Наличие огромных лесных запасов на территории нынешней России явилось основой использования древесины в качестве строительного материала для возведения зданий и сооружений жилищного, хозяйственного, культового и других назначений.
Первой конструктивной формой строений явился прямоугольный в плане сруб из бревен. С увеличением площади и объемов строящихся сооружений и в связи с различным их назначением, срубы стали возводить многоугольными в плане, с наличием внутренних стен, обеспечивающих неизменяемость сооружений и устойчивость наружных стен. Опытным путем определялись габариты сооружений, обеспечивающие надежность сооружений. Совершенствовались узловые соединения бревен, которые требовали большого плотницкого мастерства. Образцом такого строительства являются существующие нынче храмы в Кижах на Онежском озере, постройки в Малых Карелах Архангельской области.
С конца XVII века, когда появилась возможность распиловки бревен на брусья и доски, деревянное строительство вышло на новый этап. Более экономичные и легкие сечения древесины позволили создавать эффективные стержневые системы, позволяющие перекрывать значительные пролеты, что дало толчок в развитие архитектуры, мостостроении.
Наиболее ярким примером использования древесины в качестве стропильных конструкций является конструкция шпиля Адмиралтейства, осуществленная по проекту И.К. Коробова и сохраненная А.Д. Захаровым при перестройке башни в начале XIX века, фермы для перекрытия Манежа в г. Москве пролетом 48 м, построенные в 1817 г. А.А. Бетанкуром.
Значительная роль в создании инженерных сооружений принадлежит выдающемуся русскому изобретателю Ивану Петровичу Кулибину (1735- 1818), разработавшему проект моста через Неву пролетом около 300 м.
Одним из первых он использовал результаты экспериментов для проектирования моста. Построенная Кулибиным модель моста в 1/10 натуральной величины (пролет около 30 м) успешно выдержала испытания. Хотя проект так и не был реализован, но принципы его конструирования оказали значительное влияние на дальнейшее развитие инженерных конструкций.
Принцип блокирования плоских 3-х ветвевых ферм, в коробчатую систему посредством решетчатых связей, намного определил инженерные решения того времени и явился прототипом нынешних стержневых пространственных конструкций.
Огромный вклад в создание деревянных инженерных конструкций и теорию их расчета внес Дмитрий Иванович Журавский (1821 -1891). Применяемая ныне в нормативных документах формула для определения касательных напряжений при изгибе деревянного элемента была выведена им при изучении возможности сплачивания деревянных брусьев по высоте. Он впервые выявил явление сдвига при изгибе, которое приводило к разрушению высоких балок и дал метод расчета составной брусчатой балки с соединением на шпонках. Д.И. Журавский на деревянной ферме с параллельными поясами и крестообразной решеткой со стойками (ферма Гау) доказал, что усилия в элементах решетки не равны между собой, а уменьшаются по мере удаления от опор к середине. Одновременно им доказано, что при перемещении сосредоточенной нагрузки усилия в элементах могут даже менять знак. Вклад Д.И. Журавского в отечественную науку не ограничивался изучением деревянных конструкций, его методы расчета статически определимых и статически неопределимых систем намного определили то время и актуальны по сегодняшний день.
Большой вклад в создание пространственных деревянных конструкций и сооружений внес Владимир Григорьевич Шухов (1853-1939).
После Великой Октябрьской Социалистической революции учеными за 20-30 лет была создана система нормативных документов по проектированию деревянных конструкций, основные положения которых являются основой Строительных норм и правил П-25-80 "Нормы проектирования. Деревянные конструкции". В создание этих документов, а также в разработку новых видов конструкций внесли большой вклад такие ученые как Г.Г. Карлсен, Ю.М. Иванов, В.Ф. Иванов, В.М. Коченов, М.Е. Каган, Г.В. Свинцицкий, Е.М. Знаменский и многие другие, работавшие в коллективах отделов и кафедр ЦНИИСК им. Кучеренко, Военно-инженерной Академии им. Журавского, Московского и Ленинградского инженерно-строительных институтов.
