Древесина как строительный материал. Деревянные конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

С незапамятных времен люди используют дерево для строительства. Из него возводились храмы и ветряные мельницы, мосты и крепости и, конечно же, дома. Незаменим для строительства теплого и экологически чистого дома этот материал благодаря своим удивительным свойствам: прочности, способности сохранять тепло и прекрасно обрабатываться. Кроме того, он великолепно смотрится, источает неповторимый природный аромат и создает такой уровень комфортности, который отвечает всем санитарно-гигиеническим требованиям.

Деревянное здание прекрасно подходит для регионов с различным климатом - в нем прохладно летом и тепло зимой, к тому же он "дышит". Этот природный материал как никакой другой позволяет воплотить множество архитектурных замыслов. В дополнение к вышеперечисленным свойствам можно добавить, что дерево прочно, морозостойко, имеет низкую звуко- и теплопроводность в сочетании с достаточной теплоемкостью, хорошо обрабатывается и монтируется. И главное - из дерева можно строить круглый год.



1. Историческая ретроспектива деревянного зодчества

Недаром говорят, что архитектура -- это душа народа, воплощенная в камне. К Руси это относится лишь с некоторой поправкой. Русь долгие годы была страной деревянной, и ее архитектура, языческие молельни, крепости, терема, избы строились из дерева. В дереве русский человек, прежде всего, как и народы, жившие рядом с восточными славянами, выражал свое восприятие строительной красоты, чувство пропорций, слияние архитектурных сооружений с окружающей природой.

Русское деревянное зодчество, возникшее в стране лесов, несомненно, древнее каменного. В его произведениях во всей своей непосредственности и самобытности раскрывается творческая одаренность русского народа.

В лесах русского Севера до сих пор разбросано огромное количество замечательных произведений народного творчества. В рубленых избах, с чудесными крыльцами, с резными украшениями окон, фронтонов, крылец, в мельницах, даже в амбарах и мостиках чувствуется любовно выполнившая их рука художника. Но особенно хороши сохранившиеся деревянные часовни и церкви - от маленьких изящных построек до больших величавых и суровых сооружений.

Вся работа над этими прекрасными произведениями - от оттёски бревен до изготовления досок, а нередко и узорчатой резьбы украшений - производилась, главным образом, топором.

Некоторые сооружения деревянного зодчества поражают своими поистине колоссальными, даже с современной точки зрения, размерами. Храмы не только разрастались в ширину сенями, крыльцами, приделами, но достигали огромной высоты 15-этажного дома (50-70 м). Летописи также свидетельствуют об огромной высоте дозорных башен.

Суровая природа, примитивная техника, однообразие материала (дерево) заставляли зодчего искать художественную выразительность форм и монументальность сооружений не в декорациях и украшениях, а в группировке внешних масс, в красоте и стройности силуэта, в хорошо найденных пропорциях, в суровой простоте рубленых стен, в каждой линии, форме или детали, конструктивно и функционально необходимой зданию. Вот почему эти сооружения отличаются классическим благородством, простотой и глубокой правдивостью.

Дерево - материал недолговечный и не только из-за того, что оно легко горит. Жилые постройки стоят не дольше 100-- 120 лет, культовые, даже если у них вовремя перекрывают кровлю и заменяют сгнившие бревна («гнилые бревна выметывать, а в те места вставливать бревна новые...», как сказано в одной грамоте XVII в.), -- 300-350 лет. Дольше -- крайне редко, да и то при условии, что сруб за это время один-два раза будет перебран («роспятнан») полностью. Теперь ясно, что самые старые из сохранившихся крестьянских домов срублены не раньше первой половины XIX в., большинство церквей относится к XVIII в., значительно меньше -- к XVII в. и лишь единицы -- к XVI в.

От каменных зданий, даже если они и разрушены до основания, обычно остаются фундаменты или хотя бы фундаментные рвы, позволяющие в большинстве случаев восстановить план, определить особенности кладки. От деревянных же строений часто не остается и этого, а потому изучение тех, что давно исчезли с лица земли, наталкивается на трудности почти непреодолимые, что не раз отмечали исследователи деревянного зодчества.

