Клееные деревянные конструкции

В строительстве используют клееные деревянные конструкции двух видов: несущие и ограждающие.

Несущие конструкции являются многослойными, то есть склеенными из слоев древесины.Иногда их усиливают путем вклеивания металлической или пластмассовой арматуры.Такие конструкции называются армированными.Существуют комбинированные конструкции, состоящие из слоев массивной древесины, склеенных с фанерой.

Чаще всего это конструкции двутаврового или коробчатого сечения, верхний или нижний пояса которых состоят из древесины, а вертикальная стенка -из плоской или волокнистой фанеры.Ограждающие конструкции чаще всего представляют собой деревянный каркас с приклеенными к нему с одной или двух сторон обшивками из фанеры или других плитных материалов.

Рисунок-1. Сечение клееных деревянных балок

а-сплошное прямоугольное; б-соответственно двутавровое с клееной фанерой и клеенными деревянными стенками; в-двутавровое с волнистой стенкой; г-коробчатое ; д-коробчатое с волнистыми стенками.

Внутреннюю полость таких конструкций при необходимости заполняют утеплителем. Большое распространение в строительстве нашли несущие конструкции. Весьма условно клееные конструкции можно разделить на две группы: массового и индивидуального применения.К несущим конструкциям относят плоскостные конструкции -балки, арки, рамы, фермы и пространственные -оболочки, купола и т.п.

Читай также, производство КДК

Балки -наиболее простой тип конструкций; процесс изготовления их может быть максимально механизирован. Клеенные балки имеют различные очертания и формы поперечного сечения (смотри рисунок-1). Высота сечения назначается не менее 1/15 пролета. Балки сплошного сечения состоят из слоев массивной древесины, склеенных по пласти.Балки двутаврового и коробчатого сечений изготовляют с плоскими и волнистыми стенками, применяя для плоских стенок многослойную клееную древесину или фанеру а для волнистых-только фанеру.

Полки и ребра жесткости изготовляют из массивной древесины. В отдельных случаях для небольших пролетов( до 10 м) в двутавровых балках и стенку, и полки делают из фанеры. Рекомендуется путем предварительного выгиба придавать балкам строительный подъем примерно равный 1/200 пролета.Расход материалов на такие балки приведен в таблицу-1.

Таблица-1.Расход основных материалов на клееные балки с волнистой фанерной стенкой

Наибольшее применение в строительстве находят многослойные балки, чаще всего сплошного прямоугольного сечения.При больших пролетах зданий иногда балки используют в качестве прогонов.Например, при строительстве выставочного павильона в Сокольниках ( Москва) применены балки -прогоны длиной-6 м в сочетании с металлодеревянными фермами.

К балочным можно отнести клееные прогоны и связи. На некоторых объектах, например складах минеральных удобрений, эти конструкции составляют до 30 % и более от общего объема клееных конструкций.В строительстве также применяют колонны стойки и другие виды клееных конструкций, которые отличаются от балок по статической схеме, однако аналогичны им по форме и процессу изготовления.

В частности, колонны используют в качестве элементов торцевого фахверка складов минеральных удобрений.В нашей стране в меньшем объеме, чем многослойные, используют балки с волнистой фанерной стенкой. Однако благодаря малой массе эти конструкции рациональны в сельскохозяйственных зданиях, временных сооружениях и других.

На основе балок с волнистой стенкой были разработаны различные конструкции, а также оборудование и технологию их изготовления.Балки состоят из двух полок, выполненных путем склеивания по длине заготовок из массивной древесины, в которых выбирают волнообразные пазы клиновидной формы. В пазы на клею запрессовывают фанерную стенку, продольные кромки которой имеют клиновидное сечение. Волнистая форма стенки придает балке достаточную устойчивость.

Деревянные арки

Арки-это один из наиболее распространенных видов клееных несущих конструкций.Широкое распространение в нашей стране при строительстве производственных сельских зданий получили треугольные арки пролетом 12 и 18 м, состоящие из клееных прямолинейных верхних поясов и металлической затяжки.

