Применение многослойного клеёного из шпона

КОНСТРУКЦИИ
Применение
многослойного клеёного
из шпона материала
для усиления конструкций
театрально-зрительных
залов
Л.М.Ковальчук, засл. деятель науки РФ,
д-р техн. наук – ЦНИИСК имени В.А. Кучеренко
Автор статьи твёрдо придерживается
мнения, что наиболее перспективное направление применения многослойного
клеёного из однонаправленного шпона
материала – это создание конструкций
различных размеров и форм из серийно
изготовляемых на специализированных
предприятиях элементов стандартного
сортамента [1]. Вместе с тем отмеченное
не исключает применения этого материала
в индивидуальных проектах, в том числе
при усилении деревянных конструкций.
Так, многослойный клеёный материал был
применён для усиления деревянных конструкций зрительного зала Большого театра
в Москве [2]. Необходимость усиления возникла при обследовании конструкций здания в период реконструкции театра.
Работа состояла из двух частей: вначале
были обследованы несущие конструкции
ярусов зрительного зала, затем – перекрытия над залом с подвесным акустическим
потолком (декой).
Несущий каркас ярусов зрительного
зала представляет собой шестиэтажную
конструктивную систему. В поперечном
направлении конструкция представлена
шестиэтажной рамой из стоек и опирающихся на них однопролётных балок с
консолями (рис. 1). Стойки опираются
на нижние продольные прогоны ригелей,
расположенных параллельно кирпичным
стенам зрительного зала. Продольный прогон уложен поверх двухпролётных балок,
38
крайними опорами которых являются две
стены: с одной стороны – кирпичная стена
зрительного зала, с другой – стена, идущая
по линии борта лож бенуара. На продольные ригели опираются поперечные однопролётные консольные балки. Второй опорой поперечных балок является заделка в
кирпичную стену зрительного зала. Балки
имеют консоли вылетом 1,80-2,15 м. Концы консольных балок связаны с бортовым
обвязочным брусом.
При проведении испытаний образцов
древесины, отобранных из эксплуатировавшихся конструкций, и анализе результатов этих испытаний было установлено:
при длительной эксплуатации величины
пределов прочности древесины при сжатии
и изгибе изменялись незначительно, а величина предела прочности при скалывании
снизилась на 30%. Модуль упругости древесины при изгибе снизился на 4-24%.
Уровень несущей способности реальных
конструкций определяли с учётом имеющихся в них дефектов и нарушений первоначальной рабочей схемы, выявленных
при обследовании этих конструкций. Выполненный в ходе работы расчёт послужил
основанием для усиления конструкций, в
том числе стоек в нижних ярусах балочностоечной системы.
Каждую конструкцию обследовали визуально и инструментально, особенно тщательно изучая дефекты в потенциально
опасных местах, характеризующихся боль-
шей вероятностью развития повреждений.
Наиболее значительные повреждения
выявлены в консольных балках ярусов,
которые испытывают большие нагрузки
при заполнении зала зрителями: почти в
каждой пятой балке имелись горизонтальные трещины, в том числе в зонах больших
касательных напряжений. Плохим было
состояние опорных узлов соединений балок со стенами. В период длительной эксплуатации балок у некоторых из них были
сделаны новые опорные узлы, уровень состояния которых был крайне неудовлетворителен. У части балок, заделанных в стены, имелись значительные биопоражения.
Анализ потенциальной опасности выявленных дефектов древесины: биопоражений
в местах контакта древесины с металлом,
недостаточно качественно выполненных
протезов и др. – показал, что необходимо
разработать эффективный способ усиления
балок (и балок с протезами, и балок с заделкой в кирпичные стены). В связи с этим
был предложен универсальный метод усиления балок, в которых были дефекты (горизонтальные трещины, подрезки в местах
протезов и др.) и недостаточно надёжные
протезы, а также крепления элементов балочно-стоечной системы к стенам. Суть
метода состоит в прикреплении накладок
к боковым поверхностям балок и их соединении с кирпичными стенами. В качестве
накладок использовали многослойный
клеёный материал со слоями из лущёного
однонаправленного шпона, аналогичный
материалу Ultralam (рис. 2). Таким образом
были усилены все стойки, имевшие трещины и другие дефекты. Накладки крепили к
балкам и стойкам шурупами и болтами. Характерный узел усиления дефектных конструкций показан на рис. 3.
