29 января 2017г.
Конструкции из дерева занимают одно из ведущих мест среди легких строительных конструкций. В строительстве применяются два основных типа деревянных конструкций:
· конструкции с элементами из брусьев и досок и податливыми соединениями на нагелях или гвоздях (например, металлодеревянные треугольные сегментные фермы, составные балки);
· клееные конструкции, имеющие в своем составе деревянные клееные элементы заводского изготовления.
Наиболее эффективными считаются клееные деревянные конструкции. К их важнейшим преимуществам можно отнести:
возможность получения монолитных элементов практически любых размеров и форм поперечного сечения, обладающих повышенной несущей способностью, долговечностью и огнестойкостью; высокую эффективность использования материала.
В целях рационального использования высокосортной древесины, повышения жесткости изгибаемых элементов рекомендуется армировать клееные деревянные конструкции металлической или стеклопластиковой арматурой. Это позволяет значительно уменьшить расход древесины, а значит и монтажной массы, повысить качество и надежность деревянных конструкций, которые работают в основном на изгиб и сжатие с изгибом.
Несущие армированные конструкции из клееной древесины нашли применение в самых различных типах зданий и сооружений: зрелищно-спортивных, сельскохозяйственных и складских, мостах и эстакадах, химических цехах. В таких сооружениях зачастую предъявляются весьма высокие требования, поскольку процесс эксплуатации предполагает воздействие перепадов температуры и влажности, агрессивных сред, повторной кратковременной и длительной нагрузок.
Для производства армированных деревянных клеенных конструкций применяется в основном древесина хвойных пород, которая обладает достаточно высокими механическими свойствами, стойкостью к эксплуатационным воздействиям. Что касается выбора металлической и стеклопластиковой арматуры, то для усиления деревянных конструкций необходимо учитывать не только ее прочностные, но и упругие характеристики, поскольку соотношение нормальных напряжений в арматуре и древесине при их нормальной совместной работе зависит от величины отношения их модулей упругости. Наиболее эффективным и целесообразным является армирование стальными стержнями периодического профиля. Такая арматура имеет развитую поверхность сцепления с древесиной по сравнению с гладкой, что обеспечивает более высокую прочность и надежность соединения. Прочностные свойства арматуры влияют на несущую способность целостной комплексной конструкции и должны учитываться при проектировании.
Рассматривая армированные деревянные конструкции как комплексные, необходимо выбирать арматуру с учетом полного использования ее свойств в зависимости от механических свойств древесины. При совместной работе арматуры с древесиной напряжения в арматуре достигают предела текучести прежде, чем исчерпывается прочность древесины. В то же время арматура предотвращает хрупкое разрушение конструкции вследствие того, что даже после полного разрушения древесины в растянутой зоне арматура частично сохраняет несущую способность, хотя она и работает за пределами текучести. Экспериментальные исследования полностью подтверждают этот вывод: даже после разрушения древесины растянутой зоны балки выдерживают нагрузку, составляющую 60-75% величины разрушающей нагрузки, что повышает надежность конструкций.
Армирование деревянных конструкций может выполняться как отдельными стержнями, так и полукаркасами, которые представляют собой продольные стержни рабочей арматуры с приваренными к ним стержнями поперечной арматуры. Поперечные стержни увеличивают надежность сцепления арматуры с древесиной, исключая при этом возможность хрупкого разрушения конструкций от скалывания клеевого шва или древесины в зоне расположения арматуры. В ряде случаев поперечное армирование может выполняться в виде вертикально вклеенных стальных пластин толщиной 2-5 мм, соединенных сваркой с рабочей арматурой после вклеивания стержней. Дополнительно пластины могут иметь сквозную перфорацию, которую выполняют с целью снижения расхода металла и повышения качества склеивания.
В настоящее время наиболее технологичными и широко освоенными являются клееные деревянные конструкции прямоугольного сечения, поэтому их рационально применять и для армированных конструкций. Такая форма сечения ввиду большей массивности по сравнению с другими типами сечений наиболее полно отвечает требованиям долговечности и огнестойкости, которые на сегодняшний день предъявляются к несущим деревянным конструкциям.
