Конструкции из дерева и пластмасс


Ю. В. Иванов
















КОНСТРУКЦИИ ИЗ ДЕРЕВА И ПЛАСТМАСС

Учебное пособие


















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 624.011.1+624.011.78 (07)
ББК 38.55+38.56я73
     И20



Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительного производства Липецкого государственного технического университета, В. В. Михайлов;
доктор технических наук, профессор кафедры строительного производства Липецкого государственного технического университета Б. А. Бондарев





     Иванов, Ю. В.

И20       Конструкции из дерева и пластмасс : учебное пособие / Ю. В. Ива-
     нов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 596 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0808-0


     Дана общая характеристика древесины и конструкционных пластмасс с описанием строения и физико-механических свойств. Приведена классификация полимеров. Рассмотрено влияние основных факторов на свойства древесины и особенности работы под нагрузкой. Приведен сортамент пиломатериалов и синтетических полимеров. Представлены положения по расчету элементов на основные виды напряженного состояния. Освещены вопросы обеспечения пространственной устойчивости плоских несущих конструкций.
     Для студентов строительных направлений подготовки.

                                         УДК 624.011.1+624.011.78 (07)
                                         ББК 38.55+38.56я73








ISBN 978-5-9729-0808-0

     © Иванов Ю. В., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

    ОГЛАВЛЕНИЕ



ПРЕДИСЛОВИЕ................................................................7
ВВЕДЕНИЕ...................................................................9

1. ДЕРЕВО КАК СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ.......................................41
     1.1. Лесные ресурсы и породы строительной древесины в России.........41
     1.2. Строение древесины. Естественные пороки древесины. Анизотропия свойств.44
     1.3. Влага в древесине и свойства, связанные с её изменением.........49
     1.4. Физические свойства древесины и влияние на них ее строения, влажности и температуры......................................................52
     1.5. Механические свойства древесины и влияние на них ее строения, влажности и температуры......................................................54
     1.6. Длительное сопротивление древесины внешним силовым воздействиям.60
     1.7. Сортамент лесо- и пиломатериалов и древесные материалы..........62

2. КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПЛАСТМАССЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.......................66
     2.1. Пластмассы как конструкционные материалы........................66
     2.2. Основные виды конструкционных пластмасс, их физико-механические свойства и области применения.......................................68

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ......................................................................74
     3.1. Метод расчета по предельным состояниям..........................74
     3.2. Нагрузки и воздействия..........................................77
     3.3. Нормирование расчетных характеристик древесины..................78

4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЕТУ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СПЛОШНОГО СЕЧЕНИЯ.............................................82
     4.1. Центральное растяжение..........................................82
     4.2. Центральное сжатие..............................................83
     4.3. Поперечный изгиб................................................86
     4.4. Косой изгиб.....................................................91
     4.5. Расчет элементов на сложное сопротивление.......................94
       4.5.1. Растяжение с изгибом........................................94
       4.5.2. Сжатие с изгибом............................................95
     4.6. Особенности расчета элементов с применением пластмасс...........98

5. СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАСС.... 101
     5.1. Классификация соединений деревянных элементов..................101
     5.2. Общие указания по расчету соединений...........................103


3

     5.3. Соединения деревянных элементов без рабочих связей. Контактные соединения деревянных элементов. Лобовая врубка......................105
     5.4. Соединения на механических связях................................108
       5.4.1. Нагельные соединения.........................................108
       5.4.2. Соединения на гвоздях........................................116
       5.4.3. Соединения на металлических зубчатых пластинах (МЗП) и шпонках....118
       5.4.4. Соединения на растянутых связях..............................120
     5.5. Соединения древесины на клеях....................................121
       5.5.1. Виды клеевых соединений древесины............................122
       5.5.2. Виды клеев...................................................123
       5.5.3. Подготовка материалов. Сушка древесины.......................126
       5.5.4. Механическая обработка. Технология склеивания. Компоновка клееных деревянных конструкций по сечениям и длине..........................127
     5.6. Соединения на вклеенных стержнях.................................131
     5.7. Соединения пластмасс. Склеивание и сварка пластмасс..............137

6. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СОСТАВНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ НА ПОДАТЛИВЫХ СВЯЗЯХ.............................140
     6.1. Центрально-сжатые элементы составного поперечного сечения на податливых связях..................................................140
     6.2. Изгибаемые элементы составного поперечного сечения на податливых связях.... 143
     6.3. Сжато-изгибаемые элементы составного поперечного сечения на податливых связях.................................................145

7. ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ..........................................146
     7.1. Общие сведения и классификация...................................146
     7.2. Ограждающие конструкции построечного изготовления. Настилы, щиты, обрешетка. Волнистые листы...........................................146
     7.3. Трехслойные конструкции покрытий и стенового ограждения. Общие положения конструирования и расчета............................................158
     7.4. Конструкции глухих трехслойных плит..............................162
     7.5. Клеефанерные ограждающие конструкции. Конструирование и расчет...166
     7.6. Светопроницаемые ограждающие конструкции.........................173

8. НЕСУЩИЕ СИСТЕМЫ ЗДАНИЙ..................................................176
     8.1. Основные формы несущих деревянных конструкций и их классификация......176
     8.2. Плоские сплошные безраспорные несущие конструкции................179
       8.2.1. Прогоны и балки перекрытий...................................179
       8.2.2. Дощатоклееные балки. Армирование балок. Составные дощатые балки на податливых связях................................................184
       8.2.3. Особенности проектирования клеефанерных балок................198
     8.3. Плоские распорные конструкции из древесины и фанеры..............205
       8.3.1. Конструирование и расчет арочных конструкций из древесины....205
       8.3.2. Конструирование и расчет рамных конструкций из древесины и фанеры.218
     8.4. Плоские сквозные конструкции из древесины........................229
       8.4.1. Классификация и основные данные..............................229
       8.4.2. Дощатые фермы малых пролетов на МЗП..........................234
       8.4.3. Пятиугольные металлодеревянные фермы из клееной древесины.........238


4

       8.4.4. Треугольные металлодеревянные фермы из клееной древесины....246
       8.4.5. Сегментные металлодеревянные фермы из клееной древесины.....249
       8.4.6. Линзообразные фермы из клееной древесины на вклеенных стержнях.254

9. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПЛОСКИХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ.......................................................259

10. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ...............................263
     10.1. Купольные покрытия.............................................264
     10.2. Кружально-сетчатые своды.......................................274
     10.3. Деревянные цилиндрические своды-оболочки, гипары, складки, висячие покрытия...............................................276
     10.4. Перекрестные балки.............................................285

11. ПРИМЕНЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ В МАЛОЭТАЖНОМ ДОМОСТРОЕНИИ.......................288
     11.1. Жилые дома из бревен и бруса...................................288
     11.2. Каркасные здания и сооружения из древесины.....................294
     11.3. Стропильные конструкции крыш из цельной древесины. Мансарды....297

12. КОНСТРУКЦИИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ...................................309
     12.1. Башни, кружала.................................................309

13. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ПОВЫШЕНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ....................................................313
     13.1. Биологическое поражение древесины..............................313
     13.2. Конструктивные меры по предотвращению биопоражения древесины...316
     13.3. Химическаязащитадревесины от биопоражения......................318
     13.4. Огнестойкость древесины и деревянных конструкций...............320
     13.5. Мероприятия по защите древесины от возгорания и повышение огнестойкости деревянных конструкций...........................322

14. ВОССТАНОВЛЕНИЕ, УСИЛЕНИЕ И РЕМОНТ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.................325

15. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ИЗДЕЛИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС.................................................................330
     15.1. Плоские и пространственные конструкции с применением пластмасс.330
     15.2. Пневматические конструкции.....................................331

