stringtranslate.com

Клееный брус

Распорка из клееного бруса с пластинами, используемыми для соединений
Клееный каркас кровельной конструкции

Клееный брус , обычно называемый клееным брусом , представляет собой тип конструкционного деревянного изделия, состоящего из слоев объемного пиломатериала , склеенных вместе прочными, влагостойкими конструкционными клеями, так что все волокна проходят параллельно продольной оси. В Северной Америке материал, обеспечивающий ламинирование, называется ламинирующей заготовкой или ламстоком .

Клееные арки Зимнего сада Шеффилда

История

Здание изогнутого клееного бруса на педагогическом факультете Кембриджского университета . [1]

Считается, что принципы строительства клееного бруса восходят к 1860-м годам в актовом зале колледжа короля Эдуарда VI , школы в Саутгемптоне , Англия. [2] Однако первый патент появился в 1901 году, когда Отто Карл Фрейдрих Хетцер, плотник из Веймара, Германия, запатентовал этот метод строительства. Патент Hetzer, одобренный в Швейцарии, предусматривал создание прямой балки из нескольких склеенных вместе пластин. В 1906 году он получил в Германии патент на изогнутые секции клееного бруса. Другие страны Европы вскоре начали утверждать патенты, и к 1922 году клееный брус использовался в 14 странах.

Технология была впервые привезена в Соединенные Штаты Максом Ханишем-старшим, который был связан с фирмой Hetzer в 1906 году, а затем эмигрировал в Соединенные Штаты в 1923 году. Не имея финансовой поддержки, только в 1934 году Ханиш смог впервые использовать клееный брус в Соединенных Штатах. Для начала реализации проекта школы и общественного спортзала в Пештиго, штат Висконсин , потребовалось время, так как производителей было трудно найти, но в конечном итоге компания Thompson Brothers Boat Manufacturing Company взялась за проект. Однако Промышленная комиссия Висконсина отклонила арки, поскольку у них не было предыдущего опыта работы с клееным брусом. Был достигнут компромисс, при котором арки можно было использовать в сочетании с болтами, лагами, металлической обвязкой и уголками для усиления конструкции. Хотя в подкреплениях не было необходимости, в конце 1934 года земля наконец прорвалась, представив четыре пролета трехшарнирных арок с пролетами в свету 20 метров (64 фута). Партнерство в рамках этого проекта привело к созданию Unit Structures Inc., строительной фирмы по производству клееного бруса, принадлежащей семьям Ханиш и Томпсон.

В 1936 году компания Unit Structures запатентовала как формовочное оборудование, используемое для производства арок из клееного бруса, так и сами арки из клееного бруса. Второй проект, на этот раз для Лаборатории лесных товаров (FPL), дал Unit Structures возможность доказать архитекторам и инженерам прочность и жесткость клееных элементов. Полномасштабные нагрузочные испытания, проведенные с размещением на крыше 14,3 тонны (31 500 фунтов) мешков с песком, превысили проектные характеристики на 50%. Отмеченные отклонения также были в пользу системы. Хотя на публикацию результатов потребовалось некоторое время, тест позволил Unit Structures продолжить строительство из клееного бруса. В это время в Европе стали популярны двутавровые профили с фанерными перегородками и полками из клееного бруса, а прямоугольные профили стали нормой в Америке. Двутавровые сечения позволили сэкономить на пиломатериалах, что было выгодно европейцам, поскольку они имели высокую стоимость пиломатериалов, но были более трудоемкими, что было дорого в Штатах. Система клееного бруса вызвала интерес жителей западного побережья, и многие фирмы начали ею заниматься.

В 1942 году появление полностью водостойкого фенол-резорцинового клея позволило использовать клееный брус в открытых наружных средах, не опасаясь разрушения клеевого слоя, что расширило рынок его применения. В разгар Второй мировой войны строительство из клееного бруса получило более широкое распространение, поскольку для военных нужд требовалась сталь. В 1952 году ведущие производители сборной и массивной древесины объединили усилия, чтобы создать Американский институт деревянного строительства (AITC), чтобы помочь стандартизировать отрасль и способствовать ее использованию. [3] Первый стандарт производства клееного бруса в США был опубликован Министерством торговли в 1963 году. С тех пор производство клееного бруса распространилось в Соединенных Штатах и ​​​​Канаде, а также использовалось для других конструкций, таких как мосты. В настоящее время он стандартизирован по стандарту ANSI A190.1. [4]