2. Деревянные конструкции в современной архитектуре

1). Деревянные конструкции в современной архитектуре

В связи с принятым Правительством страны в 1954 году курсом на преимущественное развитие промышленности сборного железобетона и широкое применение в строительстве сборных железобетонных конструкций с середины 50-х годов XX века было ослаблено внимание к конструкциям из других материалов. Применение стальных строительных конструкций строго регламентировалось специальными правилами. Использование лесоматериалов в строительстве резко сократилось.

В середине 70-х годов XX века под влиянием объективных факторов (увеличение объемов рассредоточенного сельского строительства, развитие малоэтажного домостроения, возрастание числа объектов с химически агрессивной средой по отношению к железобетону и стали) применение деревянных конструкций (ДК) в строительстве расширилось, чаще стали применяться клееные деревянные конструкции (КДК).

Первые здания из КДК были построены в стране в начале 50-х годов XX века. Однако из-за отсутствия качественных водостойких клеев, несовершенства технологии изготовления и по другим причинам, КДК не получили широкого распространения.

В настоящее время накоплен большой опыт проектирования, производства, монтажа и эксплуатации КДК. Научные исследования, а также разработка нормативных документов, рабочих чертежей конструкций и проектов здании с применением КДК осуществляются во многих институтах и вузах.

Вместе с тем, по оценкам специалистов, на несущие и ограждающие деревянные конструкции приходится менее 10% лесоматериалов, используемых в строительстве, а около 50% древесины расходуется при производстве строительно-монтажных работ (одноразовая опалубка, леса, подмости), то есть не всегда рационально.

В 70 - 80-х годах XX века в России действовало более 20 деревообрабатывающих комбинатов, на которых было организовано производство КДК (в гг. Архангельске, Волоколамске, Вологде, Вельске и др.). Выпуск КДК составлял 60...70 тыс. м3/год.

Структура использования деревянных конструкций по видам строительства показана на рис. 1.9.

КДК применяются в каркасах и покрытиях:

- промышленных и складских зданий пролетами до 45 м;

- сельских производственных зданий пролетами до 24 м;

- спортивных и выставочных залах пролетами до 60 м.

С 1991 г. в связи с нестабильной экономической ситуацией в нашей стране массовое производство ДК и КДК практически свернуто. Выпуск ДК и КДК осуществляется на отдельных предприятиях эпизодически по разовым заказам. Однако в последние 10 лет интерес к этим конструкциям возрастает, и все чаще применяются в каркасах и покрытиях:

а) производственных зданий пролетами до 18м - клееные деревянные рамы и металлодеревянные фермы;

б) спортивных, выставочных и других большепролетных общественных зданий (для повышения архитектурной выразительности зданий и сооружений и получения социального эффекта) - клееные деревянные арки и рамы пролетами до 60 м;

в) промышленных и складских зданий с химически агрессивной средой калийных предприятий, а также аналогичных зданий других отраслей промышленности - клееные деревянные арки пролетами до 45 м;

г) малоэтажных зданий - деревянные балки, дощатые и брусчатые фермы.

При надстройке мансардных этажей эффективны стропильные системы из бруса (клееного бруса).

2) Достоинства и недостатки древесины как строительного материала.

Древесина, как и другие строительные материалы, имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинства:

- наличие широкой, постоянно возобновляемой сырьевой базы;

- относительно малая плотность;

- высокая удельная прочность;

- отношение предела прочности при растяжении вдоль волокон к плотности: 100/500 = 0,2 (примерно равная стали);

- стойкость к солевой агрессии, к воздействию других химически агрессивных сред;

- биологическая совместимость с человеком и животными - в зданиях из древесины наилучший микроклимат;

- высокие эстетические и акустические свойства - лучшие концертные залы страны облицованы древесиной;

- малый коэффициент теплопроводности поперек волокон - стена из бруса шириной 200 мм эквивалентна по теплопроводности кирпичной стене шириной 640 мм;

- малый коэффициент линейного расширения вдоль волокон - в деревянных зданиях нет необходимости устраивать температурные швы и подвижные опоры;

- меньшая трудоемкость механической обработки, возможность создания гнутоклееных конструкций.

Недостатки:

- анизотропия строения древесины;

- подверженность загниванию и поражению жуками-древоточцами;

- сгораемость в условиях пожара;

- изменение физико-механических характеристик под воздействием различных факторов (влаги, температуры);

- усушка, разбухание, коробление и растрескивание под влиянием атмосферных воздействий;

- наличие пороков (сучки, косослой и других), существенно снижающих качество изделий и конструкций;

- ограниченность сортамента лесоматериалов.