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................337

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................................338

ПРИЛОЖЕНИЯ
  Приложение 1. Классификация ДК и физико-механические      характеристики
                древесины, клееной древесины, LVL и  фанеры. Коэффициенты
                условий работы............................................341
  Приложение 2. Определение расчетных сопротивлений древесины   с      учетом
                коэффициентов условий работы..............................353


5

Приложение 3. Сортаменты пиломатериалов и фанеры.........................355
Приложение 4. Физико-механические характеристики полимерных материалов....357
Приложение 5. Сортаменты полимерных материалов............................365
Приложение 6. Вертикальные предельные прогибы элементов конструкций.......367
Приложение 7. Определения прогибов несущих элементов перекрытий из древесины исходя из физиологических требований......................................368
Приложение 8. Теплоизоляция в ограждающих конструкциях зданий и определение толщины утеплителя в плитах покрытия и стеновых панелях...................371
Приложение 9.   Конструирование и расчет настилов и прогонов.............378
Приложение 10.  Конструирование и расчет клеефанерной плиты покрытия.....386
Приложение 11.  Конструирование и расчет светопрозрачной плиты покрытия..390
Приложение 12.  Конструирование и расчет стропильной конструкции крыши...393
Приложение 13.  Проектирование двускатной балки из клееной древесины.....406
Приложение 14.  Проектирование двускатной гнутоклееной балки из клееной
               древесины.................................................411
Приложение 15.  Проектирование двускатной клеефанерной балки.............416
Приложение 16.  Проектирование пятиугольной металлодеревянной фермы......421
Приложение 17.  Проектирование треугольной металлодеревянной фермы.......435
Приложение 18.  Проектирование треугольной дощатой фермы на МЗП..........446
Приложение 19.  Проектирование гнутоклееной рамы из клееной древесины....457
Приложение 20.  Проектирование трехшарнирной рамы из прямолинейных элементов
               из LVL....................................................469

Приложение 21. Проектирование трехшарнирной двухконсольной подкосной рамы из клееной древесины.......................................................479
Приложение 22. Проектирование треугольной распорной системы из клееной древесины с затяжкой.................................................................494
Приложение 23.  Проектирование пологой арки из клееной древесины...........502
Приложение 24.  Проектирование стрельчатой арки из клееной древесины.......512
Приложение 25.  Проектирование плоской сквозной арки из стеклопластиковых труб.. 526
Приложение 26.  Проектирование ребристо-сетчатого купола...................538
Приложение 27.  Проектирование сетчатого купола............................556
Приложение 28.  Расчет узлов несущих конструкций...........................567
Приложение 29.  Определение усилий в несущих конструкциях..................576
Приложение 30.  Материалы для защиты деревянных конструкций от биопоражения и
                повышение огнестойкости....................................579
Приложение 31.  Характеристики гвоздей, глухарей, болтов, МЗП    и  шпонок для
                соединений деревянных элементов............................583
Приложение 32.  Основные термины и определения.............................586

6

                                                Автор посвящает эту работу памяти Учителя - Иванова Александра Матвеевича (1914-1999), ветерана Великой Отечественной войны, доктора техн, наук, профессора, основателя кафедры конструкции из дерева и пластмасс Воронежского инженерно строительного института (ВИСИ)






