Физические свойства древесины

Короткий исторический обзор развития КДиП

Дерево в качестве строительного материала применяется с древнейших времен. Этому способствовало наличие лесов, легкость обработки и транспортировки. С древних пор применялись в строительстве деревянные сооружения оборонительного, общественного, хозяйственного, эксплутационного назначений.

Основной конструктивной формой бревенчатых сооружений стал сруб, выполняемых из горизонтально расположенных бревен, соединенных врубками, шипами и другими соединениями. В строительстве этих сооружений мастера достигли большого совершенства. Примеры этих сооружений: Успенский шатровый храм в Кондопоге h=42м 1774 г., 22-гловый Преображенский храм в Кижах Онежское озеро 1714 год, Деревянный рубленый дворец в с. Коломенском под Москвой (1667-1681 гг.). С появление механической продольной распиловки бревен (XVII в.) создаются стержневые системы в виде брусчатых и дощатых конструкций Шпиль Адмиралтейства в с. Петербурге (1738 г.) Иван Кузьмич Коробов.

1817 г. – Деревянные фермы бывшие Монежо в Москве L=48 м, построенные в 1817 арх. А.А. Бетанкуром

Останкинский дворец, построенный в 1793 г. крепостным Назаровым.

Железнодорожные 9-ти пролетные мосты через р. Межу с пролетом по 61 м и через овраг р. Веребьи с пролетом L=54 м h над уровнем воды 49 м на Октябрьской железной дороге проект (инж. Д.И. Журавский и возведенные в 1842-1851 г.

В историческом обзоре развития нельзя не упомянуть о творческих работах Ивана Петровича Кулибина, Дмитрия Ивановича Журавского, Владимира Григорьевича Шухова.

И.П. Кулибин впервые предложил комбинированную систему, которая состоит из гибкой арки, несущей собственный вес моста и жесткой бесшарнирной арочной фермы, несущей временную подвижную нагрузку (298 м).

Д.И. Журавский – крупный ж/д мост через р. Межу – 9-ти – пролетный, р. Веребьи – 9-ти – пролет по 54 м., (Балки на шпонках – теория и расчет) создание метода расчета применяемой фермы ГАУ, применение метода деформаций при решении статич. неопред. задач.

В.Г. Шухов (создание легких экономических пространственных конструкций).

В Н. Новгороде деревянные сводчатые покрытия                      L=21,3 м, они состояли из 3х слоев взаимно перекрещивающихся досок б=12,7 мм, соединенные между собой гвоздем

Распор свода – затяжка.

Кружельно – сетчатые своды, башни – градирни.

Дальнейшее развитие конструкций из дерева и пластмасс

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.

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 покрытия сухих химических цехов и складов.

Применение деревянных конструкций целесообразно в однопролетных покрытиях одноэтажных зданий (мастерских, зрелищных зданий на селе, выставочных павильонах, крытых спортивных стадионах, а также в сельских производственных и складских зданий, навесах и пр.).

Конструкции из различных материалов – дерева, металла, железобетона – должны не противопоставляться друг другу, а применяться в сочетаниях, обеспечивающих наиболее эффективное использование в строительстве свойств, присущих каждому из материалов.

Конструкции с применением пластмасс

Применение пластмасс в строительных конструкциях рационально с технической и экономической точек зрения в случаях, когда необходимо:

− уменьшить вес конструкций,

− сократить объем транспортных и монтажных работ

− уменьшить мощность подъемно-транспортного оборудования

− повысить надежность зданий и сооружений

− применить безметальные конструкции в условиях агрессивной среды

Целесообразными конструктивными формами применения пластмасс в ближайшие годы будут панели стен и малопролетных покрытий, пространств конструкции из сборных элементов, в том числе в светопрозрачных решениях. Нередко бывает оправдано комплексное решение 3х слойных панелей и плит из пластмасс в сочетании с др. материалами (для обшивок) – фанерой,     /цем. листами. Широкое применение найдут перекрыв L > 100 м при малом расходе .

Сырьевая база.

   Общая площадь лесов в Украине составляет 9400,2 тыс га, из них хвойные леса (сосна, ель) — 42,2% твердолиственные (дуб, бук) — 43,2% и мягколиственные (береза, осина) — 13,6%. Лесами поктрыто 15,6 территории страны. (Данные 2004 года).

Строение древесины

Деревянные строительные конструкции в основном изготавливают из древесины хвойных пород (сосна, ель, лиственница), поэтому рассмотрим строение древесины хвойных пород.

Древесина состоит из клеток двух видов – прозенхимных и паренхимных.

Прозенхима – от греческого

проз – удлиненное

енхима – наполненное.

Паренхима – латинское

«пар» - одинаковый

енхима – наполненное.

Паренхимные клетки имеют одинаковые размеры во всех 3^х направлениях.

К прозенхимным – относятся трахенды – полые клетки, сильно вытянутые в длину с заостренными концами. Среднее отношение длины к др. размерам поперечного сечения – 50 – 60. В 1 см³ – 420000 трахенд. Основными элементами хвойных пород являются трахенды – 90% объема древесины. На основе современных исследований установлено, что стенки клеток трахенд представляют собой слоистую оболочку. Стенка трахенды состоит из тонкой первичной облочки Р и значительно более толстой вторичной оболочки S состоящей в свою очередь из 3х слоев. Трахеинды связаны между собой аморфным межклеточным веществом срединной пластинки М, окружающей каждую клетку.

(схема строения оболочки трахеиды)

Влага в древесине

Различают 2 вида влаги в древесине – связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную).

Связанная влага находится в толще клеточных оболочек, а свободная в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Кроме свободной и связанной различают влагу, входящую в химический состав веществ, которые образуют древесину (химически связанная влага).

Максимальное кол-во связанной влаги называется пределом гигроскопичности или пределом насыщения волокон древесины и составляет 30% . Дальнейшее увеличение влажности может происходить только за счет свободной влаги, т.е. путем заполнения пустот в древесине. При изменении влажности от 0 до предела насыщения клеточных оболочек объем древесины увеличивается (разбухает), а снижение влажности в этих пределах уменьшает его размеры (усушка). Чем плотнее, тем больше разбухание и усушка. При увеличении влажности свыше точки насыщения волокон, когда влага занимает полости клеток древесины, дальнейшего разбухания не происходит.

Физические свойства древесины

Плотность. Плотность зависит от породы, количества пустот, толщины стенок клеток и содержания влаги. Она может быть различна даже в пределах одной и той же породы.

Температурное расширение. Линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения, в древесине различно вдоль волокон и под углом к ним. Коэффициент линейного температурного расширения вдоль волокон в 7 – 10 раз меньше, чем поперек волокон и в 2 – 3 раза меньше чем у стали.

Так как линейное расширение от тепла вдоль волокон незначительны, можно отказаться от устройства температурных швов.

Теплопроводность. Трубчатое строение клеток превращает ее в плохой проводник тепла.

Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек волокон. Чем больше плотность и влажность древесины, тем больше ее теплопроводность.