По завершении работ были даны рекомендации по замене и усилению несущих
конструкций, а также по защитной обработке древесины конструкций.
По результатам исследований, проведённых ЦНИИСКом имени В.А. Кучеренко,
проектной организацией «Реставратор-М»
был разработан проект ремонтно-реставрационных работ по восстановлению деревянных конструкций зрительного зала
Большого театра, который уже осуществлён.
Известно, что из материала типа Ultralam
создают как самостоятельные несущие
конструкции, так и части сложных конструктивных схем. Реже этот материал применяют в качестве обшивок панелей или
других частей зданий и сооружений. Поэтому представляют интерес результаты
выполненных в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии
соответствующих исследований упомянутого материала [3]. Они состоят в следующем: этот материал обладает не только
большей прочностью, но и достаточно хо-
рошими акустическими свойствами, что
делает его перспективным для производства музыкальных инструментов, а также
для сферы строительства и реконструкции
концертных залов, театров и т.п. сооружений. Сейчас это особенно актуально в
связи с дефицитом и большой стоимостью
резонансной ели.
Исследования величин акустических
показателей такого древесного композита
показали, что порода древесины, тип клея
и его количество, число и толщина слоёв
шпона, из которых изготовлен композит,
тесно связаны между собой. Наиболее
важный результат этих исследований таков: композит, изготовленный из слоёв
древесины сравнительно небольшой плотности (например, ели или сосны), имеет
лучшие уровни акустических показателей
при меньшем влиянии других показателей.
Усреднённые величины акустических показателей клеёной слоистой древесины и
образцов еловой древесины составили соответственно: плотности – 470 и 420 кг/м3,
Ка – 10,70 и 12,00 м4/кг·с. На разработанный слоистый композит для дек музыкальных инструментов получен патент РФ [4].
По акустическим показателям клеёный
слоистый материал не уступает натуральной резонансной древесине. При этом разброс величин показателей клеёного материала существенно меньше.
Многослойный клеёный материал из однонаправленного шпона уже используют
при строительстве концертных залов. Так,
в 2000 г. В Финляндии в г. Лахти был построен концертный зал Сибелиуса, акустические элементы стен которого выполнены
из клеёного многослойного материала из
однонаправленного шпона. Несущие конструкции зала представляют собой клеёные
деревянные конструкции. Общий объём
помещения – 90 000 м3. На рис. 4 показан
общий вид зала.
Рис. 2. Усиление консольных балок
Рис. 1. Схема деревянных
конструкций зрительного зала
39
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
Рис. 4. Общий вид концертного зала (г. Лахти)
Рис. 3. Узел усиления дефектных конструкций
Список
литературы
1. Ковальчук Л.М., Пьянов А.Н. Клеёные
деревянные конструкции из унифицированных элементов // Деревообрабатывающая пром-сть. – 2008.– № 6.
2. Ковальчук Л.М., Успенская Н.А., Пьянов
А.Н. Восстановление деревянных конструкций зрительного зала Большого театра
России // Деревообрабатывающая промсть. – 2007. – № 3.
40
3. Лукин В.Г. Исследование возможности использования древесного слоистого
материала для производства музыкальных
инструментов // Деревообрабатывающая
пром-сть. – 2009. – № 6.
4. Пат. РФ №2357300. Акустический материал для резонансных дек музыкальных
инструментов / В.Г. Лукин, В.И. Онегин,
Е.Г. Кузнецова. –2009.