Деревянные конструкции

Конструкции из дерева относятся к классу легких строительных конструкций, применение которых в строительстве является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства.

Современные деревянные конструкции это клееные конструкции. Они обладают малой трудоемкостью изготовления на высокомеханизированных предприятиях.

Конструкции из цельных элементов применяют для балок небольших пролетов, стоек, рам.

Строительные конструкции изготавливают обычно из хвойных пород древесины – сосны, ели, лиственницы, пихты, кедра. Эти породы характеризуются хорошими механическими свойствами, большой стойкостью против гниения благодаря смолистости. Твердые лиственные породы (дуб, бук, граб и др. ) применяют для изготовления мелких деталей – нагелей, шпонок, прокладок и др.

Березу используют для изготовления строительной фанеры. Мягкие лиственные породы (осина, ольха, тополь и др. ) применяют для временных конструкций, вспомогательных сооружений, для опалубок.

Область применения деревянных конструкций зависит от их экономической эффективности, которая определяется на основании сравнения вариантов различных конструктивных решений.

Деревянные конструкции применяют: В плоскостных сплошных конструкциях цельного сечения – настилы (рис. 20.1 ), обрешетка (рис.20.2), стропила, прогоны, стойки, балки (рис.20.3), трехслойные клеефанерные панели (рис20.4); клееные балки – дощатые (рис.20.5) и клеефанерные (рис.20.6), дощатоклееные колоны (рис20.7), распорные системы с клееными элементами, дощатоклееные арки и рамы (рис.20.8);

В плоскостных сквозных конструкциях – сегментные клееные фермы и многоугольные брусчатые фермы, треугольные фермы (рис.20.9), шпренгельные системы, дощатые фермы и рамы с соединениями на металлических зубчатых пластинах, решетчатые распорные системы;

Пространственные конструкции покрытий – распорные своды, складки (рис.20.10).

Достоинства древесины как материала конструкций:

• относительная удельная прочность (отношение расчетного сопротивления к плотности) R/ρ, близкая к удельной прочности стали;

• легкость определяется небольшой плотностью древесины всего 500 кг/м3, что позволяет выполнять конструкции пролетом более 100м;

• малая теплопроводность, поэтому древесину можно использовать как в несущих конструкциях, так и как изоляционный материал;

• химическая стойкость, так в агрессивных средах древесина более долговечна метала и железобетона;

• простота обработки и изготовления конструкций;

• малое значение коэффициента линейного расширения от тепла вдоль волокон позволяет в деревянных зданиях и сооружениях отказаться от устройства температурных швов;

• склеивание водостойкими синтетическими клеями, благодаря этому изготавливаются клеедеревянные элементы крупных сечений, больших длин и различных форм – гнутых, ломаных и др.

Недостатки древесины:

• низкая огнестойкость, деревянные конструкции являются сгораемыми, однако элементы крупных сечений имеют предел огнестойкости выше некоторых других конструкций, например металлических. Кроме того они могут быть защищены от возгорания специальными покрытиями;

• загниваемость и поражение древоточцами (низкая биостойкость) при неправильном применении и эксплуатации, в результате длительного увлажнения. Современные конструкционные и химические методы защиты от гниения и биовредителей, обеспечивают их сохранность при многолетней эксплуатации;

• гигроскопичность и ее следствие – усушка, разбухание, коробление и растрескивание, определяется влажностью древесины. Степень влажности значительно влияет на качество деревянных конструкций и строго ограничивается в зависимости от условий их изготовления и эксплуатации;

• неоднородность строения древесины (анизотропность) определяется наличием естественных пороков (сучки, косослой, гниль, червоточина, трещины). Величина и расположение пороков определяют сорт древесины (1,2,3). Требования к древесине каждого сорта содержится в ГОСТах;

Деревянные конструкции выполняются из лесоматериалов хвойных и лиственных пород, которые делятся на круглые – бревна, пиленные – пиломатериалы и строительную фанеру (рис.20.11).

Круглые лесоматериалыы. Согласно ГОСТ подразделяются на мелкие, средние и крупные. К мелким относятся лесоматериалы толщиной 6 .. 13 см (для лиственных пород 8…13 см), к средним – толщиной 14…24 см и крупным – 26см и более, длинной до 6,5м. Толстые короткие лесоматериалы (длиной 2..2,5м), преимущественно лиственных пород, предназначенные для выработки специальных изделий (фанеры).

Пиломатериалы. При раскрое бревен получают пиломатериалы разного вида и размеров.

Большинство пиломатериалов (доски, пластины, шпалы, горбыль) имеют ширину поперечного сечения более двойной толщины, исключение составляют бруски. По толщине пиломатериалы хвойных пород подразделяют на тонкие – до 32 см включительно и толстые – 40 мм и более. Пиломатериалы лиственных пород считаются толстыми от 35 мм и более. Брусья хвойных пород имеют толщину и ширину более 100 мм.

Пиломатериалы из твердых лиственных пород изготавливают 0,5…6,5 м с градацией 0.1 м; из мягких лиственных пород и березы – длинной 0,5…2 м с градацией 0.1 м, а при длине 2…6,5 м – с градацией 0.25 м. Размеры сечения хвойных пород приведены в приложении 2 табл.1

Фанера и фанерные изделия. Фанера представляет собой листовой материал, склеенный из трех и более слоев лущеного шпона. Фанеру изготавливают из древесины березы, ольхи, ясеня, ильма, дуба, липы, осины, тополя, ели, сосны, пихты, кедра и лиственницы. Для склеивания фанеры применяют фенолоформальдегидные, карбамидные и белковые клеи. Различают фанеру повышенной водостойкости (марка ФСФ), средней водостойкости (марки ФК и ФБА) и ограниченной водостойкости (марки ФБ).

