§ з. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ
ДЕРЕВЯННЫХ И ПЛАСТМАССОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Русскими зодчими в XII—XIII веках созданы выдающиеся образцы деревянных
гражданских и крепостных сооружений — это церкви, крепостные стены и
башни (рис. 1), ветряные мельницы и другие сооружения.
Значительное развитие деревянные конструкции получили с начала
XVIII века. Строились мосты, набережные, верфи и другие сооружения. Было
введено лесопиление вместо тески досок топором. Совершенствовались
каркасные конструкции. Однако техника выполнения несущих деревянных
конструкций основывалась на плотничном искусстве.
Во второй половине XVIII в. роль инженера в развитии деревянных
конструкций усиливается в связи с общим развитием инженерных наук.
Плотничное искусство уступает место инженерному творчеству.
В 70-х годах XVIII в. И. П. Кулибин составил проект грандиозного по тем
временам однопролетного арочного моста через р. Неву в Петербурге
пролетом около 300 м с арками многорешетчатого типа и с соединениями на
болтах. Была построена и испытана модель моста в 1/10 натуральной
величины.
Крупным сооружением из дерева является покрытие над московским манежем с
треугольными фермами пролетом 50 м, построенное в 1817 г. (рис. 2).
В середине XIX в. Д. И. Журавский запроектировал и построил несколько
крупных деревянных железнодорожных мостов. Веребьин-ский мост имел 9
пролетов по 54 м, а Мстинский — 9 пролетов по 61 м
(рис. 3). Д. И. Журавскому принадлежит заслуга
создания теории расчета решетчатых ферм, а также составных балок,
работающих на
сдвиг при изгибе.
В гражданских и промышленных зданиях второй половины XIX в. преобладали
треугольные фермы из бревен и брусьев со стальными растянутыми
элементами. В конце
XIX в. были применены первые пространственные покрытия и сооружения в
металле и дереве, предложенные и выполненные В. Г. Шуховым (рис. 4).
В советский период небывалые темпы развития народного хозяйства
поставили перед строителями новые задачи, вызвали необходимость
разработки новых деревянных конструкций. Были
применены новые дощато-гвоздевые конструкции в виде двутавровых балок и
рам с перекрестной стенкой. Широкое распространение получили сегментные
фермы и трехшарнирные арки из досок на гвоздях (рис. 5). При этом
пролеты конструкций достигали 100 м. Впервые в Советском Союзе были
применены пространственные дощато-гвоздевые конструкции типа оболочек
(рис. 6).
Большой вклад в развитие деревянных конструкций внесли такие ученые, как
Г. Г. Карлсен, В. М. Коченов, В. В. Большаков, М. Е. Каган, а также
создатели теории расчета оболочек В. 3. Власов, А. А. Гвоздев и др.
Пространственные сетчатые системы В. Г. Шухова получили развитие в
деревянных кружально-сетчатых конструкциях: в СССР — в виде безметальных
кружально-сетчатых сводов Песельника (рис. 7), за рубежом— в так
называемых покрытиях Цолльбау с узлами на болтах, которые с 1929 г.
широко применялись в строительстве и в нашей стране.
В 30-х годах инженер В. С. Деревягин разработал
соединение на дубовых пластинчатых нагелях для сплачивания брусьев.
Составные балки Деревягина с таким соединением нашли применение в
верхних поясах металлодеревянных ферм.
Уже в 1937 г. в ЦНИПС были начаты научные разработки и опытное
строительство первых клееных конструкций. Исследования продолжались и в
условиях военного времени, причем в порядке опытного строительства были
изготовлены почти все разновидности конструкций — балки, арки, фермы. В
послевоенные годы работы А. Б. Губенко, Г. Г. Карлсена, М. Н.
Плунгянской, А. С. Белозеровой,
Н. П. Птицына способствовали дальнейшему развитию клееных деревянных
конструкций.
Изучением клееных деревянных конструкций у нас занимаются многие
научно-исследовательские и учебные институты: центральный
научно-исследовательский институт строительных конструкций (ЦНИИСК),
ЦНИИ механической обработки древесины (ЦНИИМОД), институт механики АН
УССР, Военно-инженерная академия, инженер но-строительные институты,
ЦНИИЭПсельстрой, ЦНИИЭПЖили-ща, зональные НИИЭП, ЦНИИЭП зрелищных зданий
и спортивных сооружений и др.
Первые несущие клееные деревянные конструкции в порядке эксперимента
были изготовлены в Швейцарии более 60 лет назад, а затем в Швеции. В
США, Канаде, ФРГ, Финляндии до конца 50-х годов несущие клееные
деревянные конструкции использовались в незначительных объемах и только
с 60-х годов начато их широкое применение.
