Достоинства древесины как конструкционного материала

Исторический обзор развития конструкций из дерева и пластмасс.

Древесина является самым древним и в
то же время самым современным и перспективным строительным материалом, единственным материалом, который постоянно воссоздается в природе.

Археологические исследования дают представление о роли де­рева на ранней стадии развития культуры человечества. Имея в своем распоряжении несовершенные инструменты (главным обра­зом каменный топор), человек был вынужден применять преиму­щественно цельные круглые деревянные элементы. Из этого материала сооружались жилища и их покрытие, ограды в виде часто­колов, простейшие пешеходные мосты через водные преграды, свайные постройки.
Последующее развитие материальной культуры и появление более 'совершенных орудий производства позволили создать более совершенные деревянные конструкции и постройки.

Последующее развитие материальной культуры и появление более 'совершенных орудий производства позволили создать более совершенные деревянные конструкции и постройки.
Так, прообразом древнегреческих ордеров, оказавших столь большое влияние на развитие архитектуры вообще, являются де­ревянные элементы: столбы, балки из брусьев, стропила Строители Древнего Рима являлись создателями мостов весь­ма рациональной конструкции. Принятая ими схема расположения несущих элементов оказалась столь удачной, что применяется донаших дней в мостах временного назначения.
Вполне естественно, что особенно широкое распространение деревянные сооружения и конструкции получили в районах, бо­гатых лесом. Это убедительно подтверждается историей и опытом деревянного строительства на территории нашей страны. Уже в-конце прошлого тысячелетия искусными русскими плотниками
возводились многочисленные деревянные здания разнообразного назначения: жилые избы, храмы, крепости, дворцы. О размере и облике этих сооружений можно судить по дошедшимдонаслетописям и запискам иноземных путешественников. Так, в X в. в Нов-городе была возведена дубовая соборная церковь Софии.

Важный шаг в развитии стержневых систем примени­тельно к деревянному мосто­строению связан с именем итальянского архитектора XVI в. Палладио. Им было предложено несколько вариан­тов стержневых систем, включая ригельно-подкосную схему, стати­чески определимые и статически неопределимые фермы.

В 18 веке появляются облегченные
решетчатые конструкции с применением
брусьев и досок. Одной из старейших в Европе конструкций крыш является, построенный архитектором Иваном Коробовым в
1736-1738 гг. шпиль Адмиралтейства высотой 72м в
С. Петербурге.Талантливый инженер и крупный ученый Д.И. Журавский по праву может считаться одним из основоположников русской школы инженерных деревянных конструкций. Он впервые изучил физико-механические характеристики древесины ели и сосны и дал научно обоснованные допускаемые
напряжения, которые легли в основу расчета деревянных мостов. Предложенные В.Г. Шуховым арочные и
сводчатые конструкции с системой гибких затяжек являются первыми арочными конструкциями с односторонними выключающимися связями. Они
предшествовали появлению целого ряда сводчатых и арочных легких покрытий.В начале 19 столетия с активным развитием промышленности с новой технологией, требующей свободной планировки оборудования, возникла необходимость в большепролетных деревянных конструкциях построечного изготовления.Период индустриализации строительства сопровождался процессом
перехода к индустриальным деревянным конструкциям. К этим конструкциям относятся клеефанерные панели и трехслойные панели с применением пенопластов. Кроме того, учитывая конструкционные свойства древесины, широкое применение нашли несущие конструкции покрытия в виде
клееных (в том числе и клеефанерных ) балок и арок покрытия и рам .Дальнейшее развитие деревянных конструкций привело к большепролетным пространственным конструкциям. В 20-е годы начали применять так называемые дощато-гвоздевые конструкции.Позднее, в начале
30-х годов, перекрестная дощато-гвоздевая система была исполь­зована в пространственных конструкциях (цилиндрических сводах- ' оболочках, башнях). К этому же времени относится успешное ос­воение и применение для сводов и других пространственных по­крытий кружально-сетчатых конструкций системы С. И. Песель­ника.Пластмассовые конструкции имеют более короткую историю, чем деревянные.

Пластмассы начинают свою историю с 1872 г., когда был по­лучен целлулоид—жесткий прозрачный материал, вырабатывае­мый из растительной клетчатки (целлюлозы).