По конструкции листа различают фанеру равнослойную, изготовленную из шпона одинаковой толщины, и неравнослойную, изготовленную из шпона разной толщины. Листы шпона располагают так, чтобы направление волокон в слоях было взаимно перпендикулярным. Кроме, того, изготовляют фанеру диагональную, у которой верхний слой направлен под углом по второму нижележащему слою.

Листы фанеры имеют толщину 1,5…3мм с градацией 3мм.

Влажность фанеры марок ФСФ и ФК должна быть в пределах 5…10%, а марок ФБА и ФБ 6…15%.

Высокой конструктивной прочностью характеризуется бакелизированная фанера, ее изготовляют из березового лущеного шпона, намазанного или пропитанного феноло и крезолеформальдегидным смолами. Марки бакелизированной фанеры: ФБС, ФБС , ФБС–А, ФБС -А, ФБВ и ФБВ .

Пороки древесины. Пороками древесины называют отклонения строения древесины от нормального, нарушение внешней формы ствола дерева, а также различные повреждения, оказывающие влияние на её технические свойства. Пороки снижают сортность древесины и ограничивают области её применения в строительстве.

Наиболее распространённые пороки древесины

Пороки формы ствола (кривизна, сбежимость и закомелистость).

Пороки строения древесины разнообразны. К ним относятся косослой, свилеватость, завиток, крень, пасынок, двойная сердцевина, сухобокость, засмолок, водослой и др.

Трещины – представляют собой разрыв древесины вдоль волокон, они нарушают однородность древесины, снижают её прочность и способствуют образованию гнили. В зависимости от времени и условий появления трещин и различают трещины следующих видов: метик, отлуп, морозобоина, трещины усушки. Все трещины нарушают целостность материала и уменьшают механическую прочность древесины, а также снижают процент выхода качественных пиломатериалов и шпона.

Трещины усушки – наружные трещины, появляющиеся в брёвнах и пиломатериалах при высыхании древесины.

Сучки представляют собой основания ветвей, заключённые в древесине ствола. Это наиболее распространённый порок. Сучки нарушают однородность строения древесины, затрудняют обработку и ухудшают её механические свойства.

Поражение древесины грибами

Грибы поражают как древесину растущего дерева, так и древесину на складах и в деревянных конструкциях.

Древесина, поражённая грибами, не только быстро теряет свои механические свойства, но и опасна для здоровой древесины, так как споры легко переносятся на большие расстояния. Её следует сжигать, приняв необходимые меры по защите окружающих деревянных конструкций от заражения.

Повреждение древесины насекомыми

Древесина как растущего, так и срубленного дерева, а также деревянных конструкций может быть повреждена различными насекомыми (жуками-короедами, жуками-усачами, мебельными или домовыми точильщиками и др.). Повреждение-червоточина представляет собой ходы и отверстия, проделанные насекомыми.

Поверхностная червоточина не снижает механические свойства древесины и при распиловке уходит в горбыли. Другие виды червоточины, нарушая целостность древесины, ухудшают её механические свойства. Такую древесину не разрешается применять для изготовления несущих деревянных конструкций.

Горение представляет собой реакцию соединения горючих компонентов древесины с кислородом воздуха, сопровождающуюся выделением тепла или дыма, появлением пламени и тления.

Наиболее огнестойкими являются клееные или массивные элементы из цельной древесины.

Деревянные конструкции выполняются из лесоматериалов хвойных и лиственных пород, которые делятся на круглые – бревна, пиленые – пиломатериалы и строительную фанеру.

Бревна поставляются диаметром 140-240 мм, длиной от 4 до 6,5 ; пиломатериалы поставляются шириной от 6 до 250 мм, толщиной 16-250 мм, длиной 2-6,5 м. для несущих строительных конструкций применяют также фанеру марки ФСФ и бакелизированную марки ФБС, толщина фанеры , 9, 10, 12, 15 мм.

Работа древесины зависит от вида загружения (растяжение, сжатие, изгиб, смятие, скалывание), Прочность древесины зависит от следующих факторов:

1. От породы – за эталонную древесину приняты сосна, ель, лиственница европейская и японская.

Расчетное сопротивление древесины принимается по таблице 3 СНиП П-25-80*. Коэффициент на породу древесины, отличающуюся от эталонной определяется по таблице 4 СНиП П-25-80*.

2. От наличия пороков древесины: сучки, косослой, червоточина, гниль, в зависимости от наличия пороков древесина делится на три сорта:

1 сорт - самый лучший – идет на растянутые элементы.

2 сорт - элементы, работающие на сжатие.

3 сорт - нерабочие конструкции.

3. Прочность древесины зависит от направления действия усилия по отношению к направлению волокон, длительностью приложения нагрузки, породы древесины и других факторов. Прочность больше при работе древесины вдоль волокон, и меньше при работе поперек волокон.

4. От формы и размеров сечения. Большая прочность будет у бревен, меньшая у пиломатериалов.

5. От влажности

R= Rи/γм

Условия эксплуатации конструкций принимаются по таблице 1 СНиП.

Урок 5