Конструкции из дерева и пластмасс

Реферат на тему

«Конструкции из дерева и пластмасс»

Киров 2006 г.

1. Дерево и деревянные  конструкции

Капитальное строительство  ведется в нашей стране во все возрастающих объемах. Повышение его качества, ускорение темпов, снижение материалоемкости, трудоемкости и стоимости имеют огромное значение. Широкое применение в строительстве эффективных легких сборных конструкций заводского изготовления позволит существенно ускорить сооружение строительных объектов, упростить и снизить трудоемкость работ по сооружению фундаментов, транспортированию и монтажу зданий и сооружений и получить благодаря этому значительный технико-экономический эффект.

К числу легких строительных конструкций в первую очередь  относятся деревянные конструкции  и конструкции с применением пластмасс.

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..

Деревянные конструкции  являлись основными в течение  многих веков и имеют широкие  перспективы применения в современном  облегченном капитальном строительстве. Огромные лесные, богатства нашей страны являются надежной сырьевой базой производства деревянных строительных конструкций. Основная масса наших лесов находится в отдаленных районах Дальнего Востока и Севера, которые в первую очередь нуждаются в легких конструкциях. Деревянные конструкции характеризуются малой массой, малой теплопроводностью, повышенной транспортабельностью и их перевозки на значительные расстояния вполне рациональны. Легкая обрабатываемость древесины позволяет организовать их изготовление без особых трудностей с применением в основном, стандартного деревообрабатывающего оборудования.

Высокая (относительно массы) прочность древесины позволяет создавать деревянные конструкции больших размеров для перекрытий зданий, имеющих свободные пролеты до 100 м и более.

Деревянные  конструкции подвержены загниванию. Однако современные методы конструктивной и химической защиты от загнивания позволяют снизить до минимума опасность их гнилостного поражения и обеспечить им необходимую долговечность в самых различных условиях эксплуатации.

Древесина является сгораемым материалом. Однако современные деревянные конструкции, состоящие из массивных, в первую очередь клееных, элементов, показывают достаточную степень огнестойкости.

Древесина является стойким материалом в ряде агрессивных по отношению к металлу и бетону сред. Кроме того, деревянные конструкции проявляют необходимую долговечность в ряде сооружений химической промышленности.

Наиболее распространенными  несущими деревянными конструкциями являются балки, арки, рамы, фермы, а также оболочки

Создание  высокопрочных и стойких синтетических полимерных клеев и разработка высокопроизводительной заводской технологии склеивания позволили из пиломатериалов ограниченных размеров создавать клееные элементы и конструкции практически любых размеров и форм, имеющих повышенную прочность и стойкость против загнивания и возгорания и при минимальном количестве отходов.

В современном  строительстве применяются балки, склеенные из досок, уложенных плашмя (дощатоклееные балки), и балки с дощатыми поясами и фанерной стенкой (клеефанерные балки). Дощатоклееные балки изготовляют постоянного и переменного сечения пролетом от 10 до 30 и даже до 40 м. Применяют также балки криволинейного очертания. Из клеефанерных балок наиболее индустриальными оказались балки с волнистой фанерной стенкой, применяемые для пролетов до 14—17 м.

Дощатоклееные арки и рамы используют для покрытия зданий пролетом от 20 до 60 и в отдельных случаях до 100 м. Сечения этих конструкций выполняют, как правило, сплошными прямоугольными, иногда переменной высоты.

В СССР дощатоклееные и клеефанерные трехшарнирные рамы пролетом 18—24 м, а также трехшарнирные арки с прямолинейными дощатоклееными поясами и стальной затяжкой пролетом до 24 м используют для покрытия сельскохозяйственных зданий. Для покрытия складов удобрений применяют опирающиеся на фундаменты трехшарнирные стрельчатые арки пролетом до 50 м. Арки и рамы находят также применение в зданиях общественного назначения: спортзалах, рынках, выставочных зданиях и т. п.

