Деревянные арки – основные этапы эволюции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

Деревянные арки - основные этапы эволюции

Жаданов В.И.

Инжутов И.С.

г. Йошкар-Ола

Строительная конструкция под наименованием «арка» соответствует латинскому термину «arcus» - дуга, изгиб, лук / 1 /. Нельзя точно определить, где впервые появилась арка, так как по своей сути арки были всегда. Сама природа создавала удивительные арочные конструкции, начиная от обычных криволинейных входов в пещеры и кончая большепролетными арочно-сводчатыми естественными конструкциями, до сих пор поражающими воображение людей.

Рисунок 1 - Общий вид Траянского моста, возведенного через Дунай по приказу императора Траяна древнеримским инженером-строителем Аполлодором Дамасским. Общая длина моста 1071 м. Количество опор - 20.

Богатая история развития деревянных арочных конструкций неразрывно связана с мостостроением / 2 /. Мосты с деревянными пролетными строениями отличались легкостью и возможностью быстрого возведения. Характерными примерами таких сооружений могут служить Траянов мост, самый длинный мост античности, перекинутый в 103 - 105 годах по проекту Аполлодора Дамасского через реку Истр (Дунай) поблизости от современных городов Дробета-Турну-Северин (Румыния) и Кладово (Сербия), а также мост Кинтай (Kintai Bridge) - деревянный арочный через реку Нишики (Nishiki) в западной части Японии, построенный в 1673 году. В этих мостовых сооружениях деревянные легкие пролетные строения удачно сочетались с массивными каменными опорами, что можно считать примером применения в строительстве комбинированных конструкций, состоящих их разномодульных материалов (рисунок 1, 2).

Построен мост в сжатые сроки в преддверии готовившейся Траяном войны с даками. Через 200 лет император Аврелиан, столкнувшись с нашествием готов, повелел разрушить его, чтобы затруднить неприятелю переправу через Дунай.

Рисунок 2 - Арочный мост Кинтай с деревянными пролетными строениями, Япония, 1673 год. Пролет арок 35,0 м.

Арки изготовлены без использования гвоздей и болтов из гнутых брусьев, для чего их распаривали, выгибали, высушивали в изогнутом состоянии, затем собирали в арки, сплачивая брусья и стыкуя их «в разбежку» с помощью металлических лент и зажимов.

Говоря о деревянных мостах, уместно вспомнить, что еще в 70-х годах XVIII-го столетия знаменитый механик Русской Академии наук И.П. Кулибин разработал проект грандиозного деревянного арочного моста через реку Неву пролетом около 300 м (рисунок 3). Вот как позже оценил эту работу известный русский строитель деревянных железнодорожных мостов Д.И. Журавский: «На ней печать гения; она построена по системе, признаваемой новейшею наукою самой рациональною; мост поддерживает арка, изгиб ее предупреждает раскосная система, которая по неизвестности того, что делается в России, называется американской». В 1776 году модель моста пролетом 30 м была испытана, при испытаниях присутствовал среди прочих академик Л. Эйлер, подтвердивший правильность расчетов И.П. Кулибина. Правильность этих расчетов подтверждена и результатами успешных испытаний модели моста.

В России многие арочные мосты в городах и на шоссейных дорогах строили по аркам из выгнутых после пропаривания брусьев, сплачивая их на врубках (прямых или с косым прирубом), позже на шпонках с использованием хомутов и болтов. Самый большой однопролетный арочный мост был построен через реку Вепрьж. Мост имел ясную конструктивную схему, свойственную современным мостам этого типа.

Из-за большой трудоемкости изготовления арок из гнутых брусьев русские мостостроители от них отказались и уже при возведении моста пролетом 47 м через реку Куру в 1851 г (Тифлис) его арки были изготовлены из гнутых плашмя досок без предварительного пропаривания, сплоченных на дубовых нагелях.

Рисунок 3 - Общий вид арочного моста многорешетчатой комбинированной системы И.П. Кулибина: а - общий вид; б - конструктивная схема.

Деревянные арки издавна использовали не только в мостостроении, но и в гражданском строительстве в покрытиях зданий павильонного типа. Арки изготавливали из гнутых плашмя досок, используя для сплачивания гвозди и болты. Такие арки в Европе получили известность как арки Эми (рисунок 4). Из досок, поставленных на ребро (косяков), стали изготавливать кружальные арки, известные как арки системы Делорма (рисунок 5).

Ограниченная высота косяков в кружальных арках Делорма и, следо-вательно, ограниченная их несущая способность, повышенная гибкость арок Эми из гнутых досок из-за нарастающей во времени податливости креплений, используемых при сплачивании досок, существенно сузили область применения таких арок в строительстве, в частности, арки Делорма и Эми использовали в качестве несущих конструкций в легких покрытиях с пролетами, обычно, не более 18,0 м.

Рисунок 4 - Арки Эмми из гнутых досок, сплоченных между собой на болтах и хомутах, пролет 19,5 м. ( XIX век).

Рисунок 5 - Кружальные арки системы Делорма в покрытии здания, построенного в XVIII веке в Париже.