Наличие армирования способствует значительному уменьшению габаритов сечений клееных заготовок. Так, высота сечений заготовок армированных конструкций, как правило, становится ниже на 20- 30%, ширина обычно составляет 120-170 мм, а монтажная масса уменьшается на 30-40%. В свою очередь, это позволяет снизить трудозатраты на выполнение заготовок, а также повысить оборачиваемость и производительность прессового оборудования.
Наиболее сложным процессом при изготовлении армированных конструкций является вклеивание арматуры, включающее в себя целый ряд операций. В число основных операций входят следующие: приготовление клеевой композиции; фрезерование пазов для закладывания арматуры по пластям досок; сверление отверстий для поперечных стержней; подготовка арматуры; нанесение клеевой композиции; укладка и запрессовка стержней арматуры или арматурных полукаркасов.
Операции по фрезерованию пазов, укладке и запрессовке арматуры можно выполнять двумя методами. В первом, наиболее трудоемком методе используются заготовки полного габарита, которые необходимо кантовать при двухстороннем армировании и дважды использовать прессовое оборудование. Во втором, более удобном методе можно выделить операции по вклеиванию арматуры и осуществлять их параллельно с другими технологическими процессами. Однако это затрудняет армирование полукаркасами с поперечной арматурой. С конструктивной и технологической точки зрения целесообразно осуществлять армирование конструкций по боковым пластям при ширине сечения до 100-150 мм. Данный вариант армирования позволяет изготавливать конструкции, имеющие составное по ширине сечение. Такая конструктивная система способствует значительному сокращению производственных издержек, поскольку отпадает необходимость в кантовании конструкции при вклеивании стержней с выдержкой в каждой позиции по 10-12 часов. Размещение арматуры внутри составного сечения значительно повышает огнестойкость конструкций. Арматурные стержни, как правило, вклеивают в пазы, расположенные в один ряд по ширине сечения. Форму и размеры паза выбирают, исходя из условий обеспечения надежного склеивания арматуры с древесиной и минимального расхода клеевого состава.
При армировании конструкций полукаркасами, которые представляют собой основную продольную арматуру с приваренными перпендикулярно или под углом к ней поперечными стержнями, в клееной заготовке под поперечную арматуру каркаса сверлятся отверстия диаметром, на 5 мм превышающим наружный диаметр стержня, а боковые отверстия диаметром 3-5 мм для выдавливания воздушных пробок и избытка клея. При запрессовке клееного пакета с армированными элементами качество склеивания увеличивается вследствие равномерного распределения давления по длине заготовки. В свою очередь такой характер распределения давления достигается за счет небольшой деформативности армированного элемента под сосредоточенными грузами запрессовочных устройств.
Для повышения огнестойкости и долговечности конструкций арматуру необходимо защищать доской толщиной не менее 25 мм, наклеиваемой поверх стержней или вкладышем в глубокий паз поверх арматуры. Из довольно богатого ассортимента выпускаемых промышленностью клеев, таким требованиям отвечают только эпоксидные, фенолформальдегидные и полиуретановые композиции. При выборе клеевой композиции для соединений в армированных конструкциях следует учитывать, что на смену некоторым традиционным компонентам, входящим в состав вышеперечисленных клеевых композиций, приходят новые, свойства которых повышают технологичность и качество клеевых соединений.
Результаты экспериментально-теоретических исследований и опытное строительство свидетельствуют о том, армированные деревянные клеенные конструкции по сравнению с неармированными обладают большими в 2-3,5 раза несущей способностью и в 1,8-3 раза жесткостью. При этом они сокращают расход древесины в 1,8-2,1 раза, что позволяет значительно уменьшить массу конструкций. Все эти преимущества способствуют уменьшению трудоемкости изготовления, объема здания, а значит и затрат на ограждающие конструкции и отопление.
Список литературы
1. Рощина, С. И. Армирование – способ повышения надежности и долговечности деревянных конструкций / С. И. Рощина // Известия высших учебных заведений. Леснойжурнал.– 2008. – №2. – С. 71-75.
2. Рощина, С. И. Армированные деревянные конструкции / С. И. Рощина, М. С. Сергеев, А. В. Лукина // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2013. – №4. – С. 80-85.
3. Щуко В.Ю. Клееные армированные деревянные конструкции / В.Ю. Щуко, С.И. Рощина // Учебное пособие. Владимир, ВлГУ, 2008. – 82 с.