Фермы из клееных  элементов могут использоваться в покрытиях пролетов от 15 до 30, а иногда и до 70 м. В СССР были возведены здания, в которых применялись клееные фермы с верхним поясом из криволинейных (сегментная ферма) и прямолинейных (односкатная и двускатная фермы) элементов пролетом до 24 м.

Деревянные  оболочки в виде куполов сводов, гиперболоидов находят применение для покрытия главным образом общественных зданий. Ребра, бортовые элементы и другие части конструкций, требующие больших поперечных сечений, выполняют клееными, а поле оболочки — многослойным из досок или из фанеры.

Конструкции построечного изготовления из бревен, брусьев и досок, в которых применяют гвоздевые, болтовые и другие соединения, также находят применение

Изготовление  водостойкой строительной фанеры, склеенной  полимерными клеями, дало возможность получать особо легкие и экономные по расходу материалов листовые клеефанерные конструкции.

Производство  и применение клееных деревянных конструкций является одним из главных направлений прогресса в области строительства из дерева. Изготовление этих конструкций расширяется на создаваемых в ряде районов страны специализированных, оборудованных высокопроизводительными машинами, предприятиях.

Основной  задачей промышленности клееных деревянных конструкций является строгое и точное выполнение всех операций технологического процесса, с тем чтобы обеспечить высокое качество и снизить стоимость этих прогрессивных конструкций.

Наибольший  технико-экономический эффект дает их использование в следующих областях строительства: большепролетные общественные здания, промышленные здания с химически агрессивной средой, не действующей на древесину, сборные малоэтажные дома заводского изготовления, сельскохозяйственные производственные здания. Опыт зарубежного строительства показывает также все возрастающий объем применения клееных деревянных конструкций.

Однако в  ряде условий экономически целесообразно  изготовление и применение деревянных конструкций из цельных неклееных элементов, имеющих пониженную стоимость, не требующих специальной технологии склеивания и доступных для изготовления силами строительных организаций.

Прогресс  в развитии современных деревянных (прежде всего клееных) конструкций проявляется в следующем: 1) повышении качества и производительности труда за счет заводского изготовления конструкций и использования сборных элементов на монтаже; 2) стандартизации конструкций, требований к ним и методики оценки их качества; 3) унификации, позволяющей использовать одни и те же изделия, элементы и детали, а также одинаковые технологические процессы для получения более широкой номенклатуры конструкций; 4) использовании элементов большой длины и большого поперечного сечения (существенно превышающих размеры стандартных лесоматериалов); это позволяет перекрывать пролеты значительной величины (до 80—100 м) конструкциями сравнительно небольшой массы; 5) внедрении конструкций на основе листовых материалов и использовании конструкций рациональных форм и сечений; 6) применении в сочетании с древесиной других конструкционных материалов (металлов, пластмасс); 7) увеличении надежности, огнестойкости и долговечности конструкций за счет усовершенствования технологии и методов контроля, а также за счет повышения био- и огнестойкости древесины; 8) рациональном использовании отходов лесоматериалов и низкосортной древесины; 9) дальнейшем совершенствовании неклееных конструкций из брусьев и досок (технология изготовления стыков).

2. Пластмассы  и конструкции из них.

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. — мочевиноформальдегидной 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-формальдегидной 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 с присущими только им свойствами. Теперь пластмассы применяют во всех отраслях народного хозяйства, среди которых строительство является одним из главных потребителей

Конструкции с применением пластмасс стали  широко внедряться в связи с созданием и интенсивным развитием производства синтетических полимерных материалов. Эти материалы образовали целый новый класс конструкционных строительных материалов. В него входят пенопласты, несравненно более легкие, чем все прочие строительные материалы, стеклопластики, мало- и высокопрочные, темные и светопрозрачные, оргстекло, прозрачные и цветные винипласты, воздухонепроницаемые ткани и древесные пластики. Все пластмассовые материалы характеризуются невысокой жесткостью и сгораемостью. Поэтому наиболее целесообразно оказалось их применение в малонагруженных ограждающих конструкциях и в сочетании с более жесткими несгораемыми листовыми металлами, асбестоцементами и др. В этих так называемых слоистых конструкциях эффективно используются высокие теплоизоляционные свойства пластмасс и высокая жесткость, прочность и несгораемость сопутствующих материалов, соединенных между собой высокопрочными синтетическими клеями.

