Конструкции из дерева


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.

Деревянные конструкции. Общие сведения о конструкциях из дерева

Раздел V. Деревянные конструкции

Глава 20. Общие сведения о конструкциях из дерева

20.1 Область применения. Достоинство и недостатки деревянных конструкций. Лесоматериалы.

Конструкции из дерева относятся к классу легких строительных конструкций, применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.

Современные деревянные конструкции это клееные конструкции. Они обладают малой трудоемкостью изготовления на высокомеханизированных предприятиях.

Конструкции из цельных элементов применяют для балок небольших пролетов, стоек, рам.

Строительные конструкции изготавливают обычно из хвойных пород древесины – сосны, ели, лиственницы, пихты, кедра. Эти породы характеризуются хорошими механическими свойствами, большой стойкостью против гниения благодаря смолистости. Твердые лиственные породы (дуб, бук, граб и др. ) применяют для изготовления мелких деталей – нагелей, шпонок, прокладок и др.

Березу используют для изготовления строительной фанеры. Мягкие лиственные породы ( осина, ольха, тополь и др. ) применяют для временных конструкций, вспомогательных сооружений, для опалубок.

Область применения деревянных конструкций зависит от их экономической эффективности, которая определяется на основании сравнения вариантов различных конструктивных решений.

Деревянные конструкции применяют:                                                                                 1. В плоскостных сплошных конструкциях цельного сечения – настилы (рис. 20.1 ), обрешетка (рис.20.2), стропила,  прогоны, стойки, балки (рис.20.3), трехслойные клеефанерные панели (рис20.4); клееные балки – дощатые (рис.20.5) и клеефанерные (рис.20.6), дощатоклееные колоны (рис20.7), распорные системы с клееными элементами, дощатоклееные арки и рамы (рис.20.8);                                                                                                                                                  

2. В плоскостных сквозных конструкциях – сегментные клееные фермы и  многоугольные брусчатые фермы, треугольные фермы (рис.20.9), шпренгельные системы, дощатые фермы и рамы с соединениями на металлических зубчатых пластинах, решетчатые распорные системы;

3. Пространственные конструкции покрытий – распорные своды, складки (рис.20.10). 

Достоинства древесины как материала конструкций:

·  относительная удельная прочность (отношение расчетного сопротивления к плотности) R/ρ, близкая к удельной прочности стали;

·  легкость определяется небольшой плотностью древесины всего 500 кг/м3, что позволяет  выполнять конструкции пролетом более 100м;

·  малая теплопроводность, поэтому древесину можно использовать как в несущих конструкциях, так и как изоляционный материал;

·  химическая стойкость, так в агрессивных средах древесина более долговечна метала и железобетона;

·  простота обработки и изготовления конструкций;

·  малое значение коэффициента линейного расширения от тепла вдоль волокон позволяет в деревянных зданиях и сооружениях отказаться от устройства температурных швов;

·  склеивание водостойкими синтетическими клеями, благодаря этому изготавливаются клеедеревянные элементы крупных сечений, больших длин и различных форм – гнутых, ломаных и др.

Недостатки древесины:

·  низкая огнестойкость, деревянные конструкции являются сгораемыми, однако элементы крупных сечений имеют предел огнестойкости выше некоторых других конструкций, например металлических. Кроме того они могут быть защищены от возгорания  специальными покрытиями;

·  загниваемость и поражение древоточцами (низкая биостойкость) при неправильном применении и эксплуатации, в результате длительного увлажнения. Современные конструкционные и химические методы защиты от гниения и биовредителей, обеспечивают их сохранность при многолетней эксплуатации;

·  гигроскопичность и ее следствие – усушка, разбухание, коробление и растрескивание, определяется влажностью древесины. Степень влажности значительно влияет на качество деревянных конструкций и строго ограничивается в зависимости от условий их изготовления и эксплуатации;

·  неоднородность строения древесины (анизотропность) определяется наличием естественных пороков (сучки, косослой, гниль, червоточина, трещины). Величина и расположение пороков определяют сорт древесины (1,2,3). Требования к древесине каждого сорта содержится в ГОСТах;

Деревянные конструкции выполняются из лесоматериалов хвойных и лиственных пород, которые делятся на круглые – бревна, пиленные – пиломатериалы и строительную фанеру (рис.20.11).

