Краткий исторический обзор развития деревянных и пластмассовых конструкций

Дерево — древнейший конструкционный материал, применяе­мый человеком со времен первобытнообщинного строя. Являясь одним из элементов материальной культуры, деревянные конст­рукции на протяжении всей своей истории развивались соответст­венно уровню и состоянию производительных сил каждой истори­ческой эпохи. Развитие деревянных конструкций имело тенденцию к созданию систем, элементов и видов соединения, которые позво­ляли бы экономить древесину и наилучшим образом учитывать ее физико-механические особенности. Археологические исследования дают представление о роли де­рева на ранней стадии развития культуры человечества. Имея в своем распоряжении несовершенные инструменты (главным обра­зом каменный топор), человек был вынужден применять преиму­щественно цельные круглые деревянные элементы. Из этого материала сооружались жилища и их покрытие, ограды в виде часто­колов, простейшие пешеходные мосты через водные преграды, свайные постройки. Последующее развитие материальной культуры и появление более 'совершенных орудий производства позволили создать более совершенные деревянные конструкции и постройки. Так, прообразом древнегреческих ордеров, оказавших столь большое влияние на развитие архитектуры вообще, являются де­ревянные элементы: столбы, балки из брусьев, стропила Строители Древнего Рима являлись создателями мостов весь­ма рациональной конструкции. Принятая ими схема расположения несущих элементов оказалась столь удачной, что применяется до-наших дней в мостах временного назначения. Вполне естественно, что особенно широкое распространение деревянные сооружения и конструкции получили в районах, богатых лесом. Это убедительно подтверждается историей и опытом деревянного строительства на территории нашей страны. Уже в-конце прошлого тысячелетия искусными русскими плотниками возводились многочисленные деревянные здания разнообразного назначения: жилые избы, храмы, крепости, дворцы. О размере и облике этих сооружений можно судить по дошедшим до нас летописям и запискам иноземных путешественников. Так, в X в. в Нов-городе была возведена дубовая соборная церковь Софии, снабженная 13 главами. Это сооружение не дожило до наших дней: оно сгорело в XI в. Самое древнее из сохранившихся на территории СССР деревянных сооружений — маленькая церковь Воскрешения Лазаря в Муромском монастыре Карельской АССР. В конце XIX в. вокруг нее для защиты был сооружен срубфутляр. До наших дней сохранились также многие другие деревянные церкви и крестьянские постройки в Архангельской, Вологодской, Ленинградской об­ластях и Карельской АССР. Их возведение датируется XVI—>' XVIII вв. Некоторые из них отличаются богатством архитектурных форм и сложными конструктив­ными решениями, как, напри­мер, 22-главая Преображенская церковь в Кижах (1714), Другим шедевром русского де­ревянного зодчества был деревянный дворец в Коломенском под Москвой (просущество­вал с конца XVII до середины XVIII в.). Все эти здания, различаясь размерами, архитектурным убранством, соотношением объемов, базировались на одном общем для них конструктивном принципе — на применении бревенчатого сруба-клети с его многочисленными разновидностями. Важный шаг в развитии стержневых систем применительно к деревянному мостостроению связан именем итальянского архитектора XVI в. Палладио. Им было предложено несколько вариантов стержневых систем, включая ригельно-подкосную схему, стати­чески определимые и статически неопределимые фермы. Совершенствование деревянных конструкций в отечественном строительстве началось в XVIII в., когда возникла потребность в таких конструкциях, форма и пролеты которых не могли быть обеспечены на основе срубов-клетей. Эти конструкции были выполнены как стержневые системы из брусьев. Этому во многом способствовало возникновение и развитие в России лесопильного производства. В это же время (XVIII—XIX вв.) был создан ряд значитель­ных сооружений: деревянный шпиль башни Адмиралтейства (1738), деревянные фермы пролетом около 50 м покрытия Московского манежа (ныне Центральный выставочный зал) (рис. 1.4) и др. Особенно следует выделить проект деревянного моста пролетом 298 м через реку Неву, разработанный И. П. Кулибиным. Мост был запроектирован в виде комбинированной системы, состоящей из деревянной гибкой арки и криволинейного элемента жесткости. Эту конструкцию отличает ясная статическая схема, в которой основной несущий элемент — арка — имел сечение из нескольких брусьев, а элемент жесткости был выполнен в виде сквозной мно­горешетчатой бесшарнирной арки. Рациональное распределение функций между этими двумя основными элементами позволило применить простые и надежные виды соединений: упор для стыко­вания элементов гибкой арки и болты для крепления раскосов в элементе жесткости. Предложенная впервые И. П. Кулибиным, идея многорешетчахой фермы находила применение во многих де­ревянных конструкциях XIX и XX вв. как в нашей стране, так и за рубежом. Быстрое развитие деревянных конструкций, прежде всего мо­стостроения, отмечаемое в первой половине и середине XIX в. в России, тесно связано с именем другого нашего выдающегося со­отечественника — Д. И. Журавского. По его проектам в то время был построен ряд деревянных железнодорожных мостов. Он доказал, что усилия в стойках и раскосах фермы при сплошной наг­рузке убывают от опор к середине пролета, вывел формулу для сдвигающих усилий при изгибе сплошной балки, предложил способ расчета шпоночных соединений, экспериментально обосновал допускаемые напряжения в деревянных элементах в зависимости от вида напряженного состояния. Вторая половина XIX в. характеризовалась внедрением в качестве конструкционных материалов стали и железобетона, так что дерево утратило свою ведущую роль в инженерных конструкциях. В это же время развивается тенденция применения дощатых пи­ломатериалов взамен брусьев и бревен и попытки сплачивания досок в большеразмерные сечения с помощью гвоздей и болтов; в конце XIX в. появляются первые клееные конструкции. В конце XIX и начале XX в. сооружаются также первые деревянные пространственные конструкции: многослойные гвоздевые своды и сетчатые башни-оболочки. Эти виды конструкций были разработаны русским ученым и инженером В. Г. Шуховым. После Октябрьской революции в восстановительный период и в годы первых пятилеток деревянные конструкции широко приме­нялись в отечественном строительстве. К этому времени относится разработка и внедрение ряда новых конструктивных форм и но­вых видов соединений, способствовавших повышению эффективно­сти деревянных конструкций. В 20-е годы начали применять дощато-гвоздевые конструкции в виде балок с перекрестной дощатой стенкой. Позднее, в начале 30-х годов, перекрестная дощато-гвоздевая система была исполь­зована в пространственных конструкциях (цилиндрических сводах- ' оболочках, башнях). К этому же времени относится успешное ос­воение и применение для сводов и других пространственных по­крытий кружально-сетчатых конструкций системы С. И. Песель­ника. Из предложенных в это время новых видов соединений от­метим пластинчатые нагели инж. В. С. Деревягина, которые ус­пешно применялись для изготовления деревянных брусчатых ба­лок и верхних сжато-изогнутых поясов ферм. В годы первых пятилеток В. Г. Ленновым предложена когте-вая шайба, позволяющая существенно повысить несущую способ» ность болтового соединения деревянных элементов за счет дроб­ной передачи усилия; тогда же начались отечественные исследо­вания в области клееных деревянных конструкций. В эти годы в особенно в годы Великой Отечественной войны деревянные конст­рукции широко использовались в строительстве мостов и зданий. Их применение позволяло экономить металл, необходимый для во­енных нужд.