Стрельчатые арки ( рис-4) широко используют для строительства складов минеральных удобрений, расположенных в местах добычи калийных солей( пролетом 45 м) и в местах их применения( пролетом 18 и 24 м). Арочные конструкции применяют также в зрелищных и спортивных зданиях и сооружениях. Металлодеревянные треугольные двухшарнирные арки ( рисунок-3) полной заводской готовности разработаны ЦНИИЭПсельстроем  и ЦНИИСКом им. В. А. Кучеренко. Они состоят из двух  прямолинейных  деревянных элементов, соединенных в коньке на клеевой зубчатый стык.

Рисунок-2. Схемы клееных дощатых арок

а-арка кругового очертания(l=12…30 м, f=1/6l); б-стельчатые (l=30…80 м,f=1/2…1/3l).

Прямолинейные элементы набирают из досок толщиной не более 33 мм, которые склеивают резорциновыми клеями. В коньке стержни запрессовываются посредством специального зажимного устройства. Стальные затяжки выполнены из двух тяжей арматурой стали класса А-III. В средней части пролета их стягивают муфтой. Стальные подвески предназначены для ликвидации провисания элементов затяжки при транспортировке в монтажных работах.

Рисунок-3. Арка металлодеревянная треугольная двухшарнирная:

1-зубчатый шип

Опорный узел запроектирован в виде стального башмака, в упорную пластину которого опирается клееный деревянный элемент. К стальному башмаку с двух сторон приваривают тяжи затяжки. Металлодеревянные  треугольные двухшарнирные арки предназначены для покрытий производственных зданий пролетом 12 и 18 м при шаге несущих конструкций 3 и 6 м.

Рисунок-4. Конструкции деревянных арок

 

а-арки без затяжек; б-арки с затяжками; в-сквозные арки; 1-треугольная; 2-пятиугольная ( арка для складов минеральных удобрений); 3-стрельчатая; 4-сегментная;

Арки рассчитаны для применения во всех климатических районах страны.Элементы конструкций изготовляют и укрепляют на заводе -изготовителе.На строительную площадку арки поступают полной заводской готовности и монтаж их ведут традиционными средствами.Замена трехшарнирных арок по серии I.860-6 на двухшарнирые позволяет снизить расход древесины на конструкцию на 0,33 м³( 18,2%); стали-на 81 кг(28,2%); трудоемкость монтажа -на 12,41 чел-ч( 32,2%).

Рамные конструкции

Рамные конструкции могут иметь различное очертание.Чаще всего их используют в однопролетных зданиях.Рамы состоят из стойки и ригеля чаще всего сплошного прямоугольного,реже двутаврового или коробчатого сечения.Высоту сечения изменяют в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Она достигает максимума в месте перехода от стойки к ригелю. Этот переход осуществляют плавно или по ломаной линии. В первом случае стойку и ригель изготовляют совместно путем изгиба многослойного пакета в процессе запрессовки ( гнутоклееные рамы).Во втором -отдельно и затем соединяют при помощи зубчатых или иных соединений ( рамы из прямоугольных элементов).

В качестве несущих конструкций для складов минеральных удобрений ЦНИИЭПсельстроем совместно с ЦНИИСКом им. В. А. Кучеренко разработаны чертежи трехшарнирных клееных деревянных рам пролетом 24 м, которые состоят из двух гнутоклееных деревянных элементов, соединенных в коньковом узле с помощью металлического шарнирного соединения и двух дополнительных металлических пластинок с отверстиями под болты.Рамы предназначены для применения в каркасах прирельсовых складов емкостью 3,5…20 тыс.т. Они имеют прямоугольное сечение и состоят из слоев древесины шириной 120 мм, которые склеиваются по пласти. высота сечения рам принята кратной толщиной одного слоя равной 33 мм.
Рамы рассчитаны на нормативные ветровые нагрузки 2,7; 3,5; 4,5; 5,5 МПа; нормативные снеговые нагрузки 5; 7; 10; 15; 20 МПа( технологические нагрузки указываются в рабочих чертежах). Для их изготовления используют пиломатериалы хвойных пород ( сосна, ель).

Для получения определенной длины заготовок отдельные слои сращивают зубчатым соединением. Клееные деревянные рамы устанавливают с шагом 4,5 м.Фундаменты под них запроектированы в двух вариантах -из сборного и монолитного железобетона.Рамы относятся к категории сгораемых конструкций и могут применяться в зданиях III-IV степеней огнестойкости. ЦНИИЭПсельстроем разработан технический проект прирельсового склада минеральных удобрений емкостью 5000 т с применением деревянных клееных рам по серии I.820.9-1 и пневматической системой загрузки склада.

Применение этих рам в качестве несущих конструкций по сравнению со стрельчатыми арками по серии I.863-3 дает снижение расхода древесины на конструкцию 9…15 %, на секцию ( с учетом прогонов и галереи) на 1 м²  перекрываемой поверхности 6…10%). Трехшарнирные рамы собирают из двух полурам. В отечественной практике наибольшее распространение получили гнутоклееные рамы.Г-образные элементы ( полурамы0 используют также в консольных навесах, шатровых сооружениях и т.п. В отечественной практике наибольшее распространение получили гнутоклееные рамы.

Их выпускают многие предприятия страны.Эти конструкции используют при строительстве птицеводческих и животноводческих зданий, складов и спортивных сооружений.Однако пролеты зданий с такими конструкциями пока не превышают 18…21 м. В производственных зданиях используют рамы из прямолинейных элементов.Чаще всего ригель со стойкой соединяют в заводских условиях при помощи зубчатых соединений и несколько реже -при помощи фанерных накладок.Так как транспортирование Г-образных полурам, особенно больших пролетов, затруднительно, изготовление стойки и ригеля осуществляется на заводе а соединение их -на месте строительства при помощи расположенных по кольцу болтов.

ЦНИИЭПсельстроем совместно с ЦНИИСКом им. В.А. Кучеренко разработаны рабочие чертежи рам из прямолинейных элементов с нагельным соединением ригеля и стойки в карнизном узле ( рисунок-). Рамы пролетом 12 и 18 м и с шагом 3,4,5 и 6 м предназначены для применения в каркасах сельских производственных зданий различного назначения.Высота стоек 3; 4,2; 5,4; 6,6 м.Рамы запроектированы под унифицированные расчетные нагрузки 4,5; 5,0; 7,5; 10,5 кН/м. Применение рам с нагельным соединением позволяет расширить область применения рамных конструкций, в том числе в складах минеральных удобрений, снизить расход клееной древесины на 5…10 % по сравнению с рамами по серии I.822.5-4, а также сократить транспортные расходы на 5-12 %.

 

Деревянные фермы

Фермы с элементами из клееной древесины нашли несколько меньшее распространение в строительстве, чем арки и рамы, что объясняется большой трудоемкостью изготовления этих конструкций. Наиболее распространены треугольные фермы двускатные и односкатные, а также фермы с параллельными поясами и раскосно-стоечной или раскосной решетками.Металлодеревянные треугольные фермы состоят из двух шпренгельных элементов, шарнирно соединенных в коньковом узле.

Рисунок -5. Рамы из прямолинейных элементов с нагельным соединением:

1-нагели диаметра 20

Конструктивное решение опорных узлов позволяет применять фермы под любые нагрузки, что значительно расширяет их область применения. Трудоемкость и металлоемкость узлов ферм снижается. Раздельная статистическая работа шпренгельных элементов и стальной затяжки позволяет при одинаковом расходе древесины снизить расход металла в среднем на 10% по сравнению с типовыми фермами. В таблицу- приведено сопоставление ферм по сериям I.863-2 и I.863.9-5 под нагрузкой 4,5…21 кН/м для шага 3 и 6 м.