Задача инженеров состоит в том, чтобы максимально использовать положительные качества древесины, уменьшить влияние ее отрицательных свойств, обеспечить экономически эффективное применение деревянных конструкций в конкретных условиях строительства и эксплуатации.

Многие природные недостатки древесины можно устранить или существенно ограничить их влияние на качество деревянных конструкций. Так, применение КДК снимает проблему ограниченного сортамента лесоматериалов, использование листовых материалов на основе древесины (фанеры, ДВП, ДСП и др.) снижает влияние анизотропии строения древесины. С помощью конструктивных и химических мер защиты уменьшается опасность загнивания и возгорания деревянных конструкций.

3) Лесные ресурсы России.

Леса занимают более 40% территории России. Основные лесные массивы находятся к востоку от Урала. Запасы наиболее ценной для строительства древесины хвойных пород составляют около 50 млрд. м³, из них на долю лиственницы приходится 30%; сосны - 20%; ели и пихты - 16%. Из лиственных пород важнейшее значение имеет береза - ценное сырье для производства фанеры (запасы около 8 млрд. м³).

Естественный ежегодный прирост древесины на корню составляет 1,5...2 м³/га (около 700 млн. м³); в постоянно действующих леспромхозах развитых стран этот показатель превышает 3...4 м³/га. В последние годы по оценочным данным ежегодно заготавливается около 200 млн. м³ деловой древесины. На нужды строительства расходуется примерно 1/3 часть, то есть около 70 млн. м³.

Необходимо отметить, что в 70 - 80-х годах XX века, по экспертным оценкам, ежегодно безвозвратно терялось: при сплаве круглого леса по рекам «молем» - 2...3 млн. м³; при прокладке магистральных газопроводов и нефтепроводов, линий электропередач - 30...40 млн.м³. Ежегодно от пожаров гибнет примерно 100 млн. м³ древесины.

Древесина хвойных пород используется для изготовления несущих конструкций; твердые лиственные породы - для изготовления мелких ответственных деталей; береза - для изготовления фанеры; древесина других лиственных пород используются при устройстве опалубки, лесов, подмостей, а также во временных зданиях и сооружениях.

Основными хвойными породами для изготовления несущих и ограждающих деревянных конструкций являются сосна и ель.

4) Структура и свойства древесины.

Макроструктура древесины.

Полное представление о структуре древесины дают три разреза ствола дерева: поперечный, радиальный и тангенциальный продольный (по хорде).

На поперечном разрезе ствола дерева различают:

- сердцевину - темное пятно диаметром 2...5 мм;

- ядро - центральная часть ствола дерева, имеющая более темную окраску;

- заболонь - более светлая часть ствола дерева, примыкающая к коре;

- кору - внешний слой, защищающий дерево от механических воздействий.

Между корой и древесиной находится тонкий слой живых клеток, видимый только под микроскопом и называемый камбием. Слой камбия откладывает в сторону коры лубяные клетки, а к центру - клетки древесины, - так растет дерево.

Концентрические слои, видимые на поперечном разрезе, называются годичными кольцами и показывают прирост дерева за год. Ширина колец отечественных пород деревьев колеблется (в зависимости от породы и условий произрастания) от 1 мм (самшит) до 10 мм (тополь). Годичные кольца состоят из более светлого весеннего слоя, обращенного в сторону ядра (ранняя древесина), и более темного плотного летнего слоя, обращенного к коре (поздняя древесина). На радиальном разрезе годичные слои видны в виде продольных параллельных полос, а на тангенциальном - в форме извилистых линий.

На поперечном разрезе видны также светлые блестящие полосы, идущие в радиальном направлении. Это сердцевинные лучи, по которым проходят питательные вещества в дереве поперек волокон.

Микроструктура древесины.

Древесина хвойных пород отличается простотой и правильностью строения и состоит из клеток двух видов: прозенхимных и паренхимных.

К прозенхимным (греч. "прос" - удлиненное; "энхима" - наполненное) клеткам относятся трахеиды - полые клетки сильно вытянутые в длину с заостренными концами. Эти клетки занимают более 90% объема древесины ствола и придают ей механическую прочность.

Паренхимные (лат. "пар" - одинаковый ) клетки имеют примерно одинаковые размеры по всем трем осевым направлениям, входят в состав сердцевинных лучей, занимают около 7% объема древесины. Клетки паренхимы имеют более гонкие оболочки, они слабее основных клеток - по ним образуются усушечные трещины в пиломатериалах.