Пластмассы начинают свою историю с 1872 г., когда был по­лучен целлулоид—жесткий прозрачный материал, вырабатывае­мый из растительной клетчатки (целлюлозы). Будучи полученным из органических материалов естественного происхождения, целлу­лоид является искусственным высокомолекулярным соединением. С 1907 г. по методу, предложенному Л. Бакелендом, начали производить пластмассы на основе феноло-формальдегидной смолы. В отличие от целлулоида эти смолы являлись синтетическими соединениями, так как их получали путем синтеза из более простых химических соединений—фенола и формалина. В последующие годы началось производство и других синтети­ческих смол: с 1924 г. — мочевино-формальдегидной смолы, а с 1938 г. — меламиновой смолы. В 30-е годы начинается промышленное производство таких пластмасс, как поливинилхлорид, полистирол. В 1940 г. в Англии был получен полиэтилен, а в послевоенные годы — полиэфирные и эпоксидные смолы. В 1943 г. в США был получен первый стекло­пластик— материал, состоящий из отвержденной феноло-формаль-дегидной смолы, армированной стеклянным волокном. В первые годы появления пластмасс им предназначалась роль заменителей металлов (в особенности дорогостоящих цветных ме­таллов) и других дефицитных материалов. Однако в последние 20 лет были разработаны многочисленные материалы, базирую­щиеся на модифицированных (видоизмененных) и вновь получен­ных полимерах, которые обладают комплексом свойств, не встре­чающихся у неорганических материалов. Высокая прочность, не­большая плотность, простота переработки и возможность варьирования в широком диа­пазоне других эксплуатацион­ных свойств быстро преврати­ли пластмассы в незаменимые конструкционные материалы о присущими только им свойст­вами. Теперь пластмассы применяют во всех отраслях на­родного хозяйства, среди кото­рых строительство является одним из главных потребите­лей.