Таблица -2. Сравнительные технико-экономические показатели металлодеревянных ферм

 

Ограждающие конструкции

В качестве ограждающих конструкций массового применения изготовляются панели и покрытия размером 3,0 х 1,5 м с обшивками из фанеры. разработаны также плоские панели стен и покрытий размером 6,0 х 1,5 м. В качестве продольных ребер в таких панелях используют клееные многослойные элементы, в том числе с фанерной волнистой стенкой, гнутые фанерные швеллеры и другие. Возможно также применение панелей криволинейного очертания.Примером таких панелей могут служить покрытия транспортных галерей калийных комбинатов.

Пролет их 4,7 и 8,3 м. каждую секцию покрытия шириной 1,5 м собирают из двух криволинейных монтажных панелей -оболочек размером 1,5 х 3,8 м. Одним концом панели крепят к опорным конструкциям транспортной галереи, а другим -стыкуют в коньковом узле. К клееным можно отнести трехслойные панели с обшивками из древесных материалов ( фанеры, древесно-стружечных и волокнистых плит) и средним слоем из ненопласта, вспениваемого непосредственно в полости панели.

Для увеличения несущей способности панели имеют деревянный каркас. Обшивки соединены со средним слоем при помощи клеев. Эти панели панели используют в качестве перегородок и стенок панелей малоэтажных и сборно-разборных домов.Панели указанного типа отличаются небольшой удельной массой, малой теплопроводностью, достаточной долговечностью.В практике отечественного строительства широкое распространение нашли асбестоцементные панели размером 3 х 1,5 и 6 х 1,5 м, состоящие из деревянного каркаса к которому шурупами крепят обшивки ( у стеновых панелей с двух сторон, у плит покрытий с одной ) из плоских асбестоцементных листов.

Хотя эти конструкции нельзя отнести к клееным, часто их изготовление осуществляют на предприятиях клееных деревянных конструкций(КДК).Это объясняется тем, что элементы каркаса панелей выполняют клееными, используя склеивание по длине на зубчатом соединении, реже -склеивание по ширине.ЦНИИЭПСельстроем разработаны чертежи стеновых панелей на деревянном каркасе с обшивками из плоского асбестоцементного листа длиной 6 м, типа АСД. В основе конструкции панели ( смотри рисунок)-деревянный каркас из досок сечением 150 х 40 или 150 х 50 мм ( в зависимости от ветровой нагрузки на панель).

Несущие ребра каркаса имеют горизонтальное расположение.Внутренняя обшивка панели крепится непосредственно к горизонтальным и вертикальным элементам каркаса шурупами, наружная -посредством специальных бобышек толщиной 50 мм, которые образуют воздушный ( вентиляционный) зазор между наружной обшивкой и слоем утеплителя-минераловатной плиты на синтетическом связующем.В качестве пароизоляции используют полиэтиленовую пленку толщиной 0,2 мм. Ширина панели в зависимости от разрезки фасада здания может быть 0,6; 0,9 и 1,5 м.

Рисунок-6. Стеновая панель на деревянном каркасе с асбестоцементной обшивкой длиной 6 м.

1 – асбестоцементные листы; 2 — крюк; 3 — столик; 4 — стальной ригель; 5 — деревянный ригель; 6 — шуруп; 7 ,8 — шайбы; 9 — пенопласт; 10 — деревянный каркас;

11 — минераловатные полужесткие плиты

Рабочие чертежи предусматривают для панелей, на которые приходится большая вертикальная нагрузка, усиление в виде наклонных металлических тяжей, образующих совместно с деталями каркаса ферму, работающую в плоскости панели. Панели прошли испытание в лаборатории КДК ЦНИИЭП-сельстроя. Основные данные по стеновым панелям различных марок приведены в таблицу.

