Лекция №2. Древесина – конструкционный строительный материал.

Породы	сосна, ель, пихта, кедр, лиственница	дуб, береза, осина, тополь
Применение	Для изготовления основных элементов деревянных конструкций и строительных деталей	Для небольших соединительных деталей
Преимущества	прямые высокие стволы с небольшим количеством сучков, что позволяет получить прямослойные пиломатериалы с ограниченным количеством пороков; содержит смолы, благодаря чему она лучше сопротивляется увлажнению и загниванию, чем лиственная
Недостатки		имеет относительно небольшую высоту; менее прямолинейная; имеет больше сучков; более подвержена загниванию, чем хвойная древесина

Это части стволов с гладко опиленными торцами, очищенными от сучков. Они имеют стандартную длину: 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0 и 6,5 м. Бревна имеют естественную усеченно-коническую форму. Уменьшение их толщины называют сбегом. В среднем сбег составляет 0,8 см на 1м длины. Толщина бревна определяется диаметром его тонкого верхнего торца – d.

Имеют прямоугольное или квадратное сечение (рис. 2). Пиломатериалы с поверхностями, опиленными по всей длине, называются обрезными. Если часть поверхности не опилена в результате сбега бревна, материал называют обзольным. Если не опилены две поверхности пиломатериала при распиловке бревна, его называют необрезным.

Брёвна бывают (рис. 1): крупные – d ≥ 26 см; средние – d = 14-26 см; подтоварник – d < 13см.

В зависимости от формы и размеров поперечного сечения пиломатериалы подразделяются на (рис. 3): брусья; бруски; доски. брус  = 1325; b = 1325 (имеет ширину, не превышающую полуторную толщину) доска а) тонкая  = 410; b = 1020 б) толстая  = 10 и более; b = 1018 брусок  = 510; b = 1018 Размеры пиломатериала (ширина х толщину) даны в ГОСТе 24454-80 «Пиломатериалы хвойных пород» и составляют: - доски b: 75275 16100 мм; - бруски 100175 50100 мм; - брусья 125250 125250 мм;

Рис. 1. Брёвна.

Рис. 2. Пиломатериал.

Пласть – более широкая продольная сторона; кромка – узкая продольная грань; торец – концевое поперечное сечение пиломатериала;

Рис. 3. Пиломатериалы по форме и размерам.

Строение древесины

Д ревесина является анизотропным материалом: ее свойства различны в различных направлениях. Строение древесины в связи с этим изучается на трех главных разрезах: поперечный, радиальный, тангенциальный.

Рис. 1.1. Строение древесины.

На поперечном сечении ствола различают следующие части: кора (1); под корой – тонкий слой камбий (2) - образовательная ткань, в центре – сердцевина (4), имеющая форму небольшого круглого пятнышка диаметром 25мм. Вся основная древесина, расположенная между слоем камбия и сердцевиной, состоит из двух частей, отличающихся цветовыми оттенками. Внутренняя зона более темная – ядро (5), которое содержит больше смолы, а более светлая – заболонью (3), менее смолистая, но более прочная.

Годичный слой - концентрические слои, окружающие сердцевину, представляют ежегодный прирост древесины. Ширина годичных слоев колеблется в зависимости от возраста, породы, условий произрастания и положения в стволе. Каждый годичный слой состоит из двух частей. Внутренний более широкий и светлый слой состоит из мягкой ранней древесины, образующейся весной, когда дерево растет быстро. Клетки ранней древесины имеют более тонкие стенки и широкие полости.

Узкий наружный темный слой состоит из более твердой поздней древесины, образующейся летом. Клетки поздней древесины имеют более толстые стенки и узкие полости. Плотность и прочность древесины зависят от относительного содержания в ней поздней древесины, которая у сосны колеблется от 1030%.

Древесина имеет трубчатое слоисто-волокнистое строение. Основную массу древесины составляют древесные волокна, расположенные вдоль ствола. Они состоят из удлиненных пустотелых оболочек отмерших клеток – трахеидов, которые – почти прямоугольной формы, средней ширины 50 мкм и длиной 3 мм из органических веществ (целлюлозы и мегнина). Полые клетки, сильно вытянутые в длину с заостренными концами.

