CC BY
32
Вестник ТГАСУ №1, 2007
75
УДК 625.745.12
И. С. ИНЖУТОВ, докт. техн. наук, профессор,
A. Ф. РОЖКОВ, канд. техн. наук,
B.М. НИКИТИН, аспирант,
Сибирский федеральный университет, Красноярск
К ПРОБЛЕМЕ МАЛОЭТАЖНОГО ДОМОСТРОЕНИЯ В СИБИРИ*
Приведено обоснование открытия в Сибирском федеральном университете проектноинновационной лаборатории малоэтажного деревянного домостроения. Для массового строительства наиболее целесообразны деревянные жилые дома большепролетной каркасно-панельной конструкции. Исследовано влияние локального выключения фанерной обшивки из общего изгиба на напряженно-деформированное состояние плит перекрытий.
В последние годы в нашем отечестве наблюдается возвращение интереса к традиционному деревянному строительству.
Причина этого, в первую очередь, в относительно низкой себестоимости деревянного домостроения и меньших сроках строительства. По сравнению с каменными домами из кирпича, блоков, монолита, деревянные дома легче, они не требуют мощных фундаментов, не нарушают естественного ландшафта, их возведение не требует тяжелой техники. Строительство ведется быстро, так как на площадку, как правило, приходит готовый и напиленный по проекту материал, который нужно уложить на подготовленный заранее фундамент.
Президент страны В.В. Путин указывает на необходимость глубокой переработки древесины для использования в домостроении. Мы же везем ангарскую сосну в Европу, США, Японию, Китай. Вместе с тем, панельнокаркасное домостроение является основным типом малоэтажного строительства в Скандинавии, Германии, Канаде и США. Для примера, в 2004 году в США построили 314 млн. квадратных метров жилья из дерева, и только 40 млн квадратных метров каменного. В нашей стране - картина наоборот. В области деревянного домостроения Россия существенно отстает от европейских стран, хотя наш потенциал поистине огромен. Для сравнения: в Центральной Европе потребление древесины составляет примерно 0,2 куб. м на человека в год, а в богатой лесами России - всего 0,07 куб. м (из доклада полномочного представителя Президента Российской Федерации в Сибирском федеральном округе А.В. Квашнина).
Министр регионального развития Владимир Яковлев на одном из совещаний, посвященных выполнению национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России», подчеркнул, что создание деревянных одно- и двухэтажных домов является одной из хороших идей для нашей северной страны, для наших условий.
* По материалам собственных исследований, выполненных в рамках НИР, проводимых по заданию Федерального агентства по образованию в 2006-2007 гг. (рег № 1.1.06 Исследование напряжённо-деформированного состояния крупноразмерных клеефанерных плит. Развитие метода расчёта.).
© И.С. Инжутов, А.Ф. Рожков, В.М. Никитин, 2007
В то время как Финляндия, Швеция, Канада в основной массе строят из дерева, мы, к сожалению, не используем имеющихся у нас прекрасных возможностей. В структуре вводимого малоэтажного жилья на деревянные дома приходится не более 5-6 %. В Сибирском федеральном округе деревянное домостроение занимает в общей структуре около 14 %.
Деревянные дома зарекомендовали себя весьма положительно в условиях вечной мерзлоты и повышенной сейсмики.
Для страны, богатой лесом, такое состояние дел находится в явном противоречии со здравым смыслом.
О технологиях. На сегодняшний день применяется несколько основных типов: строительство из цельного материала (брус различного сечения, оци-линдрованное бревно); клееный брус; деревянно-каркасные конструкции, а также комбинированные варианты. В качестве примера последних можно привести так называемый superlog: тонкий брус на внешних стенах выполняет несущую функцию, а утепление проводится, как в каркасном доме - минерально-ватными плитами с обшивкой внутренней поверхности стен имитацией бруса. В пользу первых двух типов можно сказать, что это наиболее экологичные с точки зрения проживания дома, а каркасные дома предпочитают люди, привыкшие к городскому дизайну и предпочитающие свободу в отделочных решениях.
Использование профилированного бруса в качестве стройматериала обеспечивает высокий уровень теплоизоляции (брус толщиной 140 мм соответствует 640-миллиметровой кирпичной стене). Здесь не требуется дополнительной отделки, и строительство дома в зависимости от его площади занимает около 5 дней.
При производстве дома по каркасной технологии стеновой материал изготавливается из деревянного каркаса толщиной 100 и 150 мм. Отсутствие усадки каркасного дома позволяет производить внутреннюю отделку сразу после строительства, а легкость конструкции значительно снижает нагрузку на грунт, что дает возможность применять более экономичные типы фундамента. По уровню термозащищенности дома, собранные по каркасной технологии, соответствуют характеристикам теплопроводности кирпичной кладки толщиной более 750 мм.