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) светопрозрачные (панели и фонари) ограждающие конструкции; 3) покрытия в виде оболочек; 4) конструкции, работающие в условиях химически агрессивных сред; 5) пневматические (надувные) конструкции (мягкие оболочки).

Светопрозрачные ограждающие конструкции из пластмасс  выгодно отличаются от стеклянных гораздо более высокой прочностью, ударной вязкостью, а некоторые из них и большой проницаемостью для ультрафиолетовых лучей.

Высокопрочные воздухонепроницаемые ткани позволили  начать производство пневматических строительных конструкций — большепролетных оболочек и отдельных элементов, отличающихся высокой сборностью и транспортабельностью.

Наиболее  рациональными областями применения особо легких слоистых конструкций с применением пластмасс являются ограждающие конструкции — плиты и панели промышленных зданий, в первую очередь в отдаленных районах, куда они могут быть доставлены любым видом транспорта, включая воздушный.

 Трехслойные панели для стен и покрытий начали применять в 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.

Значительное  развитие получили в СССР конструкции из оргстекла, применяемые в виде небольших оболочек для заполнения световых проемов в покрытиях (зенитные фонари)

Светопрозрачные конструкции применяют в форме волнистых листов, куполов и трехслойных панелей Светопрозрачные пластмассовые конструкции экономически целесообразно, применять во всех отраслях строительства. Пневматические конструкции незаменимы в качестве временных сборно-разборных покрытий зданий и сооружений различного назначения. Перечисленные конструкции нашли широкое применение в различных отраслях зарубежного строительства.

Применение  стеклопластиков и других пластмасс  для конструкций, работающих в химически агрессивных средах, основано на еще одном положительном свойстве пластмасс — возможности подбора для материала конструкции такого полимера, который был бы инертен (или почти инертен) в данной химически агрессивной среде. Химически стойкие конструкционные пластмассы используют, а 50-х годов для вытяжных труб, воздуховодов, емкостей и других сооружений. Опыт их применения показывает, что они в 7— 10 раз легче стальных и во много раз долговечнее. В отличие от конструкций из традиционных материалов (стали, бетона) они не нуждаются в каких-либо специальных защитных покрытиях, которые в агрессивных средах необходимо регулярно возобновлять.

Пневматические конструкции представляют собой оболочки из воздухонепроницаемых тканей или пленок, несущая способность которых обеспечивается совместной работой со сжатым воздухом. Воздухоопорные конструкции состоят из оболочек, герметически прикрепленных краями к опорному контуру. Они образуют покрытия пролетом до 60 м над помещениями с постоянным небольшим избыточным давлением воздуха. Пневмокаркасные конструкции имеют каркас из отдельных пневыоэлементов — пневмостоек, пнев-мобалок, пневмоарок, поддерживающих покрытия из водонепроницаемой ткани. Пневмоэлементы представляют собой герметически замкнутые баллоны со сжатым воздухом, находящимся под значительным избыточным давлением. Они образуют покрытия над помещениями с естественным воздушным давлением.

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.

                                       Рис. 1.4. Ферма покрытия Московского  манежа (1817)

Рис. 1.3. Фасад и план церкви Воскрешения Лазаря в Муромском монастыре (XIV в

)

Рис. 1.5. Покрытие склада калийной соли по стрельчатым дощатоклееным аркам про 45 м в г. Березники (в процессе строительства)

Рис. 1.7. Экспериментальный  жилой дом

из стеклопластика, пенопласта и других

конструкционных пластмасс (США)