Конструкции из дерева и пластмасс (стр. 1 )

Вопрос II. Раздел 10. Конструкции из дерева и пластмасс.

1. Физические и механические характеристики древесины. Сортность и сортамент пиломатериалов.

Древесина – ценный конструкционный строительный материал, продукт лесов, запасы которого могут возобновляться после его рациональных заготовок. Сырьевая база 80 млрд. куб. м., из них лиственница – 37%, сосна – 19%, ель и пихта – 20%, кедр – 8%, береза – 13%.

Строение, пороки и качество древесины определяются ее происхождением. В результате растительного происхождения и условий произрастания дерева древесина имеет трубчатое слоисто-волокнистое строение. Ствол состоит из: 1) кора, 2) камбий, 3) заболонь, 4) ядро, 5) сердцевина. Древесные волокна располагаются концентрическими слоями вокруг оси ствола, которые называют годичными слоями, потому что каждый слой нарастает в течение года. Годичные слои делятся на раннюю и позднюю древесину.

Основа древесины – трахеиды (до 90% всего объема). Трахеиды представляют собой вытянутые вдоль ствола пустотелые отмершие клетки, проводящие воду от корней к кроне. Они придают древесине механическую прочность. Плотность и прочность древесины зависят от относительного содержания в ней поздней древесины, которое у сосны, например, колеблется от 10 до 30%.

Различают 3 плоскости разрезов ствола: торцевой, тангенциальный, радиальный. Влажность древесины оказывает значительное влияние на ее свойства. Влажность древесины – это процентное содержание свободной воды в полостях и гигроскопической воды в порах древесины. Два вида влаги: связанная (гигроскопическая – содержится в клетках самой целлюлозы), свободная (капиллярная – в межклеточном пространстве). Max количество влаги – предел гигроскопичности и =30%. Древесина химически стойка к калийно-натриевым солям, к минеральным удобрениям, низкой концентрации плавиковой, фосфорной и соляной кислоты, средней концентрации уксусной и муравьиной кислоты. Не стойка к серной и азотной кислоте

Физические свойства.

1) Плотность – зависит от количества пустот, толщин стенок волокон и содержания влаги (сосна и ель – 5 кН/м3, береза 6 кН/м3).

2) Температурное расширение – линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения, в древесине различно - вдоль волокон в 7-10 раз меньше, чем поперек; в 2-3 раза меньше, чем у стали.

3) Теплопроводность – вследствие пористого строения древесина плохо проводит тепло. Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек волокон.

Механические свойства древесины, являющейся природным полимером, изучаются на основе реологии – науки об изменении свойств вещества во времени под действием тех или иных факторов, в данном случае нагрузок. 2 реологических свойства: ползучесть – свойство материала дополнительно деформироваться с течением времени при постоянной нагрузке; релаксация – уменьшение напряжений с течением времени.

Различные механические свойства материалов при различном направлении усилия к волокнам называется анизотропией и обусловлено трубчатым строением древесины.. Для древесины в инженерных расчетах принята транстропная модель анизотропии, которая предполагает различные механические и упругие свойства только в двух направлениях (вдоль и поперек волокон). Свойства в тангенциальном и радиальном направлении практически одинаковы. При растяжении вдоль волокон и поперек волокон характер разрушения хрупкий, что является опасным. При смятии прочностные характеристики практически не отличаются от сжатия. Скалывание вдоль волокон является одним из слабых мест в работе древесины, σсм=0,5…0,6 кН/см2; характеризуется хрупким разрушением. Прочностные характеристики зависят от породы древесины, от времени действия нагрузки, от размеров поперечного сечения, от конфигурации элемента. Это все учитывается коэффициентом условия работы. При кратковременных нагрузках древесина работает упруго; при длительном действии постоянной нагрузки деформации в конструкциях растут, со временем возникают остаточные деформации, которые не снимаются, что ведет к образованию вмятин.

Сортамент. Тип пиломатериала, используемая древесная порода, качество обработки — все эти моменты определяют большой разброс как по виду, так по цене и качеству. Допустим, круглое бревно один раз пропустили через циркулярные пилы на пилораме; в этом случае мы получим материал, который с двух сторон имеет плоскости и называется лафет. Если же пропилены все четыре плоскости, получается обрезной материал, который подразделяется на брус, обрезную доску и мелкий брусок. Так называемый строганый погонаж — это вагонка, наличники, плинтусы, доски для пола и т. д. Клееный брус, клееное бревно, а также мебельные щиты называют клееными изделиями.

После прохождения пилорам у пиломатериалов образуются широкие поверхности — пласти, узкие — кромки, концевые — торцы. Наиболее удаленная от сердцевины бревна пласть считается наружной, менее удаленная — внутренней. Относительно годовых колец пласти могут располагаться по-разному, в зависимости от распиловки: радиальной, тангенциальной или смешанной. В зависимости от размеров поперечного сечения обрезной материал подразделяется на брусья (шириной и толщиной более ста миллиметров), доски (ширина которых больше двойной толщины) и бруски (шириной не более двойной толщины).