    ПРЕДИСЛОВИЕ




      Учебный материал, представленный в пособии, содержит сведения, необходимые студенту для формирования знаний в области конструкций из дерева и пластмасс, которые он получает в рамках основных дисциплин, а также при выполнении курсовых и дипломных проектов. Задача инженера состоит в том, чтобы при соблюдении технологических и иных требований к объекту проектирования создать конструктивную схему с подбором параметров элементов и узловых соединений, обеспечивающую простой и надежный путь для передачи силовых потоков от мест приложения нагрузок и воздействий до фундаментов. При этом конструкция и сооружение в целом должны удовлетворять прочности, устойчивости, жесткости, долговечности, ремонтопригодности и экономичности.
      Во Введении отражено значение и области применения конструкций из дерева и пластмасс, указаны преимущества и недостатки, а также приведен краткий исторический обзор развития и современное состояние деревянных конструкций.
      В первой и второй главах дана общая характеристика древесины и конструкционных пластмасс с описанием строения и физико-механических свойств. Приведена классификация полимеров. Рассмотрено влияние основных факторов на свойства древесины и полимеров и особенности работы под нагрузкой. Дан сортамент пиломатериалов и синтетических полимеров.
      Третья и четвертые главы содержит сведения по общим расчетным положениям. Изложены основы расчета конструкций по предельным состояниям. Приведены основные положения по расчету элементов на основные виды напряженного состояния.
      В пятой главе рассмотрены вопросы работы, расчета и конструирования основных видов соединений конструкций из древесины и пластмасс. Приведены необходимые рекомендации по выбору материалов для соединений и конструктивные требования к ним.
      В шестой главе рассмотрены вопросы расчета элементов составного сечения на податливых связях.
      Седьмая глава содержит общие сведения, классификацию и рекомендации по проектированию ограждающих конструкций выполненных из древесины, древесных материалов и синтетических полимеров.
      В восьмой главе представлена классификация несущих систем зданий, а также рекомендации по конструированию и расчету сплошных и сквозных плоских несущих конструкций: дощатоклееных и клеефанерных балок, рам, арок и ферм. Представлены основные виды конструкций и их узлы.

7

      В девятой главе рассмотрены вопросы обеспечения пространственной устойчивости плоских несущих конструкций.
      В десятой главе рассмотрены основные типы пространственных деревянных конструкций.
      В одиннадцатой и двенадцатой главах приведены некоторые сведения по применению древесины в одноэтажных зданиях и в конструкциях специального назначения (башни, кружала).
      Тринадцатая глава посвящена обеспечению долговечности и повышению огнестойкости деревянных конструкций. Рассмотрены вопросы защиты древесины от биопоражения.
      Четырнадцатая глава посвящена восстановлению, усилению и ремонту поврежденных деревянных конструкций.
      В пятнадцатой главе приведены краткие сведения и по применению пластмасс в несущих конструкциях.
      Для наглядности и лучшего усвоения сведений в пособии приведено необходимое количество иллюстраций и таблиц. Данные, необходимые при проектировании конструкций из дерева и пластмасс, приведены в приложениях. В приложениях к пособию приведены справочные данные по физико-механическим характеристикам древесины, фанеры и конструкционным пластмассам, а также их сортамент. Приведены примеры конструирования и расчета строительных конструкций, выполненных из древесины и пластмасс. Даны примеры расчета различных узловых соединений.
      Автор выражает благодарность, принявшим участие в рецензировании пособия. Автор будет благодарен также читателям, которые сочтут возможным высказать свои замечания и пожелания по содержанию пособия.
      Учебное пособие предназначено для студентов дневного и заочного обучения, обучающихся по направлению «Строительство» специальность 08.03.01, специализации ПГС, ПЗ, МСО, ЭУН, специальность 08.05.01 СУЗиС, специализация СВиБЗиС.