Однако легкость выгиба досок и доступность средств сплачивания их в изогнутом состоянии побуждали конструкторов к созданию новых дощатых конструкций арочного очертания, способных перекрывать большие пролеты и свободных от недостатков арок Делорма и Эми. Например, часто между точками раскрепления в двухветвевых сечениях арок располагали еще и доски, поставленные на ребро, скрепляя их с упомянутыми ветвями. Такой конструктивный прием позволял увеличить пролеты арок из гнутых досок даже до 30,0 м.

В 1873 году в Вене на международной выставке был возведен павильон с арочными несущими конструкциями, в каждой из которых сочетались арка Делорма с аркой Эми. Такое сочетание в существенной мере избавляло использованную новую конструкцию от недостатков, свойственных упомянутым аркам. Арки имели двутавровое сечение, в котором пояса были выполнены из арок Эми, а стенкой служила арка Делорма, выполняющая роль шаблона при наборе поясов, а под нагрузкой работающая на усилия сдвига. Это конструктивное решение оказалось удачной находкой, а заложенная в нем идея плодотворной, оказавшей несомненное влияние на развитие дощатогвоздевых сплошностенчатых и решетчатых арок с поясами из гнутых досок и брусков. арка гвоздь деревянный мост

В России такие конструкции были созданы в виде двух и трех-шарнирных дощатогвоздевых и решетчатых арочных ферм с поясами из гнутых досок и решеткой из брусков для пролетов до 60,0 и более метров.

С появлением водостойких синтетических клеев и созданием заводов клееных деревянных конструкций конкурентная способность арок возросла и область их использования так расширилась, что клееные арки стали одной из конструктивных форм, наиболее востребованных в деревянном строительстве. Их стали применять для перекрытия пролетов до 100 и более метров, при этом опыт проектирования и применения показал, что эффективность клееных арок возрастает с увеличением перекрываемых пролетов. Наиболее широко клееные арки используют в покрытиях общественных, сельскохозяйственных и ряде промышленных зданий, в транспортном строительстве в качестве пролетных строений мостов и мостовых сооружений (рисунок 6) / 3, 4, 5, 6 /.

Рисунок 6 - Монтаж арок пролетом 48 м. легкоатлетического манежа Московского государственного строительного университета (2012 г.) / 7 /.

Проведенный анализ основных путей эволюции деревянных арочных конструкций показал, что возможности совершенствования их конструктивных решений, методов расчета, развития технологий изготовления, сборки и монтажа, а также повышения эффективности применения еще очень далеки от исчерпания. Наиболее актуальными направлениями исследований на современном этапе, реализуемыми в том числе авторами настоящей статьи, являются:

- исследование НДС арочных конструкций при воздействии переменной влажности, при сейсмических нагрузках, а также длительно-действующих статических нагрузках;

- разработка новых конструктивных решений арок / 8 /, а также их узловых сопряжений, в том числе с применением современных конструкционных материалов (стеклопластики, листовые материалы на основе древесины типа OSB, LVL, углепластики и т.п.);

- изучение влияния технологических несовершенств (допусков на изготовление, сборку, монтаж) на НДС арочных конструкций;

- разработка методик расчета арок и рам с учетом включения ограждающих элементов в общую работу основной несущей конструкции;

- совершенствование и разработка новых типов пространственных арочных систем.

Список литературы

1. Архитектурно-строительная энциклопедия. Справочник - словарь / Под ред. А.Б. Голышева. - М.: АСВ, 2006. - 360 с.

2. Дмитриев, П.А. Арочные и рамные конструкции на основе древесины и древесных материалов / П.А. Дмитриев, В.И. Жаданов. - Оренбург: ИПК «Университет», 2013. - 186с.

3. Атлас деревянных конструкций / К.Г. Гетц, Д. Хоор, К. Мелер, Ю. Наттерер. Пер с нем. - М.: Стройиздат, 1985. - 272 с.

4. Дмитриев, П.А. Конструкции из дерева и пластмасс. Специальный курс. Автодорожные и пешеходные мосты / П.А. Дмитриев. - Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2002. - 192 с.

5. Жаданов, В.И. Большеразмерные совмещенные плиты из клееной древесины и пространственные конструкции на их основе (монография) / В.И. Жаданов, Г.И. Гребенюк, П.А. Дмитриев // Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2007. - 209 с.

6. Ковальчук Л.М. Производство деревянных клееных конструкций / Л.М. Ковальчук. - М: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2005. - 334 с.

7. Турковский С.Б. Клееные деревянные конструкции с узлами на вклеенных стержнях в современном строительстве (система ЦНИИСК) / С.Б. Турковский, А.А. Погорельцев, И.П. Преображенская. - М: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2013. - 308 с.

8. Патент РФ 2501214. Арочная конструкция для покрытий зданий. Дмитриев П.А., Жаданов В.И., Аркаев М.А., Михайленко О.А. Опубл 20.08.2013. Бюл. №23. - 7 с.

Размещено на Allbest.ru