Химический состав древесины.

Химический состав древесины практически не зависит от породы дерева. Органическое вещество абсолютно сухой древесины содержит в среднем, %: 49,5 - углерода (С); 44,2 - кислорода с примесью азота (О + N); 6,3 - водорода (Н).

Эти химические элементы образуют в древесине сложные соединения, %:

- целлюлозу - высокомолекулярный линейный полимер 48...56;

- гемицеллюлозу - более сложный полимер, чем целлюлоза, 23...26;

- лигнин - вещество, сложной макромолекулярной структуры, 26...30.

Все перечисленные вещества входят в состав клеточных оболочек. Кроме них, в состав древесины входят еще неорганические соединения, которые при сгорании образуют золу. Остальные вещества называются экстрактивными - извлекаемыми из древесины различными способами (смолы, эфирные масла, дубильные вещества).

Физические свойства древесины.

Основные физические свойства древесины, имеющие большое значение в строительстве. Плотность. Зависит от породы и влажности и составляет (кг/м³):

- для свежесрубленной древесины - 1000;

- для высушенной до стандартной влажности 12% древесины сосны и ели - 500;

- для лиственницы - 650;

- для березы - 700.

Теплопроводность. Благодаря трубчатому строению древесина плохо проводит тепло. Теплопроводность вдоль волокон больше, чем поперек волокон. Малая теплопроводность поперек волокон 0,12 Вт/(м-°С) позволяет использовать древесину в ограждающих конструкциях.

Температурное расширение. Изменение размеров древесины при нагревании характеризуется коэффициентом линейного расширения а. Вдоль волокон древесины этот коэффициент равен 4x10-6; поперек волокон - 11x10-6(1/ °С). Ввиду незначительной величины этих коэффициентов, они не учитываются при проектировании конструкций.

Цвет - важная характеристика внешнего вида древесины, учитываемая при выборе породы для отделки помещений, изготовлении мебели. Основное вещество в древесине - целлюлоза - имеет практически белый цвет. Все многообразие цветовых оттенков придают древесине красящие, дубильные вещества и смолы.

Текстурой называется рисунок, образуемый на поверхности образцов при перерезывании анатомических элементов древесины, чем сложнее строение древесины, тем богаче ее текстура. Красивую замысловатую текстуру имеют: карельская береза, бук, платан (на радиальном разрезе), орех, дуб (на тангенциальном разрезе).

3. Применения древесины в малоэтажном строительстве

Применение древесины в частном домостроительстве широко и повсеместно.

По конструктивным особенностям деревянные дома делятся на нескольких основных типов:

· бревенчатые ручной рубки;

· дома из оцилиндрованного и профилированного бруса;

· каркасные;

1) Строительство бревенчатых домов ручной рубки.

Ручной способ производства сруба позволяет добиться высокого качества рубки. Это достигается за счет того, что при ручной обработке топором и другими инструментами удается максимально сохранить верхний защитный слой древесины. А это является гарантией долговечности бревна. Также при этом способе используются большие диаметры бревен (от 26 до 40 см), что существенно улучшает теплоизоляционные характеристики дома и его внешнюю эстетику. Различают несколько видов рубок - традиционная русская рубка, канадская и норвежская технология.

Традиционная русская рубка.

Традиционно на Руси дома складывали из кругляка с протесом. Лес для этого заготавливали зимой. При этом древесина не так сильно коробится от усушки как летом. Дерево не пилили, а рубили топором. От ударов топора волокно древесины уплотняется и меньше впитывает влагу. Существует два наиболее распространенных способа рубки стен из бревен: с остатком (“в обло”) и без остатка.

Рубка в “обло” - то есть с остатком, когда концы сруба выступают за стены дома, концы бревен при этом остаются круглыми. “Облый” значит круглый, отсюда и название связи сруба - “в обло”. Этот вид связи называли еще рубкой “в чашу”, так как в каждом бревне вырубалась чаша - углубление, в которое укладывалось бревно следующего венца. При рубке в круглую чашу в верхнем поперечном бревне вырубается полуцилиндр, повторяющий профиль нижнего продольного бревна.