Производство

Производство клееного бруса обычно разбивается на четыре этапа: сушка и сортировка пиломатериалов, соединение пиломатериалов для формирования более длинных слоев, склеивание слоев, а также отделка и изготовление. Пиломатериалы, используемые для производства клееного бруса, могут поступать к производителям предварительно высушенными или их придется сушить на месте. Ручной или линейный влагомер используется для проверки уровня влажности пиломатериалов. Каждый кусок пиломатериала, поступающий в производственный процесс, должен иметь влажность от 8% до 14% в зависимости от используемого клея. [5] Если кусок пиломатериала превышает этот порог, его сушат повторно.

Когда пиломатериал высохнет, сучки на концах пиломатериала обрезаются и происходит сортировка. Затем пиломатериалы группируются по сортам. Чтобы получить клееный брус большей длины, чем тот, который обычно доступен для пиломатериалов, пиломатериалы должны быть соединены торцевыми соединениями. Наиболее распространенным суставом для этого является сустав пальца длиной 1,1 дюйма (2,8 см), который обрезается с обоих концов специальными режущими головками. Конструкционная смола, обычно меламино -формальдегидная (MF) или PF-смола, отверждаемая радиочастотным излучением, наносится на стык между последовательными плитами и отверждается под конечным давлением с использованием системы непрерывного радиочастотного отверждения. После затвердевания смол пиломатериал строгается с каждой стороны, чтобы обеспечить гладкую поверхность для склеивания.

После строгания клей-экструдер наносит смолу на пиломатериал. Чаще всего эта смола представляет собой фенол-резорцин-формальдегидную смолу, но также можно использовать смолу ПФ или меламино-мочевино-формальдегидную (МЮФ) смолу. В случае прямых балок пропитанные смолой пиломатериалы укладываются по определенной схеме на зажимной станине, чтобы механическая или гидравлическая система могла сжать пиломатериалы вместе. Для изогнутых балок происходит тот же процесс, но вместо этого пиломатериалы укладываются в изогнутой форме. Эти балки отверждаются при комнатной температуре в течение 5–16 часов, прежде чем давление сбрасывается, если только гидравлическое давление не сочетается с высокочастотным отверждением, что может сократить время, необходимое для отверждения. После полного отверждения клееных балок их снимают с зажимной системы. Широкие стороны шлифуют или строгают, чтобы удалить смолу, выдавленную между досками. При необходимости узкие верхнюю и нижнюю поверхности также можно отшлифовать в зависимости от желаемого внешнего вида. Углы также часто закругляются. Характеристики внешнего вида определяют, будет ли выполнена дополнительная отделка или нет. Дополнительная отделка может включать заполнение отверстий от сучков шпаклевкой, дальнейшую шлифовку балок и нанесение герметиков, отделочных материалов или грунтовки. [6]

Технологические разработки

Смоляные клеи

Когда в начале двадцатого века клееный брус был представлен в качестве строительного материала, широко использовались казеиновые клеи (которые водонепроницаемы, но имеют низкую прочность на сдвиг ). Соединения с использованием казеиновых клеев имели нарушения отделения из-за внутренних напряжений в древесине. Изобретение в 1928 году клеев на основе синтетических смол холодного отверждения («Каурит») и других карбамидоформальдегидных клеев решило эти проблемы — клеи на основе смол, которые недороги и просты в использовании, водонепроницаемы и обеспечивают высокую адгезионную прочность. Разработка смоляных клеев способствовала широкому использованию клееного бруса в строительстве. [7]

Суставы пальцев

Использование пальцевых соединений с клееным брусом позволило производить клееные балки и колонны в больших масштабах. Соединения клееного бруса были разработаны для обеспечения широкой площади поверхности для склеивания. Автоматические сращивающие машины помогают разрезать шиповые соединения, соединять и склеивать их под давлением, позволяя получить прочное и долговечное соединение, способное выдерживать большие нагрузки, сравнимые с натуральной древесиной того же сечения. [8]

Компьютерное числовое управление

Компьютерное числовое управление (ЧПУ) позволяет архитекторам и дизайнерам распиливать клееный брус необычной формы с высокой степенью точности. Станки с ЧПУ могут использовать до пяти осей, что позволяет выполнять процессы подрезки и выдалбливания. Экономичные станки с ЧПУ вырезают материал с помощью механических инструментов, например фрезерного станка. [9]

Преимущества

Использование клееного бруса в строительстве имеет ряд преимуществ:

Недостатки

Как и в любой системе, использование клееного бруса имеет некоторые недостатки:

Приложения

Спортивные сооружения

Олимпийский овал Ричмонда

Спортивные конструкции особенно подходят для широкопролетных крыш из клееного бруса. Этому способствует легкий вес материала в сочетании с возможностью изготовления изделий большой длины и большого поперечного сечения. Всегда используется сборное изготовление, и инженеру-строителю необходимо разработать четкие инструкции по доставке и монтажу на ранней стадии проектирования. PostFinance Arena является примером широкопролетной крыши спортивного стадиона с использованием клееных арок, достигающих 85 метров. Здание было построено в Берне в 1967 году, впоследствии было отремонтировано и расширено. Колизей выпускников Университета Восточного Кентукки был построен в 1963 году и имеет самые большие в мире арки из клееного ламината, длина которых составляет 93,967 метра (308 футов 3 ).+1дюйма  ).

Крыша Олимпийского овала Ричмонда , построенного для соревнований по конькобежному спорту на зимних Олимпийских играх 2010 года в Ванкувере, Британская Колумбия , представляет собой одну из крупнейших в мире деревянных конструкций со свободными пролетами. Крыша состоит из 2400 кубических метров бруса из пихты Дугласа в клееных балках. В общей сложности 34 столба из клееного бруса из желтого кедра поддерживают свесы там, где крыша выходит за стены. [20]

Anaheim Ice в Анахайме, Калифорния , также является примером использования клееного бруса. Компания Disney Development хотела построить эстетичный каток с меньшими затратами, а клееный брус был одним из наиболее подходящих материалов, отвечающих требованиям владельца. Архитектор Фрэнк Гери предложил проект с большими двустворчатыми клееными балками из желтой сосны , и в 1995 году был построен каток .

Мосты

Мост Accoya Glulam Bridge с интенсивным движением транспорта в Снеке , Нидерланды
Клееный мост через реку Монморанси , Квебек

Обработанная под давлением клееная древесина или древесина, изготовленная из натуральных прочных пород древесины, хорошо подходят для создания мостов и прибрежных сооружений. Способность древесины поглощать ударные нагрузки, создаваемые движением транспорта, и ее естественная устойчивость к химическим веществам, например, тем, которые используются для борьбы с обледенением дорог, делают ее идеальной для таких установок.

Клееный брус успешно применяется при строительстве пешеходных, лесных, автомобильных и железнодорожных мостов. Один из клееных мостов в Северной Америке - Кистоун-Уай в Блэк-Хиллз в Южной Дакоте, построенный в 1967 году. Мост да Винчи в Норвегии, завершенный в 2001 году, почти полностью построен из клееного бруса. Пешеходный мост Kingsway в Бернаби, Британская Колумбия , Канада, построен из монолитного бетона для опор, конструкционной стали и клееного бруса для арки, прогулочной площадки из сборного железобетона и опорных стержней из нержавеющей стали, соединяющих арку. на прогулочную площадку.

Религиозные здания

Интерьер Храма Христа Света выполнен из клееного бруса.

Клееный брус используется для строительства многофункциональных объектов, таких как церкви, школьные здания и библиотеки. Собор Христа Света в Окленде, штат Калифорния , является одним из таких примеров и использует клееный брус для усиления экологического и эстетического эффекта. Он был построен взамен собора Святого Франциска Сальского , который пришел в негодность после землетрясения в Лома-Приета в 1989 году . Профилированное здание образовывало каркас из клееного бруса и стального стержневого каркаса, покрытого стеклянной обшивкой. Учитывая традиционный способ строительства со стальной или железобетонной несущей рамой, этот комбинированный корпус из клееного бруса и стали считается передовым способом реализации экономичности и эстетики конструкции. [22]

В качестве альтернативы свежесрубленным дубам клееный брус был предложен в качестве конструкционного материала в заменяющем шпиле собора Парижской Богоматери , уничтоженного пожаром в 2019 году . [23] [24]

Другой

Мьёстарнет , на берегу озера Мьёса .