На 1 съезде строителей Сибири в докладе «Основные задачи развития строительного комплекса Сибирского федерального округа в рамках реализации приоритетного национального проекта «Доступное и комфортное жилье -гражданам России» полномочный представитель Президента Российской Федерации в Сибирском федеральном округе А.В. Квашнин особо подчеркнул следующее [1]. В настоящее время существует много фирм, мелких и крупных, предлагающих деревянные дома различных типов. Общим для всех типов домов является отсутствие серийного изготовления конструкций и комплексного массового строительства домов. При таком подходе нельзя говорить о значимой доле этого сегмента строительства в решении жилищной проблемы в стране. В основу организации и функционирования предлагаемого способа решения жилищной проблемы на основе массового строительства
с использованием деревянных клееных конструкций должны быть положены следующие научно-технические и экономические предпосылки.
1. Создаются дома коттеджного типа, предназначенные для массового строительства в малых городах, поселках, населенных пунктах. Строительство должно быть минимально экономически затратным.
2. Дома представляют собой большепролетную каркасно-панельную конструкцию, преимущественно с использованием каркаса (как самостоятельного, так и в составе панелей) из клееной древесины, с обшивками из древесных плит, утеплителем заводского или местного производства.
3. Дома снабжаются системами автономного отопления и санитарнотехнического устройства.
4. Для разработки проектов домов, технических и организационных решений по изготовлению конструкций и строительству домов, что должно быть единой системой, необходимо создание научно-технического центра негосударственного типа. В нем следует сосредоточить разработку системы массового деревянного домостроения, основанной на комплексном решении всех взаимосвязанных вопросов. Эту функцию может выполнять специальная лаборатория деревянного домостроения.
5. Вновь создаваемые домостроительные комбинаты должны выполнять комплексно все стадии: изготовление конструкций, доставку конструкций и оборудования автономного обеспечения на место строительства, сборку зданий с монтажом оборудования автономного обеспечения, включая обустройство территории усадеб.
6. Наиболее экономичный путь решения проблемы на данном этапе -организация домостроительных комбинатов на базе действующих предприятий деревянных клееных конструкций.
Нижнее Приангарье - это практически единственный регион, освоение которого может придать дополнительный импульс развитию всего Красноярского края и России в целом. Так, по запасам высокосортной деловой древесины лесной потенциал этого региона в два раза превосходит потенциал Швеции и в три раза Финляндии.
Это обусловило создание в Институте архитектуры и строительства Сибирского федерального университета «Проектно-инновационной лаборатории малоэтажного деревянного домостроения», перед которой поставлена большая часть из сформулированных выше задач. Следует заметить, что у красноярской школы конструкторов накоплен богатый опыт создания и исследования пространственных конструкций блочного типа, основу которых составляют крупноразмерные плиты с деревянным каркасом и обшивками из древесных материалов.
В частности, такие плиты, в том числе и имеющие консольные свесы, могут быть успешно использованы в качестве междуэтажных или чердачных перекрытий жилых домов (рис. 1). Задача наибольшего снижения стоимости квадратного метра жилья может быть решена как применением тех или иных конструктивных элементов, так и совершенствованием самих конструкций.
Например, экономическую целесообразность крупноразмерных клеефанерных плит можно усилить за счет уменьшения длины клеевых швов, при-
соединяющих обшивку к каркасу. Это определяет уменьшение расхода клея, уменьшение трудоемкости изготовления конструкции.
Рис. 1. Общий вид этажа деревянного большепролетного каркасно-панельного здания
Действительно, в ребристых клеефанерных плитах, загруженных, например, равномерно распределенной по их поверхности поперечной нагрузкой, максимальные нормальные напряжения в ребрах увеличиваются от краев конструкции к середине. Нормальные напряжения в обшивках в сечении, где возникает максимальный изгибающий момент, имеют максимум над ребрами и минимум в поле между ними (рис. 2).
Это наводит на мысль, что без заметного уменьшения несущей способности плиты определенная часть слабо нагруженной обшивки может быть выключена из общего изгиба [2].
С целью установления размеров указанных участков обшивки и выявления влияния типа поперечного сечения и геометрических параметров конструкции проведены численные исследования крупноразмерных плит, имеющих карнизные свесы. Конструкцию плиты образуют продольные несущие деревянные ребра, вспомогательный дощатый каркас, фанерная обшивка и диафрагмы. Изучали плиты с П-образным поперечным сечением и с сечением в виде «2 Т» (рис. 3). В статических расчетах, выполненных с использованием программного пакета SCAD, при фиксированном пролете l = 9,0 м варьировали: ширину плиты от 1,5 до 3,0 м, длину выключаемого из работы участка фанерной обшивки l0 от 1 до 4 м (от торцов). На расчетной схеме основные элементы плит моделировали 4-угольными оболочечными конечными элементами (рис. 2).
Распределенную нагрузку интенсивностью qB = 1,82 кН/м прикладывали к поперечным вспомогательным ребрам, а от утеплителя - интенсивностью qA = 0,12 кПа - к фанерной обшивке. Собственный вес плиты в программном комплексе SCAD задавался автоматически.
Рис. 2. Конечно-элементная модель плиты и распределение нормальных напряжений в обшивке вдоль основного ребра и по ширине расчетного сечения
,1
вспомогательный каркас
несущие ребра
вспомогательный
д
несущие ребра
?У\/У УУЙ
диафрагма
диафрагма
н - ■ ■ ■ обшивка Ы
N № И
'ул/\т
Рис. 3. Поперечное сечение плит: П-образное и в виде «2 Т»
Исключение участков обшивки из общего изгиба конструкции моделировали уменьшением значения модуля упругости соответствующих конечных элементов с Е = 9-106 кПа до Е = 1 кПа.
Степень влияния длины упомянутых участков обшивки на напряженно-деформированное состояние плиты оценивали при помощи редукционного коэффициента, который вычисляли по формуле:
с „
ср
Kred =- .
а
max
где КгеЛ - коэффициент неравномерности распределения нормальных напряжений по ширине обшивки (редукционный коэффициент).
По результатам расчетов были построены графики зависимости величины редукционного коэффициента КгеЛ от отношения длины обшивки к длине плиты l0/l (рис. 4).
Из графиков видно, что при выключении из работы участков обшивки длиной от торцов в диапазоне с = (1/10-2/7)l значения КгеЛ изменяются незначительно. При с = (2/7-2/5)l значения Кгеd уменьшаются для плиты:
- имеющей П-образное сечение шириной 2,09 м - на 32 %;
- имеющей сечение в виде «2 Т» в зависимости от ширины - от 7,2 % до 20,8 %.
Рис. 4. График зависимости значения редукционного коэффициента Ке<1 от отношения 10/1
Вестник ТГАСУ Ml, 2007
81
Следует заметить, что выключение части обшивки из работы плиты на общий изгиб сказывается заметно сильнее на НДС (до 11 %) в плитах с деревянной обшивкой, по сравнению с плитами, имеющими фанерную обшивку. Это позволяет сделать вывод, что чем тоньше обшивка, тем может быть больше длина ее участка, выключаемого из совместной работы с основными несущими ребрами.
Критерием предельной длины выключаемого участка является достижение значения максимального нормального напряжения в растянутой зоне основного несущего ребра в расчетном сечении величины расчетного сопротивления древесины при изгибе. Расчеты показали, что без ущерба несущей способности ребристой плиты допускается не приклеивать участки фанеры от торцов до 2/7 длины плиты.
Библиографический список
1. Стенограмма I съезда строителей Сибири // http://www.sibacc.ru/activity/architecture/passed/.
2. Рожков, А.Ф. Способы повышения эффективности крупноразмерных плит с деревянной обшивкой / А.Ф. Рожков, С.В. Деордиев, В.И. Жаданов // Вестник ОГУ. - Т. 2. - 2005. -№ 10. - С. 136-139.
I.S. INZHUTOV, A.F. ROZHKOV, V.M. NIKITIN
TO THE PROBLEM OF LOW-RISE HOUSE BUILDING IN SIBERIA
Timber houses with large-span frame-panel structure are more economically appropriate for mass building. The influence of the local action of veneer sheathing from the general bend on the stress-strained condition of floor slabs has been investigated. On practice it is fulfilled by veneer fastening to the slab parts of the frame by screws instead of sticking.
УДК 624.078.412.001.24:691.022-413
Б.С. СОКОЛОВ, докт. техн. наук, профессор, чл.-корр. РААСН,
Г.П. НИКИТИН,
КГАСУ, Казань
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОМБИНИРОВАННЫХ СТЫКОВ ПАНЕЛЕЙ ЗДАНИЙ
В статье приведены результаты численных и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния комбинированных стыков крупнопанельных зданий. В исследованиях варьировались параметры, имеющие существенное влияние на работу стыков железобетонных конструкций. Получены возможные схемы разрушения платформенных стыков. Предложена расчетная схема для оценки прочности стыков, даны ее физические и статические характеристики. Разработана методика расчета прочно-
© Б.С. Соколов, Г.П. Никитин, 2007