Кроме этого, вдоль бревна выбирается паз для сопряжения между собой параллельных бревен. Поскольку каждое бревно индивидуальный профиль, механизация этих работ невозможна. Одним из наиболее сложных в изготовлении соединений является соединение бревен в “чашку”, под углом, отличным от 90 градусов. Они используются при рубке шестиугольных конструкций. Сложность изготовления обусловлена как формой выбираемой части бревна, так и ее объемом.

При этом виде рубки углы хорошо защищены от дождя выступающими частями бревен, они более теплые, сруб более устойчив. При этом рубка может быть как чашей вверх, так и чашей вниз. В последнем случае стены сруба менее подвержены атмосферному воздействию, а, значит, более долговечны.

Канадская рубка.

Канадская рубка является разновидностью русской рубки, и данная тонкая технология изготовления жилища берет свои корни в далекой истории России. Имея столь необычное название, данный способ появился именно в России, но большой популярностью стал пользоваться в Канаде, отсюда и название - «канадская рубка». Сегодня, эта технология используется по всему миру, а сооружения имеют неповторимую привлекательность и долговечность.

Отличием от других видов рубки является использование круглых бревен, их ручная обработка, высокая точность элементов сруба и характерное соединение между собой.

Канадская рубка предусматривает тщательный выбор чаши, имеющей форму трапеции и пазов для утеплителя. Канадская чаша делит бревно на участки - наружный паз, чаша, внутренний паз. Данные участки прочерчивают, используя различные растворы циркуля для того, чтобы бревно провисало на чаше, а пазы имели зазор, так как процесс сушки внутри и снаружи сруба отличаются по скорости.

При этом каждое бревно досконально подбирается и обрабатывается.

Такой подход обеспечивает качественную подгонку бревен и исключает образование зазоров. Также, технология позволяет сохранить плотный наружный слой древесины, тем самым продлевая срок эксплуатации дома.

Кроме того, не теряется естественность изгибов бревна, поэтому каждый дом выглядит по-своему неповторимым и красивым. При канадской рубке стены не промерзают и представляют собой сплошной массив, а удачно расположенный в изоляционном канале утеплитель, является полностью невидимым. Данный вид рубки позволяет дереву хранить свои натуральные защитные качества и не нарушать природные свойства воздухообмена.

Норвежская рубка, скандинавская рубка.

Для постройки домов ручной рубки по норвежской технологии используют лафет, он же полубрус - это ствол толстой северной сосны со срубленными до идеально плоской поверхности двумя противоположными сторонами. Предварительно бревна обрабатываются на пилораме - удаляются боковые поверхности бревна, получается полубрус, т.е. “лафет”. Далее оставшиеся нетронутыми полукруглые поверхности окариваются и лафет полностью прострагивается вручную электрорубанком добела.

Следующий этап - самый сложный, продолжительный и трудоемкий - это укладка лафета в сруб. Бревно ставится на бревно внизу, лежащее “на ребро”. Тем самым причерчивается будущий паз бревна, который выбирается вручную специальным топором “теслой”. Это обеспечивает плотное прилегание лафета друг к другу, делает паз максимально широким, что дает возможность уложить достаточное количество теплоизоляционного материала, исключая тем самым ненужные теплопотери. В месте углового соединения вычерчивается система трапециидальных линий, образующих контур будущей “чаши”. Малейшая неточность и небрежность недопустимы и необратимы, т. к. последствия их могут сказаться лишь через несколько венцов. После многочисленных замеров делаются насечки, выбирая черновую работу. Далее так же вручную топором выбирается клиновидный замок, образующий при виде сверху как бы “седло”, боковые поверхности которого тщательно шлифуются прямо в процессе изготовления самого замка. Завершая устройство соединения, внутри делается потайной шип, который входит в потайной паз нижнего бревна. Это делается, как правило, в наружных угловых соединениях деревянного дома, обеспечивая дополнительную теплоизоляцию и прибавку в жесткости.

2). Оцилиндрованный и профилированный брус.

Сруб из оцилиндрованного бревна - это основа современного деревянного домостроения. Строительство сруба значительно облегчает и ускоряет использование бревен, обработанных и подготовленных заводским способом - оцилиндрованных бревен.

Бревна одинакового диаметра с идеальной геометрией и нарезанными по проекту пазами, превращают строительство сруба в сбор конструктора лего. К тому же напил комплекта из оцилиндровки, по проекту, решает проблему с отходами, их просто нет, есть элементы для сбора с порядковыми номерами, где не может быть отходов. Также повышается качество сборки швов сруба, так как все пазы и чашки изготавливаются в заводских условиях.

