструкций в гражданских зданиях типа спортзалов, крытых рынков, павильонов снижает массу покрытия в 4. 5 раз, трудоемкость монтажа до 20%, расход стали до 50% и позволяет существенно увеличивать перекрываемые пролеты. Весьма эффективны клееные деревянные конструкции в складах минеральных удобрений, где экономия капиталовложений на 1 т удобрений по сравнению с железобетонным каркасом составляет от 37 до 53%.
Успешное применение деревянных конструкций в строительстве зависит от степени использования положительных свойств древесины и устранения или ограничения влияния отрицательных свойств.
Область применения деревянных конструкций. Перспективы развития
Древесина является одним из основных видов строительных материалов, чему способствуют ее широкое распространение, легкость добычи и обработки, а также высокие показатели прочности при малом объемном весе.
Деревянные конструкции широко применяют в покрытиях промышленных и гражданских зданий и в междуэтажных перекрытиях вследствие их высокой прочности и легкости, а также хороших термоизоляционных свойств, особенно ценных в ограждающих конструкциях зданий. Стойкость деревянных покрытий и перекрытий против загнивания и возгорания достигается конструктивными и химическими мерами защиты древесины, являющимися обязательными для применения в настоящее время.
Химическая стойкость сухой древесины против действия дыма и газов используется в покрытиях паровозных депо, над дебаркадерами вокзалов, в предприятиях химической промышленности и др.
Разработанные в настоящее время интенсивные способы консервирования древесины и склеивания ее водостойкими клеями позволяют применять деревянные конструкции в открытых наземных и гидротехнических сооружениях: мостах, эстакадах. башнях, плотинах и т. п.
Применением сборно-разборных решений достигается многократный оборот вспомогательных конструкций — инвентарных лесов, подмостей, опалубки, временных зданий и сооружений.
При необходимости доставки строительных деталей и конструкций на большие расстояния особенно ценным является малый вес деревянных элементов — в 5 — 6 раз меньший веса соответствующих железобетонных элементов, что значительно сокращает стоимость транспортирования.
Дальнейшее развитие строительства предусматривает широкое внедрение конструкций, удовлетворяющих условиям комплексной механизации их изготовления и скоростного монтажа.
Прогрессивной формой деревянных конструкций являются, в первую очередь, клееные конструкции заводского изготовления из досок на водостойких клеях, позволяющие максимально использовать мелкосортную и низкокачественную древесину в сжатых и изгибаемых элементах конструкций, расходуя при этом минимум высококачественной древесины и стали. Предстоит дальнейшая работа по внедрению технологии высококачественной склейки в производство.
Широкое распространение получат легкие клеефанерные конструкции с применением в них водостойкой высококачественной фанеры. Замена пиломатериалов фанерой явится одним из наиболее эффективных средств экономии древесины в строительстве.
Дальнейшему усовершенствованию подлежат металло-деренянные системы сквозных ферм заводского изготовления. Широкое развитие получит заводское домостроение.
Виды деревянных конструкций, применяемые в строительстве
Различные виды деревянных конструкций успешно применяются в современном строительстве. Из дерева возводятся покрытия, перекрытия, стены и перегородки зданий и многие инженерные сооружения, несущие на себе значительные нагрузки.
Наиболее широко применяются деревянные конструкции в сельской местности, небольших городах и поселках. Из дерева здесь строятся жилые дома, склады продуктов сельского хозяйства и удобрений, помещения для животных и механизмов, мастерские, магазины, столовые, клубы.
В крупных городах из многих видов деревянных конструкций строятся спортивные залы, выставочные павильоны, торговые помещения, крытые рынки.
На заводах и фабриках, особенно деревообрабатывающей промышленности и там, где используются и производятся химически агрессивные вещества, эксплуатируются деревянные цехи, склады, эстакады, башни, градирни, вытяжные трубы.
В малолюдных, отдаленных районах, где только начинается строительство, из дерева быстро возводят жилые дома, общежития, мастерские, склады и бытовые помещения. Деревянные платформы, пакгаузы, автостоянки, причалы, небольшие плотины и шлюзы стоят на линиях железных дорог, автомобильных и водных путях сообщения.
