Гаскин В.В., Иванов И.А.Конструкции из дерева и пластмасс
Подождите немного. Документ загружается.
В пределах каждой горизонтальной связевой фермы покрытия между
опорными частями стропильных конструкций устанавливают вертикальные
связевые фермы, препятствующие опрокидыванию стропильных конструкций
из их плоскости (см. рис. 55). Верхним поясом этой фермы является распорка
Р-1 (см. рис. 55), расположенная в уровне верхнего пояса стропильной
конструкции (или карниза), а нижним поясом служит распорка Р-2,
расположенная
вдоль продольной оси колонн на уровне их верхних сечений.
Решетку образуют раскосы С-2 (см. рис. 55, б).
Продольная устойчивость колонн каркаса обеспечивается вертикальной
связевой фермой (см. рис. 55, б), расположенной в пределах связевого блока
покрытия, так как соединение колонны с фундаментом в продольном
направлении сложно выполнить жестким и, поэтому, оно считается шарнирным.
Поясами
этой фермы являются колонны К-1, а решеткой - распорки Р-2 и
раскосы С-3, установленные по принципу, изложенному для аналогичных
элементов горизонтальных связей.
При проектировании вышеперечисленных связей следует стремиться к
унификации геометрических размеров деревянных распорок и раскосов и их
стальных соединительных элементов.
Технические решения стыков колонн со стропильной конструкцией и с
фундаментом
зависят от конкретных условий, а также от размеров поперечных
сечений стыкуемых конструкций.
Стык стропильной конструкции с колонной должен обеспечивать
шарнирную связь между ними и может быть решен с помощью стальных
соединительных элементов (см. например, рис. 56).
Стыки колонн с фундаментами в поперечном направлении могут иметь
разные решения, но во всех случаях они
должны быть жесткими, так как ими
обеспечивается устойчивость каркаса в поперечном направлении. Некоторые
решения этих узлов показаны на рис. 57.
Работа плоских деревянных конструкций при их монтаже.
Напряженно-деформированное состояние отдельных элементов плоских
деревянных конструкций при их монтаже в большинстве случаев существенно
отличается от работы этих же элементов в стадии эксплуатации.
Например, при
кантовке ферм в их поясах возникают значительные нормальные напряжения от
изгиба из плоскости фермы, а при подъеме ферм нередко в их элементах усилия
меняют знак на противоположный.
Таким образом, при монтаже плоских конструкций необходима проверка
прочности их элементов, а в некоторых случаях требуется применять
специальные крепления, обеспечивающие прочность отдельных
элементов в
стадии монтажа.
100
В рабочих чертежах плоских деревянных конструкций должны быть
предусмотрены достаточно простые способы сборки, кантовки и монтажа. А
также должны быть указаны точки захвата конструкции при ее кантовке и
подъеме.
С точки зрения монтажа плоские конструкции подразделяют на
конструкции с гибким и жестким нижним поясом. При гибком поясе, например,
если он
выполнен из круглой стали, пояс не способен воспринять сжимающие
усилия. При жестком поясе – если он выполнен деревянным или из стального
проката, пояс способен воспринять сжимающие усилия.
Для подъема плоских деревянных конструкций целесообразно применять
передвижные стреловые краны на гусеничном ходу.
Кантовку ферм обычно осуществляют их поворотом относительно
нижнего пояса. При этом кантовка
и подъем должны выполняться одними и
теми же подъемными механизмами без перестроповки. Для повышения несущей
способности поясов при их изгибе из плоскости в отдельных случаях
целесообразно применять монтажные сжимы.
Особенности подъема ферм заключены в следующем. При подъеме ферм с
гибким нижним поясом и арок с затяжкой изгибающие моменты, возникающие
в
теле конструкции, должны быть полностью восприняты верхним поясом,
усиленным жесткими монтажными сжимами. При этом сжимы работают на
изгиб из плоскости ферм.
При подъеме ферм с жестким нижним поясом изгибающие моменты из их
плоскости могут быть восприняты всей фермой. При этом также могут быть
использованы и монтажные сжимы, если увеличение сечений из
условий
монтажа становится экономически нецелесообразным.
Связи, предназначенные для обеспечения общей устойчивости ферм, арок
и рам должны быть заранее заготовлены на площадке строительства и после
установки конструкций должны быть немедленно установлены в проектное
положение.
Анкерные гнезда на опорах конструкций заливают раствором лишь после
загрузки конструкций собственным весом.
