В статье авторы рассматривают перспективу применения металлодеревянных конструкций в современном строительстве.
Ключевые слова: металлодеревянная конструкция, надежность, прочность, условия эксплуатации.
Резко меняющаяся суровая действительность внесла колоссальные изменения в строительную отрасль. Кардинальным образом сейчас пересматриваются решения проблем строительства, рассматриваются новые прогрессивные материалы и технологии, способные существенным образом повысить эффективность отрасли, найдя оптимум в триаде «быстро — качество — недорого».
В настоящее время Минстрой РФ и подведомственные ему организации в ускоренном режиме готовят предложения по совершенствованию сферы технического регулирования в строительстве для обеспечения устойчивого развития отрасли и преодоления спада экономики. Быстрыми темпами идет работа по созданию новой нормативно-технической базы на быстровозводимые здания и сооружения [1]. Очевидно, что в таких условиях целесообразно использовать наработанный годами научно-технический опыт, проанализировав имеющийся задел.
Проведенный анализ достижений показал, что потенциал конструкций из традиционных материалов (бетон, металл, древесина) практически исчерпан. Сейчас проводятся исследования и апробация в области композитных (комбинированных) конструкций, ожидаемый экономический эффект от применения которых по разным экспертным оценкам может превышать 10 %. Их совершенствование позволяет сэкономить не более 10 % материала, в то время как есть потребность в гораздо большей экономии [2].
В настоящей статье авторы предлагают обратить внимание на однозначно недооцененную комбинацию материалов, на основе которой возможно изготавливать металлодеревянные конструкций, которые выгодно отличаются своей технологичностью, невысокой материалоемкостью, транспортабельностью и долговечностью (в определенных условиях эксплуатации и при определенной технологии обеспечения коррозионной и биостойкости), что подтверждается работой [3]. При этом помимо экономической целесообразности применения металлодеревянных конструкций, совместная работа «древесина — металл» обеспечивает необходимый уровень надежности и безопасности. В частности, в работе [4] было показано, что оптимальное напряженно-деформированное состояние металлодеревянных балок со стенкой из стальных профилированных листов достигается путем скрепления с поясами и ребрами деревянного каркаса механическими связями, обеспечивающими включение в общую работу конструкции с повышением общей прочности и жесткости. При этом было зафиксировано незначительное увеличение прогиба на 2,6 %, что соответствует положениям СП 64.13330.
Несомненно, древесина обладает рядом отрицательных свойств, основными из которых являются её склонность к гниению и отсутствие огнестойкости. Но благодаря современным технологиям антисептирования и антипирирования данную проблему удалось решить, доказательством чему служит широкое применение деревянных конструкций при возведении эстакад, мостовых переходов, складских помещений и даже высотных домов в Европе.
В нашей стране проблеме температурно-влажностного воздействия на комбинированные конструкции уделяется также большое внимание. Так, в работе [5] было установлено, что древесина в конструкциях всегда частично пластифицирована влагой, оказывающей влияние на её механические свойства, прочность и деформативность соединений на податливых связях. Увеличение влажности древесины приводит к снижению расчетной нагрузки. Из практики эксплуатации строительных конструкций с соединениями на металлических зубчатых пластинах известны случаи их отказов, одной из основных причин которых является игнорирование при расчете соединений содержания в древесине связанной влаги.
Помимо влажностного состояния древесины, несомненно, необходимо также учитывать при проектировании металлодеревянных конструкций и теплофизические особенности материалов (в частности, коэффициента линейного термического расширения). В этой связи довольно интересные результаты исследования представлены в работе [6], в которой показано, что в нагельном соединении элементов деревянных конструкций при изменении температуры окружающей среды температура металлического нагеля изменяется более интенсивно и более равномерно по сечению изделия, в то время как в древесине процессы тепло- и массопереноса в силу ее особых теплофизических параметров протекают с запозданием. Для древесины процессы «нагрев — охлаждение» происходит с менее выраженной скоростью по сравнению с интенсивностью процессов в металле. Естественно, что в определенный момент времени температура металла достигнет равновесной температуры точки росы, поэтому дальнейшее охлаждение будет сопровождаться выпадением влаги. Так как имеет место контакт «древесина — металл», то будет происходить накопление влаги в деревянных элементах конструкции, что, в свою очередь, приведет к развитию биодеструктивных процессов.
Несомненно, структурные, физико-механические, теплофизические особенности двух разнородных материалов приводят к ограничению области применения металлодеревянных конструкций. Безусловно, данные различия необходимо обязательно учитывать при проектировании конкретных объектов строительства.
Но в любом случае можно констатировать, что применение металлодеревянных балок, ферм и других элементов для возведения быстровозводимых зданий и сооружений имеет огромную перспективу.
Литература:
- Новости ФАУ «ФЦС» [Электронный ресурс] https://www.faufcc.ru/technical-committee-465-construction/news-65498/
- Лисов С. В., Дмитриев П. П., Калинин С. В. Анализ способов соединения стального профилированного листа с деревянным каркасом // вестник оренбургского государственного университета. 2013. № 5 (154). С. 188–193.
- Кузнецов И. Л., Актуганов А. А., Трофимов А. П. Разработка и исследование металлодеревянной двутавровой балки // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2010. № 1 (13). С. 117–121.
- Калинин С. В. Деревометаллические балки со стенкой из стальных профилированных листов: диссертация... кандидата технических наук: 05.23.01 / Пензенский государственный университет архитектуры и строительства. Оренбург, 2013.
- Ермолаев В. В. Влияние влажности древесины на длительную прочность и ползучесть соединений строительных конструкций на металлических зубчатых пластинах: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Казанский гос. архитектур.-строит. ун-т, Казань, 2009.
- Бочков М. В. Процессы тепломассопереноса в нагельных соединениях элементов деревянных стропильных конструкций при циклических режимах эксплуатации: автореферат дис. кандидата технических наук / Иван. гос. политехн. ун-т, Иваново, 2017.