8

    ВВЕДЕНИЕ



Области применения конструкций из дерева и пластмасс


      Россия обладает 80...100 млрд, м³ древесины, что составляет практически четвертую часть общего количества запасов лесов нашей планеты ~ 360 млрд, м³, Древесина является одним из основных видов строительных материалов, чему способствуют ее широкое распространение, воспроизводимость ресурсов, биологическая совместимость с человеком, относительно высокая удельная прочность, легкость добычи и обработки, высокие эстетические качества, Природная древесина обладает рядом недостатков: опасность загнивания и возгорания, усушка, разбухание, коробление и растрескивание, неоднородность строения и наличие естественных пороков, Однако, несмотря на это деревянные конструкции, как из цельной, так и из клееной древесины все больше стали применяться в гражданском и промышленном строительстве, так как большинство из перечисленных недостатков устранимы при применении современной технологии обработки древесины и прежде всего при правильной эксплуатации деревянных конструкций, Изобретены производные материалы из древесины с повышенными свойствами: фанера различных видов; прессованная древесина (лигностон); слоисто-прессованная древесина (лигнофоль); материалы из щепы и стружек (фибролит); древесноволокнистые материалы (оргалит); изделия из отходов древесины (стружек, опилок) на основе вяжущих из синтетических смол и др, Новые способы обработки древесины, а также сочетание ее с синтетическими полимерами позволят существенно повысить долговечность деревянных конструкций, расширит область, их эффективного применения в строительстве, Из древесины и конструкционных полимеров изготовляют разнообразные несущие конструкции, жилые дома, мобильные (инвентарные) здания, паркетные доски и щитовой паркет, столярные изделия и погонажные детали, плиты на основе древесины и синтетических полимеров, стеклопластики и другую продукцию,
      Естественно говорить о применимости деревянных конструкций везде и всюду нельзя, В многоэтажных зданиях, промышленных зданиях с большими крановыми нагрузками, в мостах больших пролетов применение деревянных конструкций не рекомендуется, Запрещается применять деревянные конструкции в горячих цехах и во всех случаях, когда применение древесины в конструкциях недопустимо по условиям пожарной безопасности,

      Области применения конструкций из дерева и пластмасс
      В гражданском строительстве (в зданиях культурно-бытового назначения)
   -  спортзалы (теннисные корты, крытые катки, легкоатлетические манежи, гимнастические залы и др,);
   -  стадионы, бассейны, базы отдыха, кинотеатры, клубы;
   -  торговые центры, крытые рынки, рестораны, кафе;
   -  ангары, эллинги, мотели, выставочные павильоны и т,д,
   -  мансардное строительство на типовых зданиях с плоскими и физически устаревшими крышами,
      В промышленном строительстве (в зданиях с легкими подвесными кранами)
   -  в зданиях с агрессивными средами, для хранения солей аммония, калийных солей, мочевины, поташа, и др, насыпных материалов;

9

   -  в цехах лесопильных и деревоперерабатывающих производств, гаражах;
   -  конструкции с применением синтетических полимеров - в травильных цехах, цехах электролиза, хлорирования, выщелачивания, кислотных растворов, отбеливания, красильных, гальванических покрытий, в производстве цветных металлов и синтетического волокна.
      В сельскохозяйственном строительстве
   -  в птицеводческих и животноводческих зданиях;
   -  в зданиях складов минеральных удобрений и ядохимикатов;
   -  в складах зерна и элеваторных сооружениях; теплицах и оранжереях; в мастерских по ремонту с/х техники, гаражах;
   -  в жилых и общественных зданиях на селе.


Краткий исторический обзор развития деревянных конструкций.