Небольшие деревянные мосты через реки и овраги успешно служат на большинстве автомобильных дорог местного сообщения. Деревянные столбы, мачты и башни несут на себе провода и установки линий связи и электропередач.
Деревянные конструкции прочны, надежны и могут служить многие десятилетия. Наиболее рациональны и распространены в строительстве следующие виды деревянных конструкций и элементов.
Основные виды деревянных конструкций применяемых в строительстве
- Настил, подшивка, обшивка и обрешетка — сплошной или зазорами ряд досок, соединенных гвоздями.
- Щиты — крупные сборные части настила, обшивки, подшивки или обрешетки, соединенные поперечинами и раскосами;
- Панели настила или обшивки из дощатого каркаса, обклеенного водостойкой фанерой;
- Цельные балки из досок, брусьев или бревен на ребро;
- Составные балки, склеенные из досок или сплоченные из бревен и брусьев;
- Прогоны — многопролетные балки из бревен, брусьев или двойных досок на ребро;
- Цельные стойки из бревен или брусьев;
- Составные стойки, склеенные из досок или сплоченные из брусьев и бревен;
- Шпренгели из балок, подкрепленных стальными тяжами;
- Арки, соединенные затяжками или поставленные прямо на опоры;
- Фермы из цельных или клееных стержней;
- Наслонные стропила из балок, стоек и подкосов;
- Подкосные системы из стоек и ригелей с подкосами;
- Рамы из стоек и ригелей.
В отдельных случаях успешно применяются также более сложные виды деревянные конструкции — своды, купола, мачты, башни, оболочки. Пролеты деревянных конструкций в большинстве случаев не превосходят 12-25 м, но иногда достигают 100 м и более.
Преимущества разнообразных видов деревянных конструкций в строительстве
Преимущества деревянных конструкций весьма значительны. Строительство из дерева хорошо обеспечено материалами. Наша страна богата лесами, и древесины заготовляется достаточно для возведения нужного количества деревянных зданий и сооружений; химическая промышленность выпускает достаточно клеев для их склеивания. Обеспечено деревянное строительство и металлом для соединений.
Прочность всех видов деревянных конструкций вполне достаточна для выдерживания больших нагрузок, действующих на покрытия, мосты и эстакады. Вес деревянных конструкций значительно меньше веса конструкций из железобетона и камня. Они не нуждаются в массивных опорах и фундаментах. Легкие сборные деревянные конструкции могут доставляться в самые отдаленные районы страны.
При изготовлении различных видов деревянных конструкций не встречаются какие то затруднения и не требуется спец оборудования: деревянные элементы легко обрабатываются и отлично склеиваются.
Простые конструкции из дерева легко изготовить непосредственно на стройплощадке с помощью простейших ручных и электрических инструментов и простых соединений не болтах и гвоздях.
Легкие виды деревянных конструкций имеют малую теплопроводность и хорошо защищают помещения от наружной температуры (жары или холода), лучше сопротивляются разъедающему действию многих химических веществ, чем металл и бетон, и поэтому успешно используются в химическом строительстве.
На повторяющиеся и динамические нагрузки деревянные конструкции тоже работают лучше других материалов и поэтому успешно служат в мостах и меньше страдают от землетрясений.
Существенные недостатки всех видов деревянных конструкций
Древесина при неправильном применении загнивает, превращается в рыхлую бурую массу и деревянные конструкции разрушаются.
Древесина — это органический материал, сгорающий при высокой температуре. Неправильно изготовленные и незащищенные деревянные конструкции загораются при пожаре и распространяют пламя.
Древесина из-за своей пористости содержит влагу, количество которой меняется. Поэтому меняются и параметры габаритов — размеров деревянных элементов; они коробятся и трескаются.
Жесткость и твердость древесины невысоки. Поэтому деревянные конструкции прогибаются под нагрузкой больше, чем металлические. Малая твердость древесины поперек волокон приводит к ее смятию в месте приложения нагрузки.
Все виды деревянных конструкций имеют и другие недостатки, но при правильном проектировании они не уменьшают надежности деревянных конструкций.