Круглые лесоматериалыы. Согласно ГОСТ подразделяются на мелкие, средние и крупные. К мелким относятся лесоматериалы толщиной      6 .. 13 см (для лиственных пород 8…13 см), к средним – толщиной 14…24 см и крупным – 26см и более, длинной до 6,5м. Толстые короткие лесоматериалы (длиной 2..2,5м), преимущественно лиственных пород, предназначенные для выработки специальных изделий (фанеры).

          Полная характеристика лесоматериалов по ограничению пороков древесины приводится в ГОСТ (“Лесоматериалы круглых хвойных пород”).

Современные деревянные конструкции в строительстве | ДОМ ИДЕЙ

Клееный брус - современный деревянный строительный материал с уникальным свойствами. По теплотехническим и звукоизоляционным характеристикам клееный брус превосходит цельную древесину, а по конструктивным возможностям создает серьезную конкуренцию основным строительным материалам - стали, бетону и кирпичу.

Короткие сроки и простота возведения

Клееный брус производится из специальной доски, отбракованной и отделенной от пороков, и используется не только для частных жилых домов, но и в промышленных и административных зданиях и конструкциях. Конструктивные особенности этого материала позволяют заново пересмотреть возможности архитекторов и строителей при возведении сооружений любых типов.

Сроки строительства напрямую влияют на стоимость возведения здания. В случае с частным домом дело не только в расходах, но и в том, что полный цикл строительства укладывается в сезон. Возведение домов под ключ по другим технологиям в большинстве случаев занимает больше одного, зачастую не менее двух лет. При возведении производственных и общественных объектов каждый дополнительный день, затраченный на возведение здания, несет прямые издержки и недополученную прибыль. Чем быстрее сооружение будет сдано, тем быстрее оно начнет выполнять свою функцию и окупаться.

Конструкции из дерева в 17 раз легче металлических, что особенно значимо при больших габаритах. Плотность стали 7870 кг/м3 против 450 кг/м3 у сосны. Это позволяет использовать для перемещения и сооружения из них конструкций транспортную технику и краны с меньшей грузоподъемностью.

Долговечность деревянных конструкций

По долговечности клееный брус превосходит цельную древесину. Особая технология «сборки» бруса (расположение древесных волокон частей бруса в разных направлениях) позволяет ему меньше подвергаться деформации при изменениях уровня влажности и температуры, что продлевает срок его эксплуатации.

Помимо этого, дерево обладает очень хорошей стойкостью к агрессивным химическим воздействиям – например, солей, кислот, щелочей. Без постоянной дорогостоящей защиты этим достоинством не обладают ни железные, ни железобетонные конструкции, которые относительно быстро разрушаются в агрессивных средах. К тому же, достаточно разрушительным является и сам воздух – под действием кислорода все материалы подвержены окислению. Именно этим объясняется то, что в Европе при строительстве бассейнов и аквапарков (где есть и воздух, и вода, и хлор) в первую очередь применяется клееный брус. В отличие от железа, которое под действием воды и воздуха ржавеет, невзирая на защитные меры. Окисление древесины происходит медленно, практически незаметно и без какого бы то ни было урона для несущих свойств конструкции, древесина, несмотря на горючесть, имеет больший предел огнестойкости, чем другие материалы.

Дерево уникально еще и тем, что это единственный материал, который продлевает жизнь сам себе – просто при использовании исключительно древесины, без других материалов. Именно поэтому самая оптимальная конструкция с точки зрения долговечности – это конструкция, соединенная без крепежа, то есть «дерево в дерево», посредством множества вариантов – нагель, шип, ласточка, зуб и т.п. Металлический крепеж в древесине приводит к конденсату влаги и разложению дерева – без него дерево служит в несколько раз дольше. Помимо того, что крепление «дерево в дерево» продлевает срок службы деревянного строения, оно также ускоряет темпы сборки конструкции и позволяет сэкономить на крепеже.

  1. Зуб
  2. Ласточка

  3. Косая ласточка

  4. Паз / шип

  5. Косой паз / шип

  6. Чашка с ветровым замком

Благодаря составной (клеевой) технологии изготовления клееный брус фактически не имеет ограничений по своим размерам. Склеивать ведь можно, по сути, сколько угодно – поэтому и длина элемента конструкции может быть практически любого необходимого размера.