Современное состояние


      Древесина, как и камень - являются наиболее древнейшими строительными материалами. История развития строительной техники знает много примеров выдающихся зданий и сооружений с применением деревянных конструкций. Первое из наиболее старых исторических упоминаний о самых древних сооружениях относится к мосту через Нил, который был построен при первом фараоне Египта Menes за 2560 лет да нашей эры. Второй мост, описанный Диадо-ром, был построен на 500 лет позже, при легендарной царице Семирамиде через р. Евфрат в Вавилоне. Опоры этого моста были сделаны из кирпича, а пролетные строения — из кедра.
      В 55 г. до н. э. всего за 10 дней войсками Цезаря был построен деревянный балочный мост длиной более 400 м через р. Рейн. Описание конструкции этого моста было сделано самим Цезарем, а по нему архитектором А. Палладио [1] был выполнен рисунок (рис. 1). Конструкция этого моста такова: в дно реки забиты таранами с каждой стороны по две сваи (поз. 1) толщиной 0,46 м на расстоянии вдоль моста 2 фута (0,61 м) друг от друга. Одна пара свай отстояла от другой пары на расстоянии 40 фут (12,2 м), т.е. равном ширине моста. Между сваями размещались поперечные балки (поз. 2) толщиной 2 фута (0,61 м), которые покоились на особых коротышах (поз. 3), врезанных в эти сваи. Коротыши попарно ставились со стороны острых углов, образуемых, сваями-с поперечинами. Таким образом, по мнению Палладио, чем было больше давление на мост, тем плотнее эти коротыши вклинивались между сваями и поперечными балками. На поперечинах с взаимной врубкой уложены очень длинные и толстые прогоны (поз. 4). Ездовое полотно моста сделано из жердей. Для защиты от плавающих тел опоры моста были окружены рядами свай (поз. 5), образующих в плане форму треугольника. Для увеличения поперечной жесткости моста сваи ниже по течению поддержаны подкосами (поз. 6).
      Император Траян в 103-105 годах для перехода римских легионов из Дакии в дунайские земли приказал за один год построить мост через Дунай. Траянов мост (рис. 2) - самый длинный мост античности, перекинутый по проекту Аполлодора Дамасского через Истр (Дунай) к востоку от Железных ворот. Примерно через 200 лет по приказу императора Аврелиана, чтобы затруднить готам переправу через Дунай его разрушили.
      Общая длина моста составляла 1071 м, он имел 20 бетонно-каменных опор и деревянные арочные пролетные строения. По описанию Диона Кассия (примерно 220 г. н. э.), мост Траяна через Истр (Дунай), состоял из «...20 быков, сделанных из тесаных камней, высота их 150 футов (45,7 м), не считая фундаментов, толщиной 60 футов (18,3 м) и были расположены друг от друга на расстоянии 170 футов (51,8 м), соединены арками...». Арки состояли из трех изогнутых по дуге брусьев. Косяки арок были зажаты между парными висячими схватками. Пяты их упирались в деревянные опорные части, надстроенные над каменными быками. Эти упорные


10

козлы, связанные в треугольную систему, вместе с арками поддерживали главные прогоны моста. Поверх последних на поперечных балках настлан был пол и установлены перила.

0,46 м

12,20 м

0,61 м

Рис. 1. Схема моста Цезаря через р. Рейн (55 г. до н. э.) [1]:
1 - сваи; 2 - поперечные балки; 3 - коротыши; 4 - прогоны; 5 - защитные сваи; 6 - подкосы

Рис. 2. Арочный деревянный мост Траяна через Дунай (104 г. н. э.) [1]

      Мостовые сооружения из древесины строились и в средневековой Руси. В 1115 г. при Владимире Мономахе был построен наплавной мост через Днепр в Киеве. Дмитрий Донской в 1380 г. строил мосты через Волгу в Твери и через Дон.
      Помимо мостовых сооружений древесина использовалась и для строительства культовых и гражданских зданий и устройства крыш. В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н.э.) сообщается, что не только в Центральной, но и в Восточной Европе возводились деревянные города с высокими крепостными стенами и храмами. И если в Центральной и Северной Европе строительство велось по каркасной технологии, то на территории древней Руси применялась срубная техника (строительство из горизонтально положенных бревен). В русском деревянном зодчестве с древнейших времен господствовали бревенчатые строения, рубленные горизонтальными венцами. В условиях сурового климата рубленый дом обеспечивает надежную защиту от холода и обладает необходимой прочностью. Рубленые здания сборно-разборные и легко перевозятся в разобранном виде. Рублеными делались не только жилые дома, но и городские стены и башни, церкви, стволы колоколен, мосты.
      В 180 г. до н.э. в древнем Риме для судопроизводства или торговли строится первая базилика (гр. basilike, царский дом). Покрытие базилики выполнено из деревянных стропил. Описание базилики римского архитектора и инженера Витрувия (2-я половина I в. до н.э.) сделано итальянским архитектором А. Палладио [1]. Стропильные фермы состоят из двух


11

деревянных ног (рис. 3, поз 1) и железной затяжки (поз. 2), подвешенной к вершине фермы с помощью железного прута (поз. 3). Фактически это первое описание металлодеревянной фермы. Висячая система с бабкой представляет самую древнюю форму стропильной фермы, причем, иногда в точках пересечения подкосов (capreoli) со стропильными ногами подвешивались добавочные бабки (показанные пунктиром).

Рис. 3. Стропила базилики Витрувия по чертежу арх. Барбаро (1556 г.) [1]:
1 - деревянные стропильные ноги; 2 - затяжка из железа; 3 - подвеска из железа

       После распада и падения Римской империи (395...476 г.г.), за почти тысячелетие «темного» времени непрерывных войн и великого переселения народов практически не осталось материальных памятников, которые дали бы возможность судить о состоянии деревянного строительства в период до эпохи Возрождения.
       Вероятно в связи с удаленностью от Центральной и Южной Европы и суровым климатом самое старое деревянное строение, сохранившееся в первозданном виде до наших дней это деревянная церковь в Урнесе (Согне-фъорд, Норвегия). Деревянные церкви (рис. 4, 5) - уникальный вклад Норвегии в мировую культуру. Большинство из них было построено между 1130 и 1350 годами. Деревянную церковь в Урнесе (Urnes) (рис. 4) возводили три раза на одном и том же месте. Между строительством первой и третьей прошло сто лет. Лес для церкви валили в 11291130 годах. В настоящее время в церкви службы не проводятся и церковь законсервирована. В 1979 году церковь была внесена в Список Всемирного наследия Юнеско. Еще в 1880 году право собственности на церковь в Урнесе было передано Обществу сохранения древних памятников Норвегии. Существует несколько типов деревянных церквей, но общим элементом являются угловые опорные столбы («планки») и каркас или деревянный остов и стенные планки, стоящие на нижнем опорном брусе. Эти стены известны под названием «деревянные клепаные стены». Крыши были покрыты деревянной черепицей, со стороны, напоминающей кожу дракона.

















Рис. 4. Деревянная церковь в Урнесе (1130 г., Согне-фьорд), (www.liveinternet.ru)

Рис. 5. Деревянная церковь в Боргюнде (Согне-фьорд, Норвегия)


      В эпоху Возрождения арх. Андреа Палладио (1508-1580 г.г.) разработал и построил арочные и балочные деревянные мостовые фермы нового типа [1] для перекрытия больших про-

12

летов. На рис. б.а представлен мост, построенный Палладио через р. Cismone, на границе между Италией и Германией. Река перекрыта одним пролетом величиной 100 футов (30,5 м). Ферма имеет 6 панелей, из которых крайние усилены шпренгелями (поз. 4). Стойки (поз. 2) и раскосы (поз. 3) связаны с поясами (поз. 1) с помощью врубок, шипов и поковок, и потому могут работать не только на сжатие, но и на небольшие растягивающие усилия. Все элементы фермы сделаны из брусьев с размерами до 1 фута (0,305 м). В узлах фермы к бабкам и продольным балкам подвешены поперечные балки из брусьев (поз. 5) при помощи стальных полос, которые продеты через отверстия в поперечных балках и все три элемента скреплены между собой петлями и клиньями. По поперечным балкам уложен настил (поз. 6). В других типах ферм А. Палладио ввел перекрестные раскосы (рис. 6.б, в, поз. 7). Верхний пояс фермы (рис. 6.б, поз. 1) очерчен по дуге круга, в средних панелях поставлены перекрестные раскосы, а крайние панели усилены шпренгелями. В поперечные балки у крайних стоек врублены подкосы (поз. 8), нижние концы, которых упираются в устои и создают, таким образом, промежуточные опоры. В арочной ферме Палладио (рис. 6.в) ездовое полотно устроено по нижнему поясу фермы.