Все необходимые пазы и чашки в оцилиндрованном бревне изготавливаются по рабочему проекту, так называемой спецификации элементов. Элементы имеют математически выверенную форму, все пазы, чашки и фаски выполняются с очень высокой заводской точностью. Благодаря готовности каждого элемента, сводятся к минимуму ошибки в сборе сруба. Венцы дома из оцилиндровки имеют минимальные зазоры и плотно прилегают друг к другу. Брёвна, в чашках, могут соединяться практически под любым необходимым углом. Также достоинством дома из оцилиндрованного бревна, является то, что в отличие от ручной рубки, все бревна имеют четкие геометрические параметры.

3). Каркасное домостроительство.

Деревянные дома по каркасной технологии известны в Европе уже несколько столетий. Еще в XV веке в Германии начали строиться фахверковые дома - малоэтажные конструкции, основу которых составляли вертикальные стойки каркаса и диагональные балки из древесины, пространство между которыми заполнялось кирпичом, глинобитным материалом и др. Такие проекты впоследствии получили широкое распространение и стали одной из визитных карточек ряда стран Центральной, Западной и Восточной Европы (Нидерланды, Франция, Германия, Польша и др.). Некоторые постройки стоят уже более 300 лет. Параллельно в Европе стали появляться другие технологии каркасного домостроения.

Строительство каркасных домов в современном варианте начало активно развиваться в середине прошлого века в странах Скандинавии, а также в Северной Америке. За прошедшие десятилетия каркасная технология заняла лидирующие позиции в секторе малоэтажной застройки в ряде стран и выделилась в качестве самостоятельного направления мирового рынка деревянного домостроения. Например, в Скандинавии около 90% фонда малоэтажного жилья составляют каркасные дома. В США и Канаде этот показатель достигает порядка 70%.

В России еще в дореволюционные годы в некоторых регионах были популярны «финские дома» - предшественники современных каркасных домов. Такие постройки, в частности, можно встретить на берегах Финского залива в Ленинградской области. Однако в связи с появлением новых строительных материалов и возможностей настоящую популярность на отечественном рынке каркасные дома снискали в течение последних 10-15 лет. Стоит отметить, что готовые каркасные дома популярны благодаря их экономичности, коротким срокам возведения, высоким теплоизоляционным свойствам и возможности реализовывать проекты различного уровня сложности с любыми планировочными решениями.

На данный момент в России представлена непосредственно каркасная технология и каркасно-панельная. Последняя предусматривает установку крупных готовых элементов дома на участке застройщика с применением тяжелой техники. Каркасно-панельная технология строительства используется при возведении больших коттеджей, либо наоборот - дачных хозяйственных построек (бытовки, душевые кабины, садовые дома). Далеко не всегда она годится для российских загородных участков: подъезду мешают линии ЛЭП и плохие дороги, а дачники боятся, что техника нанесет непоправимый ущерб их приусадебному хозяйству. Каркасная технология позволяет избегать подобного рода вмешательств: каркас дома возводится на участке застройки.

Каркасный дом представляет собой многослойную конструкцию. Каркас формируют деревянные стойки, расстояние между которыми заполнено утеплителем, с одной стороны защищенным пароизоляционной пленкой, а с другой гидро-ветроизоляцией. Стены дома с двух сторон обшиваются отделочными материалами.

4. Ограждающие конструкции с применением древесины

Ограждающие конструкции из древесины применяются в зданиях и сооружениях в виде настилов, обрешетки, кровельных щитов, плит покрытия, плит подвесных потолков и стеновых панелей. Такие конструкции используются при возведении сельских производственных зданий, промышленных зданий с химически агрессивной по отношению к железобетону и стали, общественных и спортивных зданий, малоэтажных жилых домов. На ограждающие конструкции расходуется значительная часть древесины, используемой в строительстве, от их правильного и рационального конструирования во многом зависит эффективность всего здания (сооружения) в целом.

Достоинства и недостатки этих ограждающих конструкций такие же, что и других конструкций из древесины. В современном строительстве в основном применяются настилы из досок и брусков в конструкциях покрытий неотапливаемых зданий и сооружений и в покрытиях отапливаемых зданий с холодным чердаком, а также плиты покрытий на деревянном каркасе в покрытиях отапливаемых зданий и сооружений.