Фахверк - это пространственный стоечно-балочный каркас из деревянных элементов (в настоящее время нью-фахверк - клееных или этнический фахверк - с полным повторением старых технологий).

Каркасная система из клееной древесины имеет низкую емкость материала на квадратный метр полезной площади здания, порядка 6-9 м2 на кубометр материала. Применение заводских обработок “дерево в дерево” существенно снижает затраты на крепеж. Возможность встраивать стеклопакеты в несущие конструкции, позволяет экономить на витражных и оконных конструкциях. Современные системы проектирования и заводское производство с машинными обработками позволяют возводить конструкции, о которых родоначальники фахверка даже не догадывались. Изготовление на роботизированном оборудовании позволяет выполнять сложные обработки и сочленения повышающие прочностные и эксплуатационные характеристики.

Создание большепролетных конструкций, фасадов здания со сложной геометрией, неограниченные возможности по формированию крыш и теплотехнический свойств конструкций - серьезный инструмент в руках талантливого архитектора.

Строительство на различных грунтах

Различные типы грунтов не всегда пригодны для капитального строительства. Существует достаточно большое количество слабых грунтов, на которых возведение зданий является проблематичным. В этом случае приемлемым вариантом строительства также является клееный брус. Не столько из-за малой массы, сколько из-за пластичности древесины и устойчивости целостности конструкции при подвижке фундамента в результате просадки или подмытия грунта.

Часто слабые грунты располагаются в центре города. Во многих городах можно найти пустующие участки в привлекательных районах, застройка которых не ведется из-за особенности грунта. Применение клееного бруса в качестве строительного материала, позволяет возвести высоко рентабельный коммерческий объект – например, магазин, кафе или станцию технического обслуживания на участке со сложным грунтом.

Многократность использования

Клееный брус позволяет многократно монтировать и демонтировать сезонные сооружения, например, кафе на берегу водоема. Простота подобных работ и легкость материала позволяют весной возвести, а осенью демонтировать и складировать конструкции во избежание умышленного повреждения и неблагоприятного воздействия погоды. В отличие от металлических, поврежденные или недостающие элементы также легко ремонтировать, транспортировать и при необходимости заменять.

Вложения, расходы и доходы

Стоимость строительства и эксплуатации – главнейший критерий при возведении любого объекта. Описанные конструктивные особенности сооружений из клееного бруса позволяют сократить расходы за счет коротких сроков возведения, прочности, легкости и мобильности здания, низких эксплуатационных и амортизационных расходов.

Доходность объекта, в свою очередь, может быть обеспечена за счет архитектурных возможностей. Эстетическая привлекательность и оригинальность формата - залог успеха заведения, например, гостиницы, галереи или кафе.

