Пространственные деревянные конструкции зданий

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ  КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

Пространственные деревянные конструкции применяются в строительной практике, как правило, в виде сводов или куполов.

Кружально-сетчатые своды собираются из поставленных на ребро стандартных косяков, расположенных по двум пересекающимся направлениям. Поперечное сечение свода имеет круговое или многоугольное очертание. Распор свода воспринимается стальными затяжками или непосредственно фундаментами. Узловые соединения косяков осуществляются либо с помощью шипов, либо металлических связей. При косяках цельного сечения пролет свода не превышает 20 м, при использовании же клеефанерных косяков пролет свода может достигать 100 м.

Складчатые покрытия образуются из системы наклонных досок, примыкающих друг к другу длинными сторонами и опирающихся на торцовые диафрагмы - по коротким. В поперечном разрезе профиль складчатого покрытия может быть треугольным, трапециевидным или прямоугольным. Гранями складок могут служить цельные доски, дощатогвоздевые или клеенные элементы, а также трехслойные пластмассовые панели. Пролет таких покрытий может достигать 30 м.

Цилиндрические оболочки, опирающиеся по торцам на жесткие в своей плоскости диафрагмы и имеющие вдоль образующей свободные края (бортовые элементы), изготавливают из криволинейных деревянных ребер, соединенных с клеефанерными криволинейными панелями. В качестве диафрагм применяют фермы, арки с затяжкой, торцовые стены.

Если цилиндрическую оболочку рассечь диагональными плоскостями (рис.2а), то образуются две пары сводов, называемых распалубками (1) и лотками (2). Оболочки, составленные из четырех или более лотков, называются сомкнутыми сводами (рис.1б), а образованные из распалубок - крестовыми сводами (рис.1в). В месте пересечения распалубок устраивают ребра - гурты. Пролет таких оболочек достигает 30 м.

Рис.1. Схемы образования сводов-оболочек:

а - цилиндрическая оболочка; б - крестовый свод; в - сомкнутый свод; 1 - распалубки; 2 - лотки

Структурные деревянные покрытия представляют собой пространственные плиты или оболочки из регулярно повторяющихся элементов. Примером могут служить структуры из пересекающихся в двух или трех направлениях клеенных балочных элементов с их жесткими соединением в узлах. Пролет структурных плит составляет 12...28 м, а размер ячейки структуры - 4...7,2 м. Структуры могут быть смонтированы с применением разнообразных элементов, например, объемных в форме тетраэдров из фанерных листов. Они могут быть металлодеревянными с растянутыми элементами из металла и сжатыми - из древесины.

Купольные покрытия из древесины и фанеры применяют достаточно широко, их пролеты составляют, как правило, 12...35 м, но могут превышать 100 м. Купола обычно составляются из меридиональных ребер, опорного и фонарного колец, кольцевого и косого настилов. Каждое ребро состоит из нескольких склеенных или сбитых гвоздями досок. Расстояние между ребрами на уровне опорного кольца равно 0,8...1,5 м. Опорное кольцо, работающее на растяжение, изготовляют из дерева, металла или железобетона. Кольцевой настил в зоне опорного кольца, где возможно появление кольцевых растягивающих усилий, выполняют из двух слоев досок. Доски верхнего слоя должны перекрывать стыки нижнего. Косой настил предназначен для восприятия сдвигающих усилий, возникающих при несимметричной нагрузке.

В качестве меридиональных ребер могут быть использованы полуарки или прямолинейные элементы, изготовленные из досок, клееной древесины или фанеры. Они могут иметь сплошную или сквозную стенку. Ребра располагаются с шагом 4,5...6 м по нижнему опорному кольцу. Для обеспечения устойчивости ребер из плоскости они попарно соединяются между собой металлическими связями. По ребрам укладываются кольцевые прогоны, а на последние дощатый настил - продольный и косой. Вместо прогонов и настила можно использовать панели, например, трехслойные, укладываемые непосредственно на меридиональные ребра.

Другими разновидностями деревянных куполов являются складчатые, ребристо-кольцевые, сетчатые, кружально-сетчатые из сомкнутых сводов и др.