После Великой Отечественной войны в связи с развитием индустрии сборного железобетона на некоторое время произошел спад в объемах строительства с применением деревянных конструкций, но это не отразилось на уровне научных достижений. Более того, география научных школ расширялась за счет региональных вузов таких городов как Архангельск, Новосибирск, Нижний Новгород, Воронеж. Усилиями специалистов была создана нормативная база по проектированию деревянных конструкций, что позволило в 60-х годах в связи с резким увеличением строительства на селе и с пуском в строй заводов и цехов клееных конструкций, заводов деревянного домостроения вновь увеличить объемы строительства с применением деревянных конструкций. Увеличение объемов строительства дало дальнейший толчок развитию научной мысли. Восстанавливались научные коллективы в традиционных центрах, где создавались новые экономичные конструктивные решения деревянных конструкций и методы их расчета. Ученики этих центров, возглавив отдельные направления сами создали научные школы в новых регионах.
Наряду с научными коллективами большой вклад в развитие деревянных конструкций внесли специалисты проектных институтов, таких как: ЦНИИЭП им. Мезенцева, ЦНИИЭПсельстрой, Гипролеспром, Гомелыражцанпроект и др. 4
За последние двадцать-тридцать лет построены многие уникальные здания и сооружения с применением деревянных конструкций. В первую очередь это арочные конструкции с различными конструктивными решениями восприятия распора.
Дворец спорта в г. Архангельске перекрыт трехшарнирными клееными деревянными арками пролетом 63 м. Шаг арок 6 м, сечение 320x1600 мм. Распор воспринимается железобетонными конструкциями примыкающих помещений.
Дворец спорта в г. Твери перекрыт клееными деревянными рамами, состоящими из одного криволинейного и двух прямолинейных элементов сечением 400x1650 мм. Шаг рам 6 м. Распор воспринимается железобетонными конструкциями примыкающих помещений (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид дворца спорта в Твери.
Олимпийский тренировочный манеж в Минске перекрыт трехшарнирными клееными деревянными арками пролетом 49 м. Шаг арок 6 м, сечение 220x1100 мм. Распор воспринимается железобетонными контрофорсами.
Тренировочный каток с искусственным льдом на Центральном стадионе "Локомотив" в г. Москве, пролет здания 42 м. Покрытие выполнено в виде цилиндрической оболочки из клееных деревянных конструкций. Шаг диафрагм оболочки 12 м. Диафрагмы состоят из верхнего пояса сечением 270x1000 м и нижнего пояса из металлических швеллеров.
Цех щитового паркета в г. Волоколамске Московской области. Размер здания 20x60 м. Покрытие представляет собой три пологие оболочки двоякой кривизны размером 20x20 м (рис. 2).
Рис. 2. Цех щитового проекта в г. Волоколамске
Широкое применение в массовом строительстве нашли треугольные ме- таллодеревянные безраскосные фермы с верхним поясом из клееной древесины пролетом 18 м, треугольные металлодеревянные брусчатые фермы пролетом 12м, стрельчатые клееные деревянные арки и рамы пролетом от 18 до 62 м для складских зданий хранения сыпучих материалов и, в первую очередь, для химически агрессивных минеральных удобрений (рис. 3).
Рис. 3. Склад антигололедных реагентов в г. Москве
В последние 20 лет группой специалистов под руководством С. Б. Тур- ковского разработаны жесткие соединения клееных деревянных элементов (по аналогии с закладными деталями железобетонных конструкций), что послужило открытию нового направления сборных клееных деревянных конструкций. В практике строительства в России и за рубежом реализовано большое количество большепролетных зданий и сооружений из сборных клееных деревянных конструкций. Сочетание узловых вклееных стержней с линейным армированием клееных деревянных элементов, исследования которых проводятся под руководством В. Ю. Щуко, является дальнейшим этапом в развитии клееных деревянных конструкций для зданий очень больших пролетов.
Многолетний опыт строительства зданий различного назначения позво¬лил определить рациональные области применения деревянных конструкций: 6
1. Зрительные и общественные здания, спортивные сооружения, выста¬вочные павильоны, рынки и другие пролетом от 18 до 100 м.
2. Здания с химически агрессивной средой. В первую очередь, склад¬ские здания пролетом до 45 м для перегрузки и хранения минеральных удо¬брений.
3. Малоэтажное деревянное домостроение.
4. Производственные сельскохозяйственные здания.
5. Неотапливаемые здания производственно-вспомогательного назна¬чения промышленных предприятий.
6.Неотапливаемые здания и навесы для хранения и переработки сель¬скохозяйственной продукции.
7. Быстровозводимые здания комплектной поставки небольших' проле¬тов для поставки в отдаленные районы Севера.
8. Инженерные сооружения - опоры линий электропередачи, триангуля¬ционные и радиопрозрачные мачты и башни, мосты небольшой грузоподъемности, пешеходные мосты.