Рис. 1.7. Экспериментальный жилой дом из стеклопластика, пенопласта и других конструкционных пластмасс (США)

Впервые пластмассы для строительных конструкций начали применять, за рубежом в 1956—1957 г., когда во Франции, а затем в США были созданы отдельные экспериментально-рекламные цельнопластмассовые жилые дома (рис. 1.7), демонстрировавшие возможности таких конструкционных пластмасс, как стеклопласти­ки, пенопласты, винипласт, синтетические клеи. В СССР широкое внедрение пластмасс в строительство нача­лось после решения майского (1958 г.) Пленума ЦК КПСС, на­метившего программу развития химической промышленности и внедрения ее продукции в различные отрасли отечественной эко­номики. К началу 60-х годов были определены основные области приме­нения строительных конструкций на основе пластмасс: 1) совмещенные * несветопрозрачные панели стен и покрытий; 2) свето-прозрачные (панели и фонари) ограждающие конструкции; 3) по­крытия в виде оболочек; 4) конструкции, работающие в условиях химически агрессивных сред; 5) пневматические (надувные) кон­струкции (мягкие оболочки). Трехслойные панели для стен и покрытий начали применять я США и западноевропейских странах в послевоенные годы вначале для одноэтажного стандартного домостроения и временных зданий, а затем в качестве навесных панелей в промышленных и об­щественных зданиях. Все многообразные варианты таких панелей объединяются по одному главному признаку: наличию двух разнесенных слоев (обшивок), выполненных из жестких листовых материалов (металла, асбестоцемента, стеклопластика) и включенного между ними лег­кого тепло- и звукоизолирующего среднего слоя. Все три слоя выполняют и несущие функции. Небольшая собственная масса панелей и плит со средним слоем из пенопласта (200—700 кг/м²) обеспечивает эффективность их применения в первую очередь для зданий, строящихся в отдаленных и труднодо­ступных районах. В СССР разработка таких панелей и плит ведет­ся с 1958 г. В 1959 г. в Воскресенске, а также в Люберцах были построены экспериментальные жилые дома со стеновыми трехслой­ными панелями, имевшими обшивки из асбестоцемента. Панели с обшивками из алюминия и средним слоем из пенопласта были раз­работаны в 1960 г. Они эксплуатируются в здании обогатительной фабрики в г. Мирном Якутской АССР и других промышленных объектах этого района. В последующие годы усовершенствованные варианты таких панелей и плит нашли применение для стен и покрытий промышлен­ных, жилых и сельскохозяйственных зданий. Свегопрозрачные конструкции применяют в форме волнистых листов, куполов иь,т.рехслойных панелдй, для которых используют Пневматические конструкции характеризуются предельной лег­костью, транспортабельностью в сложенном виде и возможностью их возведения в кратчайшие сроки, измеряемые днями. Они имеют благоприятные перспективы применения в качестве временных сборно-разборных покрытий различного назначения, в виде укры­тий и опалубки на строительных площадках, в виде отдельных стоек, мостиков, небольших плотин и др. Опытное применение пневматических конструкций было начато за рубежом в 1945 г. и в нашей стране в 1960 г. Эксплуатация-. пневматических покрытий складских, производственных, зрелищ­ных, спортивных и других объектов показала их рациональность. В настоящее время начато серийное изготовление пневматических конструкций и их расширенное применение в строительстве.

Поиск по сайту: