Древесина и ее значение в строительстве

1. Применение древесины в строительстве

древесина строительство колонна кровля

Пути повышения эффективности применения деревянных конструкций в строительстве

Ценные строительные свойства древесины определяют и области ее эффективного использования. Малая плотность сухой древесины при сравнительно большой прочности и жесткости (вдоль волокон) делает целесообразным применение деревянных конструкций в покрытиях общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий, поскольку в них, наряду с наиболее полным использованием лучших конструкционных свойств сухой древесины, легче всего осуществить конструктивные меры борьбы с гниением. Экологическая чистота делает древесину особенно целесообразной для строительства жилья, в частности коттеджного типа. В ограждающих частях отапливаемых зданий при этом хорошо используется малая теплопроводность сухой древесины поперек волокон. Химическая стойкость сухой древесины оправдывает преимущественное применение безметальных и особенно клееных деревянных конструкций для покрытий химических цехов и складов.

Для несущих конструкций применяют сосну, ель, лиственницу, пихту, кедр. Лиственные породы - осина, березу, ольху, липу и тополь - применяют лишь в конструкциях временных зданий и сооружений, а также для устройства опалубки, лесов и подмостей.

В наибольшей степени требованиям современного строительства отвечают клееные деревянные конструкции. Они позволяют повышать качество строительства и широко применять сборные детали любой формы и размеров. Клееные конструкции являются наиболее экономичными по расходу лесоматериала.

Применение новых материалов типа водостойкой фанеры, древесностружечных и древесноволокнистых плит, древеснослоистых пластиков и фибролита позволяет использовать малопригодную для строительства древесину и отходы.

Индустриальное производство из высушенного лесоматериала и применение необходимых конструктивных и химических мероприятий по защите древесины от гниения и пожарной опасности создает условия для существенного повышения капитальности деревянных конструкций.

2. Строительная древесина, ее свойства

Древесина - материал органического происхождения. Ее используют в строительстве обычно после простой обработки, мало меняющей ее начальные механические и физические свойства. Рассмотрим свойства строительной древесины, которые оказывают влияние на проектирование, возведение и эксплуатацию деревянных конструкций.

2.1 Положительные свойства

- малый объемный вес при относительно высокой прочности: строительная древесина весит примерно в 5 раз меньше железобетона и в 16 раз меньше стали. Расчетное сопротивление ее осевому сжатию (Rc=13 МПа), такое же как у железобетона (при марке бетона 300) и в 16 раз меньше чему стали марки Ст 3, то есть во столько же раз меньше, во сколько плотность древесины меньше стали.

легкость добывания и простота обработки;

возможность сборки, разборки, переноса и переделки отдельных деревянных конструкций и целых сооружений;

благоприятные термические свойства древесины. Коэффициент линейного термического расширения хвойных пород вдоль волокон составляет 0,000004 - 0,000005, то есть примерно в 2-3 - раза меньше чем у стали и железобетона.

Еще меньше во сравнению со сталью и железобетоном у древесины коэффициент теплопроводности. Для сосны и ели коэффициент теплопроводности вдоль волокон составляет около 0,30 ккал/ч·м·град., а поперек волокон - 0,12 - 0,15 ккал/ч·м·град. Этот показатель позволяет использовать древесину в качестве эффективного утеплителя;

высокая долговечность строительной древесины при надлежащем режиме эксплуатации конструкции. В качестве примера долговечности деревянных конструкций можно привести фермы покрытия манежа в Москве, построенные в 1817 году.

2.2 Отрицательные свойства

неоднородность строения древесины. Вследствие этого прочность ее очень зависит от угла между направлениями волокон и действующего усилия. Так, при изменении угла от 0 до 30º прочность древесины на сжатие падает почти в 5 раз;

изменение размеров деформаций, получаемых при сжатии и смятии древесины под разными углами к направлению волокон;

прочность строительной древесины в большой степени зависит от наличия и расположения сучков, косослоя и др. Образцы, взятые из ствола у корня выше, чем у кроны на 15-20%;

ограниченность сортамента строительной натуральной древесины как по форме поперечных сечений (круг или прямоугольник) так и по размерам (максимальная длина пиленых лесных материалов 6,5 м, круглых поделочных бревен -8,5 м).

большая зависимость физико-механических свойств и размеров от влажности. В свежесрубленной древесине наибольшей влажностью обладает заболонь (110 - 120%) и меньшей - ядровая часть (35-50%). В процессе высыхания может наступить обратное соотношение. Поэтому при определении влажности древесины крупных строительных сортаментов следует брать пробу в разных местах на глубине 25-30 мм и на расстоянии не ближе 0,5 м от торца. Получаемые при этом показатели абсолютной влажности древесины следует рассматривать как средние.