В 2019 году самым высоким в мире сооружением из клееного бруса стал Mjøstårnet , 18-этажное многофункциональное здание в Брумунддале , Норвегия. [25] Однако в 2022 году здание Ascent MKE в Милуоки , штат Висконсин, превзошло его с 26 этажами и высотой более 86 метров. [26]

Крыша музея Центра Помпиду-Мец во Франции состоит из шестнадцати километров клееного бруса, пересекающихся в форме шестиугольных блоков. Крыша площадью 8000 м 2 имеет неправильную геометрию с различными изгибами и встречными изгибами, напоминающую китайскую шляпу . [27]

Неудачи

В 2005 году исследователи из Лундского университета в Швеции обнаружили ряд дефектов клееных конструкций в скандинавских странах. Они пришли к выводу, что виноваты строительные ошибки или ошибки проектирования. [28] В январе 2002 года крыша арены велодрома Сименс в Копенгагене обрушилась, когда стык между клееными фермами вышел из строя в точке его дюбельного крепления. [28] В феврале 2003 года обрушилась крыша недавно построенного выставочного зала в Ювяскюля , Финляндия. Выяснилось, что во время строительства указанное количество дюбелей в местах стыков клееных брусьев отсутствовало или было установлено неправильно. [28]

Обрушение моста Перколо в Сьоа , Норвегия, в 2016 году произошло из-за проектного просчета напряжений в стыках. [29] После этого инцидента были проверены тринадцать автодорожных мостов клееной конструкции, и были обнаружены лишь незначительные неисправности. [ нужна цитата ]