Трахеиды занимают 90% общего объема древесины. В 1 см³ древесины приблизительно размещается 420000 трахеид.

Еще есть паренхимные клетки (от лат. – пар – одинаковый, греч. – енхима - наполнение). В хвойной породе они входят в состав сердцевинных лучей. В растущем дереве по сердцевинным лучам происходит движение питательных веществ и воды в горизонтальном направлении, а в период покоя в них хранятся запасные питательные вещества.

Качество лесоматериалов определяется в основном степенью однородности строения древесины, от которой зависит прочность.

Неоднородность строения возникает:

• в процессе роста;

• во время хранения лесоматериалов на складах,

• сушки,

• обработки;

• в процессе эксплуатации.

Степень однородности древесины определяется размерами и количеством участков, где однородность нарушена и прочность снижена. Такие участки называются пороками.

сучки; косослой (наклон волокон относительно оси элемента); трещины при высыхании; мягкая сердцевина; выпадающие сучки.

гниль; червоточина; трещины в зоне скалывания в соединениях.

Качество конструкционных лесоматериалов определяется сортами (1,2,3). Основными факторами, определяющими сорт, являются величины и расположение пороков, главным образом сучков и наклона волокон в элементе. Требования в древесине каждого сорта содержатся в ГОСТах.

Применение	Для изготовления ответственных элементов конструкций, работающих на растяжение и растянутых зон высоких клеедеревянных балок.	Для прочих элементов несущих строительных конструкций.	В мало напряженных настилах и обшивках.
Общий диаметром сучков на длине 20 см	d1/4 b	d1/3 b	d1/2 b
Наклон волокон	i  7%	i  10%	i  12%

d – общий диаметр сучков; i – уклон; b – ширина пласти.

Свойства древесины определяются в основном ее строением.

1. по собственной массе – легкий конструкционный материал (это определяется трубчато-волокнистым строением и зависит от относительного объема отверстий и содержания в них влаги, кроме воздуха).

2. прочность древесины в значительной степени зависит от направления действия усилий по отношению к направлению волокон. При действии усилий вдоль волокон оболочки клеток работают в самых благоприятных условиях, и древесина имеет наибольшую прочность.

3. Жесткость древесины относительно невелика ввиду ее трубчато-волокнистого строения.

Жесткость – степень деформативности древесины при действии нагрузок (зависит от направления их по отношению к волокнам, их длительности, влажности). Жесткость древесины определяется модулем упругости.

4. Соответственно мала и твердость. Малая твердость и волокнистое строение дает возможность легко обрабатывать (например, забивать гвозди в древесину, которые прочно удерживаются окружающими волокнами, раздвинутыми острием гвоздей).

5. Влажность древесины оказывает значительное влияние на ее свойства. Влажность – это процентное содержание свободной и связанной воды в порах древесины. Наибольшую влажность имеет сплавная древесина (W = 200%). Свежесрубленная древесина имеет влажность до 100%.

Находится в толще клеточных оболочек.

Находится в полостях клеток и в межклеточном пространстве.

Входит в химический состав веществ.

Предел гигроскопичности (30%) - максимальное количество связанной влаги. Дальнейшее увеличение влажности может происходить только за счет свободной влаги, т.е. заполнение пустот в древесине.

При изменении влажности от 0-30% объем древесины увеличивается, происходит разбухание, а снижение влажности в этих пределах уменьшает ее размеры, происходит усушка.

При увеличении влажности более 30%, когда влага занимает полости клеток древесины, дальнейшего разбухания не происходит.

Для сравнения показателей прочности и жесткости древесины независимо от ее влажности установлено значение стандартной влажности – 12%, т.е. при испытании образцов древесины, имеющих нестандартную влажность, предел их прочности (или другой показатель), должен быть приведен к значению его при стандартной влажности с учетом поправочного коэффициента  (=0,05 – при сжатии вдоль волокон, =0,04 – при изгибе, =0,03 при скалывании вдоль волокон)

В₁₂ = В_W 1 + (W-12)