б)

в)

Рис. 6. Схемы деревянных мостовых ферм А. Палладио [1]:
а - балочная ферма моста через р. Cismone; б - ферма с криволинейным верхним поясом и перекрестными раскосами; в - арочная ферма с перекрестными раскосами;
1 - верхний и нижний пояса фермы; 2 - стойки; 3 - раскосы; 4 - шпренгель; 5 - балки; 6 - настил;
7 - перекрестные раскосы; 8 - подкосы; 9 - устои

13

      Отношение стрелы к пролету равно 1:11. Стойки фермы (рис. б.в, поз. 2) поставлены по радиусу. Во всех панелях поставлены перекрестные раскосы (поз. 7), также связанные с поясами (поз. 1) врубками и шипами.
      Еще один мост через р. Бренту у подножия Альп был возведен А. Палладио по ригельноподкосной схеме (рис. 7). Ширина реки равнялась ста восьмидесяти футам (55 м). Мост пяти пролетный, выполнен из дуба и лиственницы. Четыре опоры моста выполнялись из ряда свай (поз 1), забитых в дно на расстоянии 34,5 футов (10,52 м) от одного ряда до другого. В каждом ряду - восемь свай, длинною в 30 футов (9,1 м), толщиной и шириной в полтора фута (0,46 м) и на расстоянии двух футов друг от друга. Ширина моста равна 26 футам (7,95 м). Над каждым рядом свай положены балки (поз. 2), длиною равные ширине моста, которые прибиты к сваям. Поверх этих брусьев над каждой сваей положены восемь продольных балок (поз. 3), которые усилены подбалками (поз. 4). Кроме того, для этой же цели установлены подкосы (поз. 5), которые прикрепляются с одной стороны к сваям, соединяются с другой стороны еще с одной балкой (поз. 6), которая находится посредине промежутка под каждой продольной балкой. Эти подкосы, соединенные таким способом, создают впечатление арки, подъем которой равен четвертой части ее диаметра. Над продольными балками помещаются поперечные балки (поз. 7), которые составляют полотно или настил моста, немного выступают своими торцами за остальную часть моста и образуют как бы модильоны в карнизе. С одной и с другой стороны моста ставят на борт колонны (поз 8), поддерживающие покрытие пешеходной галереи. Галерея перекрыта треугольной стропильной системой с центральной бабкой (поз. 9).

Рис. 7. Схема деревянного моста через р. Бренту А. Палладио [1]:
1 - ряды свай; 2 - брусья, уложенные поверх свай; 3 - продольные балки моста; 4 - подбалки; 5 - подкосы; 6 - дополнительная балка в пролете; 7 - поперечные балки полотна моста; 8 - колонны, поддерживающие покрытие пешеходной галереи; 9 - стропильная треугольная система; 10 - ограждение галереи; 11 - водорезы, защищающие сваи от ударов плывущих тел

      В этот же период крупнейший французский архитектор эпохи Возрождения Филибер Делорм (Philibert de I’Orme) в 1561 г. предложил заменить стропильные фермы, требовавшие при больший пролетах большого количества материалов, более легкой конструкцией. Вместо прямых стропильных ног Делорм применил арки из нескольких рядов поставленных на ребро досок (рис. 8, поз. 1), выпиленных соответственно очертанию арки и сшитых гвоздями (поз. 2) и деревянными нагелями (поз. 3), устанавливаемыми через 200...250 мм. Для обеспечения устойчивости арки соединялись между собой при помощи поперечных схваток (поз. 4). Стандартный шаг арок 1 м, но выполнялись арки и с шагом до 3,5 м. Из таких арок был выполнен ребристый купол диаметром 36 м для покрытия церкви в Париже.


14