15 августа 2022 года Треттенский мост в Гудбрандсдалене , Норвегия, обрушился при проезде двух транспортных средств. Он был построен из клееного бруса и стали и был построен в 2012 году, с расчетным сроком службы «не менее 100 лет». Причина неисправности не была очевидна сразу, хотя во время проверки в 2016 году (см. выше) в одном стыке были обнаружены слишком короткие дюбели. [30] [31] [32]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Смит и Уоллворк. "Факультет образования". Архивировано из оригинала 27 апреля 2016 года . Проверено 19 апреля 2016 г.
  2. ^ Бут, LG (1994). «Крыша из клееного дерева Генри Фуллера для конгрегационалистской воскресной школы на Рашолм-роуд и другие ранние деревянные крыши». История строительства . 10 :29–45. JSTOR  41613729.
  3. ^ Руде, Андреас Йордал (январь 1996 г.). «Конструкционный клееный брус: история возникновения и раннее развитие». Журнал лесных товаров . 46 (1): 15–22. ПроКвест  214631336.
  4. ^ «История APA, фанеры и искусственной древесины» . www.apawood.org . Проверено 12 декабря 2022 г.
  5. ^ Шон Хау, С., Шинг Сик, Х. и Хайрун Анвар Уюп, М. (2016). Обзор процесса производства клееного бруса. [онлайн] Доступно по адресу: https://www.researchgate.net/publication/306401137_An_Overview_of_Manufacturing_Process_of_Glued-Lamination_Timber.
  6. ^ Производство изделий из древесины. (2002). В: AP-42: Сборник коэффициентов выбросов в атмосферу. [онлайн] Агентство по охране окружающей среды. Доступно по адресу: https://www3.epa.gov/ttnchie1/ap42/ch10/final/c10s09.pdf.
  7. ^ Симона, Джеска (2015). Новые технологии древесины: материалы, конструкции, инжиниринг, проекты . Пасха, Халед Салех, Хашер, Райнер, 1950-. Базель. п. 40. ИСБН 9783038215028. ОКЛК  903276880.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  8. ^ Джеска 2015, с. 41.
  9. ^ Джеска 2015, с. 46.
  10. ^ «Поиск публикаций APA - APA - Ассоциация инженерной древесины» . www.apawood.org . Проверено 13 декабря 2022 г.
  11. ^ аб Абед, Джозеф; Рейбург, Скотт; Родвелл, Джон; Нив, Мелисса (январь 2022 г.). «Обзор характеристик и преимуществ массивной древесины как альтернативы бетону и стали для повышения устойчивости конструкций». Устойчивость . 14 (9): 5570. doi : 10.3390/su14095570 . ISSN  2071-1050.
  12. ^ Онг, CB (01 января 2015 г.), Анселл, Мартин П. (редактор), «7 - Клееный брус (Glulam)», Wood Composites , Woodhead Publishing, стр. 123–140, ISBN 978-1-78242-454-3, получено 13 декабря 2022 г.
  13. ^ abc Хасан, OAB и Йоханссон, К. (2018). Клееный брус и стальные балки. Журнал инженерии, дизайна и технологий, 16 (3), стр. 398–417. doi: 10.1108/jedt-12-2017-0130.
  14. ^ Timber Engineering Europe Ltd. Клееные балки. Timberengineeringeurope.com. Проверено 27 сентября 2015 г.
  15. ^ abc Хасан, Усама AB; Аа, Нур Эмад; Абдулахад, Габриэль (01 июня 2022 г.). «Сравнительное исследование клееного бруса и бетонных колонн с точки зрения дизайна, экономики и окружающей среды». Тематические исследования в области строительных материалов . 16 : e00966. дои : 10.1016/j.cscm.2022.e00966 . ISSN  2214-5095. S2CID  247065579.
  16. ^ Харрис, Марк (октябрь 2012 г.). «Дерево становится высотным». Инженерная технология . 7 (9): 43–45. дои : 10.1049/et.2012.0902. ISSN  1750-9637.
  17. ^ Кесада, Х., Адхикари, С. и Смит, Р. (2022). Клееный брус. [онлайн] Доступно по адресу: https://www.pubs.ext.vt.edu/content/dam/pubs_ext_vt_edu/CNRE/cnre-151/CNRE-151.pdf.
  18. ^ Увизеймана, П., Перрин, М. и Эйма, Ф. (2022). Оценка клееных конструкций: мониторинг влажности и исследование влияния климатических условий на долговечность. [онлайн] doi: 10.24451/2xwb-rt40.
  19. ^ Аянли, Сэмюэл; Уделе, Кеннет; Насир, Вахид; Чжан, Сюэфэн; Милитц, Хольгер (апрель 2022 г.). «Прочность и защита массивных деревянных конструкций: обзор». Журнал строительной техники . 46 : 103731. doi : 10.1016/j.jobe.2021.103731 . ISSN  2352-7102. S2CID  244563808.
  20. ^ Естественно: деревянный олимпийский овал Ричмонда. Imagelibrary.bcfii.ca. Проверено 27 сентября 2015 г.
  21. ^ Disney ICE — тепло дерева нагревает каток в Анахайме (pdf) . APA — Ассоциация инженерной древесины . 2002.
  22. ^ Практический пример: Собор Христа Света — сложная инженерная задача (PDF) . APA – Ассоциация инженерной древесины. 2008.
  23. Эльбейн, Саул (13 января 2020 г.). «Будут ли небоскребы будущего сделаны из дерева?». Национальная география . Архивировано из оригинала 17 февраля 2021 года . Проверено 20 февраля 2021 г.
  24. Карпантье, Стефан (24 января 2021 г.). «Собор Парижской Богоматери: восстановление собора» (на французском языке). РТЛ .
  25. Mjøstårnet: самое высокое деревянное здание в мире, Адриан Уэлч, e-architect.co.uk, 18 августа 2018 г.
  26. ^ «Открывается самое высокое деревянное здание в мире» . Лесная служба США . 29 июля 2022 г. Проверено 13 декабря 2022 г.
  27. ^ "Центр Помпиду в Мец". Архитектура . Проверено 13 декабря 2022 г.
  28. ^ abc Ханссон, М.; Ларсен, HJ (1 октября 2005 г.). «Недавние разрушения клееных конструкций и их причины». Инженерный анализ отказов . 12 (5): 808–818. doi : 10.1016/j.engfailanal.2004.12.020.
  29. ^ Пусетт, Анна; и другие. «Заключительный отчет и рекомендации по долговечным деревянным мостам» (PDF) . РОСТ . Исследовательские институты Швеции . п. 96 . Проверено 16 августа 2022 г.
  30. ^ Легг, Крис; Тингли, Дэн (3 мая 2019 г.). «Жизнеспособность современных деревянных автомобильных мостов» (PDF) . Школа возобновляемых природных ресурсов Университета штата Луизиана . Проверено 16 августа 2022 г.
  31. Джессел, Элла (15 августа 2022 г.). «Деревянный мост в Норвегии, построенный на 100 лет, рухнул через десять лет» . Новый инженер-строитель .
  32. ^ "На мосту Треттен были обнаружены неисправности при его проверке в 2016 году - новости Норвегии" . Новости Teknomers на английском языке . 15 августа 2022 г. Проверено 16 августа 2022 г.

Внешние ссылки