101
10. Эксплуатация, ремонт и усиления деревянных
конструкций
10.1. Основы эксплуатации деревянных конструкций и методика их
обследования
Деревянные конструкции должны должны надежно работать в течение
всего срока их нормальной эксплуатации.
Строительными нормами установлены следующие сроки эксплуатации: 50
лет - для капитальных сооружений; 20 лет - для сельскохозяйственных построек
и 10 лет - для временных сооружений. Однако если деревянные конструкции
выполнить доброкачественно и эксплуатировать их
в нормальных условиях, то
их срок службы может значительно превысить сроки, установленные нормами.
Нормальными условиями эксплуатации являются такие условия, при
которых деревянные конструкции не повреждаются. Это возможно, когда
действующие на конструкции нагрузки не превышают их несущей способности,
а температурно-влажностные условия соответствуют проектным. При
нарушении этих условий деревянные конструкции могут
потерять несущую
способность и жесткость.
Необходимо проводить технические осмотры деревянных конструкций.
Первый такой осмотр проводят при сдаче конструкций в эксплуатацию и, в
дальнейшем - не реже одного раза в год.
В процессе осмотра составляют дефектную ведомость, в которую вносят
дефекты изготовления и нарушения нормального режима эксплуатации. При
этом в дефектной ведомости фиксируют
:
- отклонения геометрических размеров элементов от проектных;
- наличие повреждений и недопустимых пороков древесины элементов
конструкций;
- отклонения размеров и количества соединений от проектных;
- наличие неправильно выполненных и разошедшихся соединений;
- наличие перегрузки конструкций и недостаточное их горизонтальное
раскрепление;
- наличие недопустимых прогибов и выходов элементов из плоскости;
- нарушения нормального температурно-влажностного
режима
эксплуатации;
- наличие зон увлажнения;
- наличие зон перегрева и очагов загнивания конструкции.
102
При осмотре необходимо особое внимание обращать на геометрические
размеры и качество основных растянутых элементов конструкций. И если
дефекты в них обнаружены, то необходимо выполнить проверочный расчет
конструкции с учетом обнаруженных дефектов. Если здесь окажется, что
несущая способность конструкции ниже проектной, то либо уменьшают
действующие нагрузки, либо выполняют усиление конструкции.
В
процессе эксплуатации в отдельных элементах конструкции могут
возникать усушечные трещины. В случае, если эти трещины невелики, то они
не влияют на несущую способность элемента. В противном случае эти трещины
необходимо ликвидировать. Для этого в трещины вклеивают клиновидные
вкладыши с применением водостойкого клея.
Необходимо также обращать внимание на состояние соединений, так
как
от прочности соединений зависит надежность конструкции в целом.
В первые годы эксплуатации конструкции происходит обмятие всех
контактных поверхностей соединений в сочетании с усушкой элементов. Этот
процесс приводит к нарушению плотности соединений. Болты и тяжи могут
потерять начальное натяжение, возникают щели и зазоры. Все болты и тяжи в
этом случае должны
быть подтянуты, а в более серьезных случаях необходимо
выполнять усиление соединений.
Весьма нежелательны перегрузки конструкций, особенно постоянной
нагрузкой. Так как эти перегрузки уменьшают сроки нормальной работы
конструкций. Это связано с тем, что длительная прочность древесины меньше,
чем - кратковременная. Основным показателем перегрузки конструкций
является наличие недопустимых прогибов.
Если выявлена перегрузка конструкции,
то выполняют проверочныё расчет
её прочности и, если она оказалась недостаточной, то величины действующих
нагрузок должны быть уменьшены. В случае невозможности уменьшения
величин нагрузок приходится выполнять усиление конструкции.
Выход конструкции из вертикальной плоскости говорит о
неудовлетворительном состоянии связей. В этом случае связи усиливают по
специальному проекту.
Важен также контроль повреждений конструкций
, связанный с
нарушением температурно-влажностного режима. Здесь необходимо
проверять:
- сохраность и водонепроницаемость кровли, особенно в ендовах, так как
протечки кровли являются одной из главных причин увлажнений
конструкций и их последующего загнивания;
- зоны контакта древесины с бетоном, камнем или металлом, в которых
должна находиться неповрежденная гидроизоляция. Эта гидроизоляция
103
предохраняет древесину от конденсационного увлажнения и последующего
загнивания. Особо внимательно следует проверять сохранность опорных
узлов конструкций.
В зонах повышенной влажности при осмотрах необходимо проверять и
выявлять очаги загнивания. Здесь проводится зондирование древесины со
взятием кернов, для установления внутренних очагов гниения. Причины
увлажнения устраняют, водоизоляционные и пароизоляционные слои
восстанавливают, а загнившие
участки древесины удаляют и заменяют на
здоровые.