Ребристо-кольцевые купола образуются из пересекающихся меридиональных ребер и непрерывных кольцевых прогонов. Последние работают не только на местный изгиб, но в составе купола, кроме того, воспринимают кольцевые усилия.

Клееные деревянные купола больших пролетов получили применение в США, Японии и в др. странах при строительстве крытых стадионов, рынков и т.п. Купола имеют сферическую поверхность, их диаметр может превышать 100 м. Например, крытый стадион в г.Такома (США) имеет деревянный купол диаметром 162 м. Куполами аналогичной конструкции покрыты также спортивные залы в других странах. Так, в г.Ясусиро (Япония) спортивный зал покрыт сферическим клееным деревянным куполом диаметром 36,6 м и стрелой подъема 8 м (рис.2). Каркас купола собран из криволинейных пересекающихся в трех направлениях главных ребер, по которым уложены криволинейные прогоны. Каркас обшит дощатым настилом, поверх которого расположены гидроизоляция и кровля из оцинкованного железа. Купол опирается на монолитное железобетонное кольцо, которое поддерживается железобетонными колоннами, опирающимися на кольцевую железобетонную балку.

Рис.2. Разрез и план здания спортивного зала с клееным деревянным решетчатым куполом покрытия:

1 - главные ребра каркаса купола; 2 - опорный контур; 3 - колонны; 4 - кольцевая обвязочная балка; 5 - фундамент

Сетчатые многогранные купола образуются из треугольных, ромбовидных, многоугольных элементов, соединяемых по углам шарнирно. Примером такого покрытия может служить разработанный в РГАС деревянный многогранный решетчатый сферический купол из деревянных брусков цельного сечения (рис.3). Стержни каркаса являются контурными ребрами треугольных панелей, образующих многогранную поверхность купола. В контурных ребрах предусмотрены отверстия под монтажные болты, используемые для соединения панелей между собой.

     
Рис.3. Каркас многогранного сферического купола из деревянных брусков

Контурные ребра 1 треугольных панелей (рис.4) в углах соединяются при помощи листовых фанерных вкладышей 2 на клею. Между наружной и внутренней обшивками 4 из тонких алюминиевых листов укладывается тепло-, звуко- и пароизоляция 5-7.

     
Рис.4. Треугольные панели многогранного купола:

1 - контурное ребро; 2 - листовые фанерные вкладыши; 3 - прижимная планка; 4 - наружная и внутренняя обшивки из алюминиевых листов; 5 - перфорированный картон; 6 - минераловатная плита; 7 - пароизоляция

Гиперболические оболочки отрицательной гауссовой кривизны отличаются тем, что позволяют получать криволинейную поверхность из прямолинейных образующих. Благодаря этому они могут изготовляться из прямолинейных досок, брусков, фанерных полос.

Пластмассовые конструкции, учитывая их свойства, целесообразно применять в качестве ограждающих и пространственных.

Для покрытий неотапливаемых зданий применяют волнистые или плоские листы толщиной 1,5...2,5 мм из светопрозрачного стеклопластика на полиэфирных смолах. Отапливаемые здания перекрывают трехслойными панелями с обшивками из стеклопластика и средним слоем из пенопласта.

Для перекрытий небольших пролетов (до 4 м) возможно применение гладких пластмассовых сводов. При больших пролетах до 18...20 м используют волнистые своды, монтируемые из лотковых пластмассовых элементов толщиной 1...4 мм, шириной 0,75...1,6 м и высотой лотка до 0,6 м. Элементы соединяются между собой внахлестку на клею или болтах, а поперечные швы герметизируются лентой на полиэфирном клее.

Эффективны также стеклопластиковые складчатые своды из ромбических панелей, согнутых по большой диагонали. Панели состоят из контурных ребер и обшивок, между которыми в необходимых случаях вводят пенопласт. Размеры ромбических трехслойных панелей при толщине 48 мм составляют по направлениям диагоналей 3 и 6 м, а пролет свода - до 20 м и более.