5 Конструкции из дерева и пластмасс

Леса в странах СНГ занимают площадь 750 млн га, запасы древесины – 82 млрд м³. В Казахстане 47% лесных ресурсов сосредоточено в ВКО.

Преобладают хвойные породы: лиственница – 37%, сосна – 19%, ель и пихта – 20%, кедр – 8%, береза – 13%.

Положительные свойства древесины:

• высокая относительная прочность;

• химическая стойкость;

• восстанавливаемость;

• малая теплопроводность;

• хорошие акустические свойства;

• высокая долговечность;

• производственные достоинства;

• архитектурные достоинства.

К недостаткам древесины относятся:

• возгораемость;

• биологические повреждения;

• гигроскопичность, усушка и разбухание;

• неоднородность строения (анизотропия и пороки: сучки, косослой, свилеватость, сбежистость и др.).

5.1 Строение древесины

Д еревянные строительные конструкции (ДСК) в основном изготавливаются из древесины хвойных пород (сосна, ель, лиственница), поэтому ограничимся рассмотрением анатомического строения древесины хвойных пород, которая отличается от древесины лиственных пород простотой и однообразием структуры.

Рисунок 5.1- Главные разрезы ствола (а); структура древесины (б)

На поперечном сечении ствола дерева различают следующие части (рисунок 5.1): под корой расположен тонкий слой камбия, отлагающего древесину и работающего с различной интенсивностью в зависимости от внешних условий. В растущем дереве камбий обусловливает прирост древесины и коры.

В центре сечения ствола расположена сердцевина, имеющая форму небольшого круглого пятнышка диаметром 3…5 мм.

Вся основная древесина (внутренняя зона) состоит из двух частей разного цветового оттенка: более темная называется ядром, светлая – заболонью. С возрастом размеры ядра увеличиваются за счет перехода части заболонной древесины в ядровую, а ширина заболони постепенно уменьшается. Выше по стволу процент площади заболони увеличивается.

На поперечном сечении имеются концентрические слои, окружающие сердцевину. Каждое такое кольцо представляет собой ежегодный прирост древесины и называется годичным слоем. Ширина годичного слоя зависит от возраста, породы, условий произрастания и положения на стволе.

Древесина имеет трубчато-волокнистое строение, она состоит из волокон. У хвойных пород они называются трахеидами – полые клетки сильно вытянутые в длину с заостренными концами. Они ориентированы вдоль ствола, поэтому прочность древесины вдоль и под углом к волокнам различна. Это явление называется анизотропией механических свойств. Например, прочность древесины вдоль волокон при растяжении σ_в0=1000 кг/см²; поперек волокон σ_в90=50 кгс/см².

Степень анизотропии n= σ_в0/ σ_в90=20

Таким образом, стыкование трахеид в продольном направлении, решаемое природой, является подсказкой решения стыка в растянутых клееных элементах («на ус»).

Только на основе глубокого анализа микроструктуры древесины можно раскрыть действительный характер и особенности механических свойств древесины как материала для строительных конструкций.

5.2 Влага в древесине

В

Рисунок 5.2- Деформация древесины при усушке

лага в древесине делится на свободную (капиллярную) и связанную (гигроскопическую). Связанная влага пропитывает стенки клеточных оболочек, ее содержание колеблется от 0 до 30%. Максимальное количество связанной влаги называется пределом гигроскопичности или пределом насыщения волокон древесины и составляет 30%. Дальнейшее увеличение влажности происходит за счет свободной влаги, которая заполняет сосуды и поры.

Содержание свободной влаги не влияет на объем древесины. Удаление связанной влаги от 30% до 0% вызывает усушку (уменьшение объема), увеличение влажности от 0% до 30% вызывает увеличение объема (разбухание). Чем плотнее древесина, тем больше ее разбухание и усушка. Усушка и разбухание приводят к появлению внутренних напряжений, поэтому в крупных сортиментах (бревнах, брусьях) появляются усушечные трещины, а в тонких происходит коробление (доски) (рисунок 5.2).

Чтобы избежать коробления, разработаны специальные режимы сушки в сушильных камерах или на открытом воздухе.