Таблица-3. Ограждающие конструкции КДК

По сравнению с аналогом ( панель марки АСД-6, серии I.832-1,вып. 3) новая конструкция стеновых ограждений на основе панели марки АСД-1 (1,5 х 6 м) дает снижение массы конструкций до 6% и экономию пиломатериалов 26 %. ЦНИИЭПСельстроем совместно с Вельским заводом КДК разработана конструкция сборного двухпролетного клееного блока покрытия ББП-12-3 длиной 12 м, работающего по неразрезной схеме. Цель разработки -совершенствование конструкций сборных покрытий в целях снижения материалоемкости, увеличение их технологичности с учетом специфики производства заводов КДК, оснащенных импортным технологическим оборудованием.

Блоки предназначены для применения в сборных покрытиях сельских производственных зданий, расположенных в отдаленных и труднодоступных районах, исключающих бездефектную транспортировку крупноразмерных ограждающих конструкций полной заводской готовности с асбестоцементными обшивками.Обширную группу пространственных конструкций составляют конструкции -так называемые купола и своды. Геометрическая форма большинства этих конструкций образована поверхностью вращения вокруг горизонтальной оси ( цилиндрические своды и оболочки) и вокруг горизонтальной и вертикальной осей (сферические купола).Цилиндрические своды могут быть распорными, опирающимися на продольные стены или по контуру , и безраспорными , опирающимися на торцевые стены, столбы и диафрагмы.

Пересечением цилиндрических сводов образуется крестовые своды-безраспорные конструкции, опирающиеся преимущественно на колонны, и сомкнутые своды -квадратные или шестиугольные в плане, опирающиеся преимущественно по периметру ( смотри рисунок). Технические характеристики пространственных покрытий приведены в табл-4

Рисунок -7. Основные схемы пространственных деревянных конструкций в покрытиях:

а-сферический купол-оболочка; б-сомкнутый свод-оболочка ( квадратный в плане); в—то же, многоугольный в плане; г-кружально-сетчатый цилиндрический свод; д-кружально-сетчатый сферический купол; ж-то же, квадратный в плане ; з-кружально-сетчатый свод; е-кружально-сводчатый сомкнутый ( многоугольный в плане)

По конструктивному исполнению своды и купола подразделяются на сплошные тонкостенные, образуемые слоями досок или фанеры, ребристые, опирающиеся на арки, и кружально-сетчатые, собираемые из стандартных косяков. Применение косяков и других сборных элементов позволяет в большей степени индустриализовать изготовление пространственных конструкций.Особую группу составляют купола, образуемые пересечением в замке трехшарнирных арок и рам, опирающихся непосредственно на фундаменты и стены. Такие конструкции, пространственные по форме, рассчитывают как плоские.

В последнее время предложены конструкции пространственных покрытий двоякой кривизны с поверхностью параболоида, эллипсоида, гиперболоида, гиперболического параболоида.Создание таких конструкций стало возможным благодаря усовершенствованным способам склеивания древесины. Безраспорный цилиндрический свод, опирающийся на торцевые стены, работает как балка корытообразного сечения. Для того чтобы обеспечить неизменяемость расстояния между продольными растянутыми кромками, их закрепляют от горизонтальных смещений специальными фермами или делают ребра жесткости, устанавливая их с шагом 2…6 м.

Таблица-4. Техническая характеристика пространственных покрытий

Собственно свод состоит из трех дощатых настилов -одного продольного и двух косых; доски в них скреплены гвоздями и болтами. недостатки такой конструкции -податливость соединений и значительная деформируемость перекрытия. Более жесткое покрытие образуется при склеивании досок настила.Тонкостенные цилиндрические своды применяют при строительстве складов, ангаров выставочных и спортивных сооружений. Кружально-сетчатый цилиндрический свод образуется из стандартных косяков, устанавливаемых по двум взаимно пересекающимся ломанным линиям.

Косяки соединяют между собой на врубках или при помощи болтов.Чем шире косяки, тем больший пролет можно перекрыть кружально-сетчатым сводом.В связи с ограниченной шириной целых досок косяки для большепролетных сводов делают клееными или из фанерных щитов. В этом случае могут быть получены своды пролетом до 80 м.