Основные стандартные размеры пиленого отечественного бруса: 100 х 100 мм, 100 х 150 мм, 150 х 150 мм. Обычно пилорамы выдают шестиметровый брус. Проект, где используются пролеты большей длины, рациональным и демократичным уже не назовешь: в этом случае придется оформлять индивидуальный заказ на такой пиломатериал. Ширина и толщина бруса также могут быть изменены. При этом любое отступление от стандартных размеров влечет за собой определенное удорожание материала. Дороже обойдется и профилированный брус, пласти которого обрабатываются по более высокому классу чистоты.

Обрезная доска обычно имеет стандартную толщину 25, 40, 50 мм, ширину 100 и 150 мм, а длину — шесть метров. Доски таких размеров продаются на любой строительной базе, но вот если требуются, опять же, нестандартные размеры, то придется их поискать или вовсе заказывать индивидуальный распил.

Мелкий брусок имеет два распространенных размера 40 х 40 мм и 50 х 50 мм при двух вариантах длины — 3 и 6 метров.

В процессе распиловки при изготовлении бруса или обрезной доски образуется побочный продукт — горбыль. С одной стороны у горбыля пласть, с другой — горб необработанной древесины. Но и этот материал вполне можно использовать при создании временных строительных конструкций. При использовании в качестве декоративной облицовки (сегодня это популярно) или для черновых полов он обязательно должен быть окорен и обработан антисептиками. В противном случае от него уже через год-другой останется одна труха.

Наиболее популярна из погонажных изделий, бесспорно, вагонка, которая используется для внутренней и внешней отделки деревянных построек. Хотя более правильно называть ее обшивочной доской — именно так она значится в технических документах. Не так давно на рынке появилась так называемая «американка» — обшивочная доска переменного профиля из хвойных пород дерева.

Для настилки полов производится половая доска шириной 85–140 мм и стандартной толщиной — 27, 37 и 45 мм. Мелкие погонажные изделия — плинтусы, наличники, штапик, уголок — тоже изготавливаются самых разных размеров, так что каждый может выбрать их на свой вкус.

Скажем также несколько слов о пиломатериалах из разных древесных пород. Ведущее место на нашем рынке принадлежит материалам из сосны. Сосна является прочной, легкой в обработке древесиной, которая не так интенсивно, как лиственные породы, впитывает влагу. Вот почему из сосны изготавливают и брус, и доски, и погонаж. Кроме того, из хвойных пород в строительстве используются ель, кедр, лиственница, пихта. В качестве отделочных и столярных материалов применяются дуб, бук, ясень, красное дерево. Осину употребляют в основном для облицовки саун и парилок, березу — для изготовления паркета и паркетной доски.

Сортность древесины. На отечественном рынке реализуется древесина от нулевого до четвертого сорта; эти сорта различаются количеством и качеством сучков. Определить сорт пиленой древесины сложнее, строганой — проще, поскольку на ней сучки хорошо видны.

2. Основные виды соединений деревянных элементов и предъявляемые к ним требования.

Мах размеры цельных деревянных элементов в строительстве составляют до 28 см в сечении и до 6,5м длиной. Для увеличения длины элементов применяют сращивание, а для увеличения сечения – сплачивание. Кроме того, большая часть соединений представляет собой сопряжение отдельных эл-тов в узлах.

Соединение эл-тов ДК по способу передачи усилия делятся на:

1) непосредственный упор контактных поверхностей (лобовой упор, щековая врубка, шпонки – работают на смятие и скалывание);

2) соединение на механических связях (гвозди, болты, шурупы, пластинчатые и круглые нагели, глухари – работают на изгиб; тяжи, хомуты, скобы, стальные накладки – работают на растяжение);

3) соединение на клею – работают на сдвиг.

В соединениях на лобовых врубках и упорах усилия передаются без вкладышей или иных рабочих связей. В этих соединениях рабочую плоскость опирания сжатого элемента, работающего на смятие, располагают под углом 900 к действующему в нем усилию. Является основным видом соединения в фермах. Вспомогательная связь – аварийный болт. Лобовая врубка может утратить несущую способность в следующих случаях: 1) по смятию площадки упора; 2) по скалыванию площадки Аск; 3) по разрыву ослабленного сечения нижнего пояса. Бывают лобовые врубки с 1 и 2-мя упорами.

Нагели – наиболее распространенные мех связи для соединения элементов ДК. Нагель – гибкий стержень, который соединяет эл-ты и препятствует их сдвигу. Сам при этом работает на изгиб и сжимает древесину. Используют цилиндрические нагели из стали и брусчатые из дубовых иди березовых пластинок. Min расстояние между пластинчатыми нагелями Smin = 110 мм. Пластинчатые нагели служат для сплачивания 2 или 3 брусьев. Сквозные нагели применяются при ширине бруса 15 см и менее. Несущая способность нагеля Т=0,75⋅bпл (кН). При ширине бруса более 15см ставятся глухие нагели. Несущая способность Т=0,75⋅b/2. пластина устанавливается попеременно то с одной стороны, то с другой стороны бруса. Расстановка цилиндрических нагелей регламентируется СНиП для предотвращения чрезмерного ослабления сечения и возможного разрыва и скалывания элементов стыка. Сущ-ет расстановка прямыми рядами, косыми рядами и в шахматном порядке.