В 1943 г. в США был получен первый стекло­пластик— материал, состоящий из отвержденной феноло-формаль-дегидной смолы, армированной стекляннымволокном.. Высокая прочность, не­большая плотность, простота переработки и возможность варьирования в широком диа­пазоне других эксплуатацион­ных свойств быстро преврати­ли пластмассы в незаменимые конструкционные материалы о присущими только им свойст­вами.

Впервые пластмассы для строительных конструкций начали применять, за рубежом в 1956—1957 г., когда во Франции, а затем в США были созданы отдельные экспериментально-рекламные цельнопластмассовые жилые дома,демонстрировавшие возможности таких конструкционных пластмасс, как стеклопласти­ки, пенопласты, винипласт.
В СССР широкое внедрение пластмасс в строительство нача­лось после решения майского (1958 г.) Пленума ЦК КПСС, на­метившего программу развития химической промышленности и внедрения ее продукции в различные отрасли отечественной эко­номики.
К началу 60-х годов были определены основные области приме­нения строительных конструкций на основе пластмасс: 1) сов­мещенные * несветопрозрачные панели стен и покрытий; 2) свето-прозрачные (панели и фонари) ограждающие конструкции; 3) по­крытия в виде оболочек; 4) конструкции, работающие в условиях химически агрессивных сред; 5) пневматические (надувные) кон­струкции (мягкие оболочки).

Классификация ДК

1)по назначению:

ü Несущие – стропильные, подстропильные

ü Огражадющие

2)по материалу:

ü Деревянные

ü Фанерные

ü Металлодеревянные

ü Комплексные

3)по виду:

ü Из круглого леса

ü Пиломатериалы (брус, доска)

ü Полуфабрикаты (стр фанера, ДСП, ДВП)

4) по породам:

ü Хвойные

ü Лиственные

5)по сортам:

ü 1с – 7см – 7%

ü 2с – 10см – 10%

ü 3с – 15см - 15%

6)по условиям эксплуатации:

1 отапл

2            неотапл

3

4  на откр воздухе

5  в воде или в грунте

7) по виду соединения:

ü Упоры

ü Врубки

ü Шпонки

ü Колодки                               

ü Шайбы

ü Нагели

ü МЗП

ü Связи, работ на раст

ü Связи, работ на выдерг

ü Клеи

ü Вкл. и немет. ст

ü Из цельной (природной)

ü Составные на податл связях

ü Составные на неподатливых связях

8) по материалоемкости:

ü Сплошные

ü Сквозные

9) по степени ответственности:

ü Iкл Т ≥150 лет

ü IIкл Т >100лет

ü III кл T≤ 50 лет

10)по способу выполнения:

ü Построечного изготовления

ü Заводского изготовления

11) по степени огнестойкости:

ü Несгораемые

ü Трудносгораемые

ü Сгораемые

12) по статической схеме:

ü Плоские (пролетные, опорные)

ü Пространственные (балочные, арочные, рамные, висячие, вантовые, вантово-стержневые)

Достоинства древесины как конструкционного материала

1. Небольшая плотность  кг/м³

2. Высокая относительная прочность

3. Малый коэффициент теплопроводности

4. Незначительный коэффициент линейного расширения 1/^оС

5. Химическая стойкость древесины (около 50 лет)

6. Упругопластичныйматериал ;Е_о= 8500 Мпа; Е₉₀= 400 Мпа

7. Хорошая акустика

8. Архитектурная выразительность

9. Древесина – возобновляемый ресурс человечества

10. Богатая сырьевая база

11. Лёгкость добычи

12. Простота обработки

13. Производство деревянных конструкций не имеет сезонных ограничений и удорожаний

14. Быстрота возведения

15. Хорошая гвоздимость

16. Способность склеиваться

17. Возможность модификации

Недостатки древесины: неоднородность (проявляется в различии строения и свойств годовых слоев), анизотропность (представляет собой тело с 3-мя осями анизотропии – вдоль, поперек волокон и в тангенсальном и радиальном направлении), пороки – сучки трещины (наличие сучка изменяет направление волокон, что значительно влияет на прочность, особенно при растяжении, косослой также снижает прочность древесины).