Части деревянных конструкций, подверженные повышенному нагреву
тщательно изолируют от очагов этого недопустимого нагрева.
10.2. Последовательность работ по усилению деревянных
конструкций
Усиление деревянных конструкций необходимо в следующих случаях при:
- изменении начального температурно-влажностного режима в здании;
- значительном возрастании технологических и иных нагрузок;
- наличии серьезных ошибок проектирования, в результате которых
несущая способность конструкций оказалась пониженной;
- недоброкачественно изготовленных конструкциях (применена
древесина пониженной прочности с недопустимыми пороками или
соединения выполнены с нарушением технологии и опасными
дефектами);
- эксплуатации конструкций в ненормальных условиях (увлажнении,
механических повреждениях, загнивании приведших к снижению
несущей способности).
Наиболее частыми причинами
усиления деревянных конструкций являются
недоброкачественное изготовление и их ненормальная эксплуатация.
Работы по усилению деревянных конструкций состоят из четырех этапов:
разработки проекта, разгрузки конструкций, усиления и последующего
нагружения.
Разработку рабочего проекта усиления осуществляют на основании
дефектной ведомости и данных о прочностных характеристиках древесины
усиляемых конструкций, которые получают путем механических с помощью
пресса испытаний стандартных образцов древесины, взятых из этих
конструкций. Проект усиления почти всегда оригинален и должен учитывать
все особенности эксплуатации конструкций, содержать рабочие чертежи
104
деталей усиления, а также включать указания по производству работ и
мероприятия по технике безопасности.
Разгрузка конструкций необходима, чтобы исключить опасность их
обрушения, обеспечить безопасность производства работ и включить в работу
усиленные элементы конструкции наравне с другими её элементами после
последующего их нагружения.
Разгрузку конструкций выполняют путем её подпирания или вывешивания
с помощью временных стоек из бревен или брусьев и с применением домкратов
или клиньев. Подъем конструкции ведут до исчезновения прогиба.
При усилении опорных частей балок можно применить одиночные стойки,
подведенные под балки вблизи опор.
При усилении составных балок, ферм, арок и рам их следует подпирать
несколькими спаренными опорами, расположенными вблизи узлов
(для ферм).
Количество и сечение этих опор (стоек) зависит от пролета конструкции,
величин действующих нагрузок и определяется в соответствии со статическими
и прочностными расчетами.
Подъем стоек осуществляют путем встречной забивки клиньев (из твердой
древесины) или винтовыми домкратами, если подъем конструкции необходимо
выполнить на относительно большую высоту. В качестве опор могут
быть
использованы мосты мостовых кранов.
Последующее нагружение конструкции выполняют после проведения её
усиления. Нагружение проводят плавно без рывков путем опускания
конструкции, что позволяет включить в работу усиленные элементы.
10.3. Способы усиления конструкций
Необходимо отметить, что способы усиления деревянных конструкций в
большинстве случаев носят индивидуальный характер и зависят от причин,
вызвавших
это усиление. Рассмотрим некоторые наиболее часто встречающиеся
технические решения по усилению отдельных конструкций.
Балочные покрытия. В случае лишь перегрузки перекрытий и при
отсутствии дефектов, усиление проводят путем уменьшения действующей на
балки нагрузки. Для этого между существующими балками устанавливают
дополнительные. При этом нагрузки на балки уменьшаются вдвое. Можно
также провести замену утеплителя
на материал, имеющий меньшую плотность.
Пораженные гниением опорные части опертых на наружные стены балок и
прогонов подпирают вблизи опор и отрезают сгнившие участки. Удаленные
концы заменяют отрезками швеллера, которые закрепляют на балках болтами.
При этом между древесиной и металлом прокладывают слой гидроизоляции.
105
Болты рассчитывают на растяжение, шайбы под ними - на изгиб, а древесину -
на смятие.
Составные балки. Типичный дефект этих конструкций состоит в
недостаточном количестве или неудовлетворительном качестве соединений, не
обеспечивающих совместную работу ветвей балок. Например, в балках может
быть - недостаточное количество гвоздей или дубовых пластинок, скалывание
древесины шпонок или колодок, а
в клееных балках могут быть недопустимые
непроклеи. Усиление таких конструкций может быть проведено следующим
образом.
В дощато-гвоздевых балках, после их вывешивания, согласно расчету
производят дополнительный гвоздевой забой.