С увеличением влажности предел прочности ее почти при всех видах статической работы резко падает. Изменение влажности древесины от 5 до 15% сопровождается падением прочности на сжатие почти в 2 раза. Дальнейшее увлажнение ее до 25% вызывает уменьшение прочности еще на 1/3, а изменение влажности древесины сверх 30% (точка насыщения волокна) уже незначительно уменьшает прочность. Наиболее слабое влияние оказывает изменение влажности древесины на работу ее при растяжении вдоль волокон. Совсем не обнаружена зависимость прочности древесины на ударный изгиб от ее влажности. Повышение влажности древесины сопровождается значительным увеличением деформаций при одинаковых напряжениях;

высыхание древесины - является существенным недостатком, часто сопровождается сильным растрескиванием, что несет за собой снижение несущей способности деревянных элементов и их соединений и значительные и неравномерные изменения начальных размеров поперечных сечений бревен, брусьев и досок;

усушка, разбухание, гниение и горение, подверженность химическим воздействиям, порча некоторыми видами жучков и моллюсков.

Рис. 2.1. Усушечные деформации:

а - усушка (и разбухание) древесины в направлениях касательном к годовым слоям, радиальном и продольном;

б - изменение размеров и формы поперечного сечения под влиянием усушки; в-коробление досок в зависимости от их расположения по отношению к центру бревна; г - растрескивание

3. Сортамент строительных материалов из древесины

Лесоматериалы делятся на круглые и пиленые. Круглые лесоматериалы по качеству делят на четыре сорта и бессортные (мелкие). Для рационального использования бревен в конструкциях их нередко применяют без обработки в «цилиндр», а со «сбегом» - уширением к корню (8 мм на 1000 мм длины); брусья с «обзолом», без полной опиловки.

Пиломатериалы изготовляют из хвойных и лиственных деревьев, в зависимости от сечений, получаемых от распиловок, различают следующие виды пиломатериалов:

а) по размерам поперечного сечения - доски, если ширина больше двойной толщины; бруски, если ширина не более двойной толщины; брусья, если толщина и ширина более 100 мм;

Доски - пиломатериал толщиной до 100 мм при соотношении ширины и толщины более 2. Их разделяют на тонкие, толщиной до 32 мм для лиственных пород и более 40 мм для хвойных. Тонкие доски называют тесом. В зависимости от чистоты опиловки доски бывают необрезные, с неопиленными кромками на всю длину доски и или на половину длины, и обрезные - с кромками, пропиленными по всей длине (в данном случае сечение доски представляет собой правильный прямоугольник) или более чем на половину длины доски.

Обапол - боковая часть, образующаяся при распиловке бревна на доски или бруски. Одна сторона у него полностью пропилена, вторая частично (дощатый обапол) или непропиленная (горбыльный обапол).

б) по характеру обработки: обрезные, если все четыре стороны обпилены, и необрезные, у которых пласти пропилены, а кромки частично или полностью не пропилены.

Стандартными длинами пиломатериалов считаются длины до 6,5 м с градацией 0,25 м.

Существует сортамент пиломатериалов, изготовляемых промышленностью (прил. 3). По специальному заказу возможен выпуск пиломатериалов с отступлением от норм.

В промышленности пиломатериалы в зависимости от наличия и размеров пороков делят на сорта: для хвойных пород - четыре, для лиственных - три.

Рис. 3.1. Лесоматериалы:

а - общая характеристика; б - стандартные размеры бревен и пластин; в-наименование материалов по размерам сечения;

- бревно; 2 - пластина; 3 - четвертина; 4 - лежень;

- горбыль; 6-полуобрезной брус; 7 - четырехбитный брус;

- необрезные доски; 9 - обрезные доски; 10 - брусок;

- тонкая доска; 12 - толстая доска; 13 - комель;

- верхний отруб.

За последние годы в строительстве стали широко применять так называемую облагороженную древесину - древесные пластики, которые получают из продуктов переработки натуральной древесины, склеенных синтетическими смолами при высоких давлении и температуре. Виды древесных пластиков:

а) фанера - состоит из нечетного количества склеенных взаимно перпендикулярных слоев древесного лущеного шпона толщиной 0,5-1,5 мм, последний изготовляют из разных пород древесины, но лучше - из березы. Наружные слои шпона в фанере, называемые «рубашками», имеют одинаковое направление волокон древесины и изготовляются из более качественного шпона, чем внутренние слои, называемые «серединками». Продольным направлением фанеры считается направление волокон в «рубашках».