5. Деревянные арки и фермы

Арки.

Клееные деревянные арки применяются при строительстве большепролетных общественных и спортивных зданий, производственных и складских зданий с химически агрессивной средой.

Арки пролетами 12, 18 и 24 м нашли применение в сельской местности при строительстве складских и спортивных зданий. Классификация арок:

- по конструктивной схеме: трехшарнирные и двухшарнирные; - по очертанию оси: арки кругового, стрельчатого, параболического, ломанного, треугольного и др. очертаний оси; - по типу поперечного сечения: сплошные (прямоугольные, двутавровые), спаренные, армированные и др. (типы поперечных сечений деревянных клееных арок аналогичны сечениям клееных деревянных балок, - по способу восприятия распора: непосредственно железобетонными фундаментами, несущими конструкциями каркаса здания, стальной затяжкой.



Фермы.

Фермы применяются в покрытиях производственных и гражданских зданий в тех случаях, когда балки сплошного сечения оказываются экономически невыгодными. Применение решетки уменьшает расход материала на конструкции, но увеличивает трудоемкость изготовления, так как появляются узлы - места соединения решетки с поясами.

Классификация ферм:

- по конструктивной схеме различают: балочные фермы (основной тип) и распорные - арочные;

- по очертанию верхнего пояса: треугольные фермы, фермы с параллельными поясами, трапециевидные, многоугольные, сегментные;

- по материалу, из цельной древесины (из круглого леса, брусьев, досок), из клееной древесины, металлодеревянные, фермы из фанерных труб, стеклопластикодеревянные фермы;

- по типу узловых соединений: на лобовых врубках, на стальных цилиндрических нагелях, на клеестальных шайбах, на зубчатых шипах на клею.

6. Защита деревянных конструкций

древесина деревянный дом строительство

Древесина - ценный и благородный строительный материал, требующий к себе бережного отношения. Срок службы деревянных конструкций при правильной эксплуатации и своевременных текущих ремонтах составляет 100 и более лет. Классическими примерами длительной эксплуатации деревянных конструкций служат Преображенский храм на острове Кижи (1714 г.), деревянные фермы Московского манежа в г. Москве (1817 г.) и другие.

Вместе с тем использование для изготовления деревянных конструкций древесины с влажностью более 30%, увлажнение конструкций в процессе эксплуатации, нарушение осушающего режима в помещении и другие причины приводят к загниванию древесины и резкому сокращению сроков службы деревянных конструкций.

1). Защита от загнивания.

Под гниением древесины понимают процесс жизнедеятельности грибов, разрушающих целлюлозу - самую прочную часть древесины. Грибы относятся к группе низших споровых растений, в клетках которых нет хлорофилла. В эксплуатируемых зданиях и сооружениях деревянные конструкции поражаются в основном домовыми грибами. Точно определить вид домового гриба можно лишь после лабораторных микологических исследований, однако в большинстве случаев этого и не требуется, так как способы борьбы с домовыми грибами практически не зависят от конкретного вида гриба.

Процесс развития грибов происходит при средней влажности древесины более 20% в условиях повышенной влажности воздуха при отсутствии проветривания и температуре окружающего воздуха от 0 до 45°С.

Характерные признаки поражения древесины грибами в конструкциях:

- появление на поверхности древесины грибницы - белых пушистых скоплений грибных нитей (гифов), а также наличие в помещении характерного грибного запаха;

- изменение цвета древесины: в начале процесса - на красноватый, затем бурый или темно-коричневый;

- наличие в древесине глубоких продольных и поперечных трещин, по которым она распадается на отдельные призматические кусочки - деструктивная гниль (древесина как бы обугливается, легко отрывается и растирается пальцами в порошок).

Конструктивные меры защиты деревянных конструкций от загнивания.

Основными мероприятиями конструктивной профилактики против загнивания деревянных конструкций являются защита их от постоянного или систематически повторяющегося увлажнения, создание осушающего режима эксплуатации.

Увлажнение деревянных конструкций может быть:

- непосредственное - атмосферными осадками из-за протечек кровли;

- капиллярное - грунтовыми водами при повреждении гидроизоляции;

- биологическое - самоувлажнение в процессе гниения;

- конденсационное - увлажнение за счет оседания воды из паров, содержащихся в воздухе (наиболее опасное).

Основные конструктивные (профилактические) меры против загнивания:

- использование сухого пиломатериала - защита конструкций от увлажнения на период транспортировки и монтажа;

- размещение деревянных конструкций полностью в пределах отапливаемого помещения либо целиком в пределах неотапливаемого чердачного помещения, за утепленным подвесным потолком;

- установка опорных частей балок, ферм на деревянные опорные подушки на пилястры или в открытые гнезда, утепление этих гнезд;

- устройство опорных узлов рам, арок так, чтобы низ деревянного элемента был на 300...500 мм выше уровня чистого пола;

- обеспечение свободного доступа к опорным узлам конструкций для осмотра и проветривания;

- устройство гидроизоляции в местах соприкосновения древесины с каменной кладкой, бетоном, металлом;

- обеспечение зазора не менее 250 мм между нижним поясом ферм и утеплителем в зданиях с утепленным подвесным потолком для осмотра и проветривания;

- вентиляция утепленных деревянных перекрытий через щелевые плинтуса и решетки в полу в углах комнат, вентиляция подполья через продухи в цокольных стенах;

- правильное расположение слоев пароизоляции и теплоизоляции в ограждающих конструкциях (слой пароизоляции должен располагаться в начале теплового потока, то есть со стороны положительных температур, а теплоизоляционный слой устраивается в конце теплового потока, то есть с холодной стороны ограждения).

Химические меры защиты деревянных конструкций от загнивания.

В тех случаях, когда одними конструктивными мерами невозможно гарантировать надежную защиту деревянных конструкций от загнивания, конструкции обрабатываются специальными химическими препаратами - антисептиками - веществами, оказывающими отравляющее воздействие на биологических разрушителей древесины.

Требования к антисептикам:

- быть токсичными для дереворазрушающих грибов и насекомых и безопасными для человека и домашних животных;

- не влиять на механическую прочность древесины и не способствовать коррозии металлических соединительных деталей;

- легко проникать в древесину и не вымываться из нее, иметь постоянный химический состав, не иметь резкого запаха, быть дешевыми и доступными, т. е. экономически выгодными для применения.

Применяемые в строительстве антисептики делятся на водорастворимые (неорганические или минеральные); маслянистые (органические); комбинированные, комплексные (обладающие антисептическими и огнезащитными свойствами).

2). Защита от насекомых-вредителей древесины.

Кроме домовых грибов древесину в конструкциях разрушают некоторые виды насекомых - мебельный и домовой жук-точильщик, жук-корабельщик, черный и рыжий домовой усач, термиты и другие насекомые. Деревянные подводные сооружения (сваи, причалы) поражают корабельные черви и свайные жуки.

В отличие от домовых грибов, насекомые-вредители древесины (в большинстве случаев не только они, но и их личинки) разрушают древесину всех пород независимо от влажности (не только влажную, но и сухую древесину), что осложняет борьбу с ними.

Основные способы борьбы с вредителями древесины сводятся к предупредительным и истребительным мерам. Предупредительные меры: содержание в чистоте лесосек, своевременная вывозка свежесрубленной древесины, быстрое снятие коры с бревен, подводное хранение окоренной древесины.

Истребление насекомых производится путем применения отравляющих веществ - инсектицидов. Хороший эффект дает обработка древесины вышеприведенными антисептиками с добавлением инсектицидов. Для защиты от морских древоточцев применяется глубокая пропитка древесины креозотом или нафтенатом меди.

3). Особенности применения деревянных конструкций в зданиях и сооружениях с химически агрессивной средой.

При применении деревянных конструкций в зданиях и сооружениях с химически агрессивной средой рекомендуется соблюдать следующие правила:

- конструкции следует изготавливать только из древесины хвойных пород;

- проектировать массивные сечения элементов из клееной древесины;

- распорные конструкции (арки, рамы) проектировать без затяжек с передачей распора на фундаменты;

- использовать минимальное число металлических соединительных элементов, при соответствующей антикоррозионной защите этих элементов;

- в качестве соединительных и крепежных деталей применять изделия из стеклопластиков;

- рекомендуется беспрогонное решение покрытий зданий с укладкой ограждающих конструкций непосредственно на несущие конструкции;

- не рекомендуется применять сквозные конструкции (фермы), так как на горизонтальных и наклонных элементах скапливается пыль агрессивных веществ.

Размещено на Allbest.ru

...