В брусчатых и дощатоклееных балках, после их подпирания, производят
нашивку гвоздями водостойкой фанеры на обе боковые грани балки по всей её
длине. Толщина
фанеры должна быть не менее 10 мм. Общую толщину фанеры
и количество гвоздей принимают из расчета на действие касательных
напряжений. При этом при проверке несущей способности фанеру приводят к
древесине через соотношение модулей упругости. В случае отсутствия
водостойкой фанеры, усиление балок может быть выполнено путем нашивки на
боковые грани балок с
помощью гвоздей двух слоев перекрестно
расположенных тонких досок.
Усиление нижних поясов деревянных ферм. Не смотря на то, что
нижние пояса ферм являются самыми ответственными элементами
конструкций, их иногда выполняют из древесины не соответствующего
качества с недопустимыми пороками. В этом случае необходимо усиление
нижних поясов - местного или общего.
Местное усиление применяют в
тех случаях, когда дефекты сосредоточены
в отдельных локальных зонах пояса. В этом случае производят установку
дощатых накладок на болтах. При этом площадь сечения накладок не должна
быть менее площади сечения усиляемого элемента.
В некоторых случаях для уменьшения податливости соединений
применяют натяжные стыки из отдельных дощатых накладок на болтах,
стянутых стальными
тяжами с гайками и уголковыми траверсами. Могут быть
установлены также и накладки из стального проката в виде швеллеров.
Общее усиление нижних поясов применяют в тех случаях, когда пояса по
их длине имеют множественные дефекты и выполнение местных усилений
становится нецелесообразным.
В этом случае вдоль всей длины нижнего пояса возле его боковых
граней
устанавливают стальные тяжи из круглой стали. Эти тяжи с помощью гаек
закрепляют на поперечных траверсах из стальных листов, опирающихся на
106
торцы нижнего пояса на опоре. При этом, чтобы тяжи не провисали, их
укладывают на крючья, установленные по длине нижнего пояса.
Тяжи рассчитывают на полную величину действующего в нижнем поясе
фермы растягивающего усилия, а их сечение подбирают с учетом ослабления
тяжей нарезкой под гайки.
Опорные траверсы обычно выполняют сварными и рассчитывают
как
однопролетные балки, лежащие на опорах (опорами являются гайки тяжей),
загруженные отпором торцов нижнего пояса. Для включения в работу нижнего
пояса, тяжи при их установке натягивают до величины действующего в нижнем
поясе растягивающего усилия.
Усиление верхних поясов ферм. Сжатые и сжато-изогнутые элементы
верхних поясов ферм, имеющие составные сечения при недостаточном
количестве связей или некачественно выполненных соединениях могут
потерять проектную форму и выйти из плоскости.
Для уиления таких элементов с противоположной образовавшемуся выгибу
стороны устанавливают дополнительный брус, который притягивают болтами к
усиляемому элементу.
Эти же вышеуказанные недопустимо прогнувшиеся в плоскости изгиба
элементы усиливают двусторонней с помощью гвоздей нашивкой фанерных или
двуслойных
дощатых (с наклонным расположением тонких досок) обшивок, как
это было рассмотрено для составных балок.
Опорные узлы ферм. Опорные узлы ферм, опирающиеся на наружные
стены, при систематическом увлажнении загнивают, что ставит под угрозу
разрушения всю несущую конструкцию покрытия.
После вывешивания фермы дефектный узел вырезают и заменяют его
аналогичным узлом, но образованным из
элементов проката (швеллеров) с
применением сварки. Это выполняют следующим образом.
К горизонтально расположенным швеллерам приваривают опорный лист,
который опирают на продольную стену и в этих же швеллерах закрепляют с
помощью болтов оставшуюся часть опорной панели нижнего пояса фермы.
Далее устанавливают наклонные швеллеры, которые соединяют с
горизонтальными швеллерами на сварке. Между
наклонными швеллерами
вваривают упорную диафрагму, в которую затем упирают оставшуюся часть
опорной панели верхнего пояса, соединив её с наклонными швеллерами на
болтах. Причем в упорной диафрагме устанавливают ребро жесткости,
препятствующее прогибу диафрагмы от давления опорной панели верхнего
пояса.
Опорные узлы на лобовых врубках усиливают с помощью тяжей из
круглой стали. Это
делают следующим образом. После разгрузки фермы к
107
верхней грани нижнего пояса с помощью болтов закрепляют отрезок бруса, к
которому притягивают тяжами элемент верхнего пояса.