В СССР промышленное производство клееных деревянных конструкций было
организовано недавно — в 70-х годах. В настоящее время организован их
выпуск на 17 заводах и в многочисленных цехах при деревообрабатывающих
предприятиях. Из числа построенных можно отметить арки пролетом 45 м в
покрытиях складов калийных комби-натов в гг. Солигорске (БССР),
Березниках и Соликамске на Урале, на химико-металлургическом комбинате в
г. Калуше на Украине (рис. 8). Пролеты клееных деревянных конструкций
для спортивных сооружений с покрытием из трехшарнирных арок кругового
очертания равны 63 м в Архангельске и 57 м в Калинине. В Белорусской ССР
построено несколько спортивных объектов с применением в покрытиях
трехшарнирных клееных деревянных арок пролетом 49 м.
Параллельно с развитием конструктивных форм совершенствовались методы
расчета деревянных конструкций. Неоднократно издавались нормативные
документы на их проектирование. С 1955 г. расчеты всех строительных
конструкций производятся по методу расчетных предельных состояний,
который заменил собой существовавший ранее метод допускаемых напряжений.
Большой вклад в древесиноведение внесли исследования Ф. П. Белянкина, Ю.
М. Иванова, Л. М. Перелыгина и других, посвященные изучению структуры и
физико-механических свойств древесины. Отечественную теорию расчета
сжатых, сжато-изгибаемых стержней, в том числе стержней на податливых
связях разработали П. Ф. Плеш-ков, А. Р. Ржаницын, В. Г. Писчиков, Г. В.
Свенцинский и др.
В области антисептирования древесины начало научно обоснованной системе
противогнилостных мероприятий заложено А. Н. Борщевским.
А. И. Фоломин разработал новый способ сушки и одновременной пропитки
древесины в неводных жидкостях.
Дальнейшее развитие производства деревянных конструкций предусматривает
внедрение конструкций, удовлетворяющих требованиям комплексной
механизации их изготовления и монтажа.
Получают широкое применение легкие клеефанерные конструкции, внедряется
бакелизированная фанера, являющаяся наиболее стабильным лесоматериалом
по своим физико-механическим свойствам. В СССР клееные фанерные
конструкции стали применять в конце 40-х годов. Клеефанерные балки
пролетом 12 м были использованы для перекрытия
цеха в г. Электросталь. В 50-е годы было предложено
использование фанерных труб и профилей в фермах покрытий и пролетных
строений мостов. В последние годы в строительстве внедряются балки и
треугольные арки с двутавровым и коробчатым сечением элементов.
Трехслойные клеефанерные плоские и криволинейные панели применяются в
куполах, сводах-оболочках и т. д.
История применения пластмасс насчитывает всего несколько десятилетий. В
нашей стране изучение свойств конструкционных пластмасс и строительных
конструкций на их основе интенсивно началось с развитием химической и
нефте-химической промышленности. Изучение физико-механических свойств
пластмасс, установление расчетных характеристик позволили обосновать
расчеты и методы проектирования строительных конструкций с их
применением. Тенденции развития пластмассовых конструкций изложены в §
2, примеры современных конструктивных решений и правила их
проектирования даны в учебнике в соответствующих главах и параграфах.
В 1958 году профессором С. С. Давыдовым сформулирована впервые идея
создания нового конструкционного материала — пластбетона. В последующие
годы под руководством профессоров А. М. Иванова и С. С. Давыдова
разработана технология изготовления изделий из этого материала и
проведены исследования по расчету и конструированию их. Новый материал
уже применяется в экспериментальном строительстве.
Дальнейшее развитие и совершенствование деревянных и пластмассовых
конструкций основано на индустриализации их изготовления, разработке
рациональных схем размещения предприятий, расширении номенклатуры
конструкций и разработке новых эффективных форм, на определении областей
рационального применения, накоплении, анализе и обобщении опыта
эксплуатации, на повышении качества изготовления и на применении новых
методов контроля, совершенствовании норм проектирования, обеспечении
надежности и долговечности.
Рис. 1. План и разрез проезжей башни и части
прилегающей к ней ограды Николо-Карельского монастыря (1691—1692 гг.)
Рис. 2. Стропильные фермы покрытия Московского
манежа (1817 г.)
Рис. 3. Мост через р. Мету на бывшей Николаевской
(ныне Октябрьской) железной дороге
Рис. 4. Сетчатая башня-градирня системы Шухова
Рис. 5. Ребристый свод-оболочка пролетом 100 м
Рис. 6. Деревянный свод-оболочка на одном из
химкомбинатов СССР (1932 г.)
Рис. 7. Кружально-сетчатый свод системы С. И.
Песельника (1932 г.)