Деревянные и пластмассовые конструкции в зданиях и их классификация

Статья добавлена в Марте 2015 года

            0

Конструкции, выполняемые из дерева или с применением пластмасс, подразделяются на несущие и ограждающие. Могут быть и промежуточные их формы. Несущие конструкции воспринимают различные нагрузки и подвергаются статическому расчету. Ограждающие конструкции отделяют производственные или жилые помещения от внешней среды и рассчитываются на ее воздействие. В зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации выделены следующие группы деревянных конструкций:
  • группа А1 — внутри отапливаемых помещений производственных, общественных и жилых зданий с относительной влажностью воздуха W = 60%;
  • группа А2 — внутри отапливаемых помещений производственных зданий с W до 75%;
  • группа АЗ — то же, при W = 75%;
  • группа Б1 — внутри неотапливаемых складских зданий без выделения водяных паров;
  • группа Б2 — внутри неотапливаемых животноводческих зданий с выделением водяных паров;
  • группа В — опоры воздушных линий электропередач, связи, осветительных сетей с расчетной температурой ниже минус 40° С;
  • группа Г1 — шахтные крепи, шпалы, опоры, т. е. элементы конструкций, соприкасающиеся с грунтом;
  • группа Г2 — сваи; группа Д1 — градирни;
  • группа Д2 — гидротехнические сооружения.
По форме конструкции делятся на плоские и пространственные. Первые предназначены для работы в своей плоскости (обычно — вертикальной) и воспринимают чаще всего вертикальные нагрузки (например, вес снега), вторые должны воспринимать нагрузки любого направления (например, ветер). По форме конструкции различают (см. табл. 6): плоские простейшие — балочные, подкосные, шпренгельные, подвесные; плоские сплошные — плиты, панели, составные балки, арки, рамы; плоские сквозные — балочные и арочные фермы, рамы, комбинированные системы; пространственные в покрытиях зданий — своды, купола, складки, гипары, структурные конструкции; сооружения башенного, мачтового и мостового типов (мосты, галереи, эстакады). В зависимости от вида основного материала конструкции бывают:
  • деревянные (в том числе из клееной древесины), в которых из других материалов выполняются лишь детали узлов или неосновные элементы (эти конструкции могут быть безметальными, т. е. не имеющими расчетных стальных частей; соединения выполняются из ФБС и нагелей из ДСП-Б);
  • металло-деревянные, в которых растянутый пояс (обычно — нижний) и другие элементы выполнены из стали, а сжатые и сжато-изгибаемые элементы — из дерева (соединения в узлах металлические);
  • дерево-пластмассовые, в которых растянутые элементы выполнены из высокопрочных конструкционных стеклопластиков (СВАМ, АГ-4С), а сжатые и сжато-изгибаемые — из дерева. Соединения в узлах из КАСТ-В и АГ-4С;
  • клеефанерные, в которых элементы выполнены из древесины и фанеры;
  • пластмассовые, которые выполняют либо целиком из пластмасс (например, оболочки и пневматические конструкции), либо из традиционных материалов со значительным использованием пластмасс.
По производственному признаку различают конструкции:
  • заводского изготовления, выполняемые механизированным способом в оборудованных цехах, удобные для перевозки, легко монтируемые на месте установки;
  • построечного изготовления, выполняемые на месте возведения с применением малой механизации (электроинструментов) или вручную. Способ применим в лесных районах, в местах, удаленных от промышленных центров, при малом объеме работ.
Конструкции применяются большей частью в виде статически определимых систем, наиболее надежных в работе: усилия в них не зависят от деформаций системы. Эти системы имеют меньшее число стержней и опорных креплений, отличаются большей простотой изготовления и монтажа по сравнению с системами статически неопределимыми. В некоторых случаях используются преимущества статически неопределимых систем, в основном — их повышенная жесткость по сравнению со статически определимыми (в неразрезных балках, успешно применяемых в покрытиях; в некоторых простейших системах, неизменяемость которых обеспечивается жесткостью неразрезного прогона). Особенно отчетливо повышенная жесткость статически неопределимых конструкций проявляется в куполах, оболочках и т. п. Наличие или отсутствие распора, значительно влияющего на работу конструкций и их опор, является важной характеристикой. Наиболее распространены безраспорные несущие конструкции. К ним относятся все балки и балочные фермы, а также конструкции с воспринятым распором — арки и трехшарнирные системы с затяжками. К распорным системам относятся: подкосные конструкции без затяжек, стропила с повышенной распоркой, подъемистые арки и рамы, а также своды, работающие без затяжек.

В табл. 6 приведены классификации наиболее распространенных разновидностей несущих и ограждающих конструкций по форме, по основному материалу, способу соединения и способу изготовления. Генеральные размеры несущих конструкций и наиболее характерные технико-экономические показатели (kм.к — коэффициент собственной массы конструкции и kм — коэффициент содержания в ней металла или другого материала) приведены дальше в главах VII, VIII, IX.

В настоящее время в СССР создается мощная производственная база для заводского изготовления несущих и ограждающих клееных деревянных конструкций. Их рекомендуется в первую очередь применять: в зданиях и сооружениях с химически агрессивной средой в отношении стали и железобетона; в производственных и общественных зданиях и сооружениях различного назначения с температурно-влажностным режимом для групп конструкций A1, А2 и Б1. В нашей стране проводятся обширные работы по разработке, исследованию, опытному проектированию и экспериментальному внедрению в практику различных строительных конструкций из клееной древесины. Госстроем СССР утверждены типовые проекты и рекомендованы к экспериментальному строительству клееные деревянные конструкции (табл. 7). Допускается применение конструкций из клееной древесины в одноэтажных производственных зданиях II степени огнестойкости, что значительно расширяет их область применения (СНиП II-2-80).

Понравилась ли вам эта публикация?


Смотрите также