Усиление конструкции в целом. Такое усиление выполняют при наличии
многочисленных дефектов и недостаточной несущей способности всей
конструкции. Технические решения таких усилений всегда индивидуальны.
В отдельных случаях может оказаться эффективной установка тяжей,
которые вводят
в состав элементов решетки и поясов.
Другой способ усиления сильно деформированных конструкций связан с
коренным изменением её расчетной схемы. Здесь стропильные фермы могут
быть усилены путем нашивки перекрестных тонких слоев досок на опорные
верхнюю и нижнюю панели поясов. В этом случае опорная панель фермы
становится сплошной конструкцией.
Сегментные фермы могут быть
превращены (после её разгрузки) в
трёхшарнирную арку с постановкой затяжки.
При наличии совокупности серьёзных многочисленных дефектов
конструкции, её усиление оказывается экономически нецелесообразным. В этом
случае необходимо изготовить новую конструкцию и установить её взамен
изношенной.
11. Строительные пластмассы
Процессы получения пластмасс. Пластмассами называют материалы,
которые в качестве основного компонента содержат синтетический полимер.
Пластмассы могут состоять из одного полимера или содержать, кроме
полимера, некоторые вспомогательные вещества, придающие пластмассам
определенные свойства.
Полимеры – это высокомолекулярные соединения, которые получают
(синтезируют) из исходных низкомолекулярных соединений (мономеров).
Название полимера образуется от названия того мономера
, из которого полимер
был получен. Например, полиэтилен получают из этилена, полистирол – из
стирола, поливинилхлорид – из винилхлорида и т.п.
В основе технологии синтеза полимеров лежат два основных метода:
полимеризации и поликонденсации. Поэтому все синтетические полимеры
делят на два основных класса: полимеризационные и поликонденсационные.
Полимеризация. Полимеризация – это процесс соединения большого числа
молекул мономера одного и того же вещества в одну большую макромолекулу.
Химический состав полимера соответствует химическому составу исходного
мономера. Процесс протекает без выделения каких-либо низкомолекулярных
веществ.
108
Поликонденсация. Поликонденсация – это химический процесс получения
высокомолекулярных соединений из мономеров различных исходных веществ.
Процесс сопровождается выделением побочных продуктов (вода, спирт и т.д.).
Подбирая мономеры с различными свойствами в определенных пропорциях,
можно получать пластмассы с заранее заданными свойствами.
Состав пластмасс. В состав пластмасс входят связующие вещества,
наполнители, красители и порообразователи.
Связующие вещества. Ими являются синтетические смолы, которые
определяют основные технологические и эксплуатационные свойства
материала.
Для строительных конструкций в основном применяют следующие смолы:
полиэфирные, фенолоформальдегидные, эпоксидные, мочевино- и
меламиноформальдегидные, а также кремнийорганические.
В зависимости от того, как смола реагирует на нагревание, смолы
подразделяют на термопластичные и термореактивные.
Термопластичные смолы. Способны под
воздействием повышенной
температуры размягчаться. При этом они переходят в вязкотекучее состояние, а
при охлаждении вновь возвращаются в твердое состояние. К термопластичным
смолам относятся – полиметилметакрилат, поливинилхлорид, полистирол,
полиэтилен. Эти смолы применяют для изготовления листовых материалов
(оргстекло, винипласт), клеев для их склеивания, пенопластов, пленок.
Термореактивные смолы – переходят из вязкотекучего состояния в твердое
лишь один раз – в процессе отверждения. Процесс отверждения происходит
при наличии отвердителя или при нагреве. После отверждения
термореактивный материал не размягчается при последующем нагреве, но
незначительно теряет прочность и жесткость. В конструкционных пластмассах
строительного назначения применяют следующие термореактивные смолы:
фенолоформальдегидную, полиэфирную, эпоксидную,
мочевиноформальдегидную. Они применяются для изготовления фанеры,
стеклопластиков, пенопластов,
клеев, древесных пластиков, фасонных деталей.
Наполнители. Наполнители – это компоненты, которые вводят в
пластмассу с целью улучшения ее механических и технологических свойств, а
также для уменьшения стоимости пластмассы. Наполнители могут быть
органического и неорганического происхождения. Могут иметь вид порошков,
волокон, листов: древесная мука, цемент, стеклянные и асбестовые волокна,
бумага, хлопчатобумажные и стеклянные
ткани и т.п.
Красители. Окраска пластмасс осуществляется путем введения красителя в
массу материала. Нужный рисунок и цвет можно получить, если их нанести на
наружный слой листового наполнителя (бумагу, ткань).
109