По нормам, для клееных деревянных конструкций следует применять фанеру ФСФ и бакелизированную фанеру ФБС, у которой все слои пропитаны водостойкими смолами. Фанеру выпускают в листах размерами до 2440x1525 мм и толщиной 1,5-12 мм, причем наиболее широко в конструкциях применяют пяти - семислойную фанеру;

б) древесно-волокнистые плиты ДВП толщиной 3-6 мм, изготовляемые из связующего и растертой до волокнистого состояния древесной массы;

в) древесно-стружечные плиты ДСП толщиной 6-32 мм, изготовляемые способом горячего прессования под давлением пропитанных смолами мелких древесных стружек. Эти плиты требуют обязательного антисептирования. Применяют их преимущественно для перегородок и обшивок;

г) ориентированно-стружечные плиты ОСП, применяемые в самое последнее время, образованные прессованием прямоугольных плоских щепов, пропитанных водостойкими смолами и парафином, в условиях высокого давления и температуры. В наружных слоях полоски щепов располагаются в основном параллельно длине плиты;

д) древесно-слоистый пластик, получаемый при полной пропитке шпона смолой с последующим горячим прессованием. Это самый прочный из всех древесных пластиков, но из-за дороговизны его применяют лишь для небольших ответственных деталей (шпонок, нагелей, косынок и др.).

Группы деревянных конструкций.

Деревянные конструкции делятся на группы, определяемые температурно-влажностными условиями эксплуатации. Эти группы представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Группы деревянных конструкций

Группа конструкцийУсловия эксплуатации конструкцийЗдания и сооруженияА1Внутри отапливаемых помещений при относительной влажности воздуха ? ? 60%Производственные, общественные и жилые зданияА2то же, при ?= 61 - 75%Производственные зданияАЗто же, при ? > 75%то жеБ1Внутри неотапливаемых помещений, в которых нет выделения водяных паровСкладские зданияБ2Внутри неотапливаемых помещений, в которых есть выделение водяных паровЖивотноводческие зданияВНа открытом воздухе, в том числе в районах с расчетной температурой ниже - 40°СОпоры воздушных линий электропере-дачи, связи и осветительных сетейГ1При соприкосновении с грунтомШахтные крепи, шпалы и опоры, устанавливаемые в грунтГ2В грунтеСваиД1При постоянном увлажнении капельно-жидкой влагой

4. Средства соединения элементов деревянных конструкций

4.1 Общие сведения

Для соединения элементов деревянных конструкций используют весьма своеобразные средства. По характеру работы эти средства соединения можно разделить на 6 групп:

) врубки;

) шпонки;

) нагели;

) связи, работающие на выдергивание;

) растянутые связи;

) клей.

В практике нашего строительства наиболее распространены нагели, клей и врубки, реже - шпонки и растянутые связи.

Основной недостаток всех видов соединения (за исключением клея) - большая податливость. Гвозди, например, обладают хорошей плотностью в период загружения, но дают больше деформации в процессе эксплуатации, находясь под расчетной нагрузкой.

Средства соединения деревянных элементов имеют ограниченную область применения, обусловленные специфическими их особенностями. Так, врубки и косые шпонки используют только для передачи усилий одного направления и преимущественно в конструкциях из брусьев или бревен, кольцевые и зубчатые шпонки- в дощатых сквозных конструкциях, клей - в дощатых конструкциях сплошных поперечных сечений.

Соединения на кольцевых шпонках, на пластинчатых нагелях и на клею применяют в конструкциях, которые изготовляют на заводах. Соединения на врубках и цилиндрических нагелях, особенно на гвоздях широко используют в конструкциях построечного изготовления. Соединения на врубках и на цилиндрических нагелях требуют наименьшей затраты рабочей силы на изготовление по сравнению со всеми остальными видами соединений.

4.2 Соединения на нагелях

Нагелями называют стальные и деревянные вкладыши в форме цилиндра или пластинки, препятствующие смещению соединяемых элементов без распора последних. К цилиндрическим нагелям относят болты и штыри (стержни из круглой стали), а также проволочные гвозди. Значительно реже в строительстве встречаются дубовые цилиндрические нагели, трубки (обрезки газовых труб), глухари и шурупы.

В зависимости от способа постановки нагелей различают:

нагели, закладываемые в приготовленные для них отверстия, соответствующие их полному размеру - болты, штыри, трубки, дубовые цилиндрические и пластинчатые нагели;

нагели, забиваемые или завинчиваемые без предварительной подготовки гнезда - гвозди проволочные диаметром до 6 мм, некоторые виды стальных пластинок и тонкие шурупы диаметром не более 4 мм.

Работа нагелей весьма сложна и, в некоторой мере, напоминает работу клееного соединения.

При расчете нагельных соединений, так же как и болтовых, пренебрегают неравномерностью распределения сминающих напряжений по цилиндрическим поверхностям в направлении поперек оси нагеля и учитывают условные напряжения, отнесенные к диаметральному сечению и распределенные по нему равномерно.

Способ расчета нагельных соединений, принятый в практике нашего проектирования предусматривает проверку прочности соединений на смятие.

4.3

Больше работ по теме: