Деревянные конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Содержание

Введение

1. Классические клееные деревянные конструкции

1.1 Клееный брус

1.2 Технология изготовления клееных деревянных конструкций

1.3 Здания на основе большепролётных клееных деревянных конструкций

1.4 Клееные панели

2. LVL-брус

2.1 Достоинства LVL-бруса

2.2 Технология изготовления

2.3 Ассортимент изделий из LVL

2.4 Применение LVL-бруса в строительстве

Заключение

Введение

Использование деревянных конструкций в качестве легкодоступного самовозобновляющегося строительного материала имеет многовековую традицию. Однако в период роста индустриального строительства, повсеместного применения конструкций из железобетона и металла при наличии огромных возможностей деревянных конструкций в их использовании наступил спад.

Это было обусловлено наличием серьезных недостатков деревянных конструкций, таких, как невысокая долговечность, низкая несущая способность, сложность в эксплуатации, в частности, в результате длительного воздействия атмосферных осадков возникали процессы гниения и разрушения древесины, проблемы, связанные с обеспечением противопожарной безопасности.

Новый импульс в строительстве с применением деревянных конструкций был получен в связи с появлением современных защитных и антисептических материалов.

А также с активным развитием технологий создания мощных клееных элементов, дающих возможность шире использовать деревянные конструкции в качестве несущих.

С учетом отличных экологических характеристик, а также высокого потребительского интереса и сравнительно невысокой стоимости, здания, возведенные с применением деревянных конструкций, вновь заняли достойное место в жилищном и гражданском строительстве.

Деревянные элементы могут использоваться как несущие конструкции каркаса и кровли, наружные и внутренние отделочные материалы в цельнодеревянных зданиях, как несущие элементы кровельных покрытий в кирпичных, железобетонных и зданиях из металлических конструкций. Из деревянных элементов могут быть возведены специальные сооружения, такие, как мачты, башни и др.

Здания, возведенные с применением деревянных конструкций, подразделяют на большепролетные с деревянными несущими конструкциями, специальные сооружения, каркасные и брусчатые.

1. Классические клееные деревянные конструкции

1.1 Клееный брус

Появление новых стеновых материалов в сфере деревянного домостроения вполне закономерно. Всем хороша древесина, но и недостатки этого природного материала общеизвестны. «Победить» их можно при помощи новых технологий.

Один из базовых недостатков древесины - наличие в ней влаги, которая приводит к разным отрицательным последствиям. Из-за влажности древесина может загнивать или покрываться древесными грибками, высыхая же, она скручивается, изгибается, идет трещинами - одним словом, меняет геометрию. В результате усадка сруба, щели в стенах, перекосы оконных и дверных проемов и т. д.

Как только ни ухищрялись домостроители, чтобы компенсировать эти недостатки и минимизировать последствия! Увы, даже высушенные деревянные материалы со временем теряли первоначальную форму, после чего приходилось снова конопатить щели в конструкции.

Но выход был найден: стали использовать не цельную древесину естественной влажности, а склеенную из предварительно высушенных досок-ламелей. Так появился клееный брус, можно сказать, революционный деревянный стройматериал.

Клеёный брус (клеёный профилированный брус);сокращённое международное обозначение - Glulam (glued laminated timber) - строительный материал из древесины. Клеёный брус - одно из самых перспективных направлений развития деревообработки за счёт глубокой и комплексной переработки сырья, высоких свойств продукта и потенциальной широты его применения в различных видах.

Существуют также большепролетные клееные деревянные конструкции. БКДК позволяет перекрывать большие пролеты без использования промежуточных опор. Бетонные конструкции в этом случае применить нельзя - они слишком тяжелые. Кроме того, для подъема бетонных балок на значительную высоту требуется дорогостоящая и мощная подъемная техника. Конструкции из клееной древесины легкие, удобны в монтаже, эстетичнее, нежели металлические или железобетонные, - в общем, их широкое применение в настоящее время вполне оправданно.

БКДК - большепролетная клееная деревянная конструкция. Это конструкция из деталей, которые сделаны из дерева и соединены клеевой прослойкой. Данная конструкция несет на себе несущую, декоративную и ограждающую функции. С помощью БКДК перекрываются большие пролеты и при этом не требуются промежуточные опоры. Основные виды большепролетных конструкций с применением клееной древесины - это балки, рамы, фермы и арки (см. рис. 1).

Рисунок 1. - Арки, балки, фермы, рамы:

Балки, рамы, фермы и арки из клееной древесины (БКДК) по эксплуатационным характеристикам не уступают бетонным и металлическим конструкциям. В сравнении с деревянными, вес металлических конструкций в разы больше, а их несущая способность меньше. Балка одного и того же веса из дерева несет на 20-25 процентов большую нагрузку, чем металлическая. Высокие показатели прочности позволяют применять данный материал в конструкциях различного назначения. Клееные конструкционные балки могут быть использованы для выполнения межэтажных перекрытий, эффектных залов и мостовых конструкций, балконов, полов и в составе других несущих конструкций. Использование БКДК в строительстве обеспечивает снижение стоимости перекрытий на 10-30%, а стоимость эксплуатации в сравнении с металлом и железобетоном в отдельных случаях снижается до 70%. Скорость строительства при этом также значительно возрастает, в итоге появляется возможность буквально за сезон выстроить здание, готовое к эксплуатации. Вне всякого сомнения, здания, построенные с применением БКДК, имеют колоссальное эстетическое преимущество - видимые балки и фермы создают неповторимые архитектурные формы и дружественные человеку решения.

Помимо этого при работе с бетонными балками необходимо использовать мощную и дорогостоящую подъемную технику.

А БКДК обладает незначительным весом, удобна в монтаже и выглядит гораздо эстетичнее.

Также БКДК являются пожароустойчивыми, благодаря обработке огнезащитными составами огнестойкость клеенных деревянных конструкций сопоставима с огнестойкостью зданий на основе металлокаркаса, а по ряду показателей и превосходит их.

Например, за счет низкой скорости обугливания и низкой теплопроводности здания на основе большепролётных клеенных деревянных конструкций дольше сохраняет несущую способность.

1.2 Технология изготовления клееных деревянных конструкций

Сначала бревна распускают на доски необходимого размера, которые тщательно сушат. В отличие от массивного цельного бруса доски просушить гораздо проще, поэтому в результате их влажность оказывается существенно ниже (10-12% влажности). Материал проверяют на наличие зримых дефектов. Поврежденные участки удаляют, а оставшиеся сращивают на минишип. После того как доски высушены, обработаны антипиренами и антисептиками, их строгают по первому классу чистоты.

Из этих тщательно высушенных, отстроганных, отсортированных и собранных по кусочкам досок, которые называют ламели, на специальных прессах и склеивается брус.

Клей проникает под давлением глубоко в поры дерева, благодаря чему обеспечивается прочное соединение.

Ламелей может быть от 2 до 5, что дает возможность делать брус достаточно «толстым» - максимальная толщина достигает 200 мм. Для склеивания используют специальные высокопрочные водостойкие клеи, которые не нарушают способности древесины «дышать».

При склеивании в единый брус направление древесных волокон, или, как их еще называют, «годовых колец», в ламелях задается в противоположные друг от друга стороны.

За счет этого клееный брус оказывается более прочным по сравнению с обычным, при изменении влажности он не изменяет своей формы, то есть его «не ведет», повышаются звукоизолирующие свойства.

После склейки ламелей из полученного массива на специальных высокоточных станках вырезается брус необходимого размера и профиля. Это один из самых ответственных моментов изготовления клееного бруса, ведь от точности изготовления пазогребневого соединения зависит качество всего бруса и, в итоге, качество будущего дома.

Наиболее распространенный материал для клееного бруса - сосна и ель, реже используют лиственницу и кедр.

Для того чтобы изготовить большепролетные деревянные конструкции необходимо пройти несколько технологических этапов, соблюдая ряд высоких требований к материалу из дерева:

1. Вначале на завод поступает доска в сыром виде и помещается в сушильную камеру;

2. Высушенную доску отправляют в машину, предназначенную для определения класса прочности, а также выбраковке отдельных частей доски. Например, наличие сучка на торце доски - неприемлемо и эта часть доски отрезается;

3. Отсортированную и классифицированную древесину проверяют еще раз на эстетический брак, который могла пропустить машина;

4. Далее доски проходят процесс сращивания между собой, материал пропускают через станок, который сначала делает зубцы для сращивания, затем эти места обрабатывается клеем - после чего под давлением две доски соединяются друг с другом. Процесс сращивания идет до тех пор, пока не будет достигнута оптимальная длина доски. Длина доски может достигать 100 м.;

5. После сращивания - доска отправляется на следующую линию. На этой линии установлен строгальный станок, который придает форму доски сверху и снизу. Далее на доску наносится клей, необходимая высота балки получается, путем склеивания еще одной заготовки, которая укладывается поверх уже обработанной. Нанесение клея происходит автоматически, что исключает возможность неравномерного нанесения;

6. Далее заготовка отправляется на пресс. Существует 2 способа формования деревянных заготовок: механический и гидравлический. Механический пресс состоит из множества специальных стапелей, с помощью которых придается радиус любой сложности. Гидравлический пресс используется для придания прямой формы деревянной заготовке, например коньковой балки;

7. После формования деревянная балка отправляется на станок с четырех сторонней обработкой, срезаются все неровности, убираются излишки клея, происходит шлифовка. Также можно изготовить балки сложной формы, например двутавр;

8. Последний этап - финишная обработка балки. Готовая клееная деревянная конструкция обрабатывается различными защитными составами, в зависимости от пожелания клиента;

9. После обработки все балки просушиваются и упаковываются.

1.3 Здания на основе большепролётных клееных деревянных конструкций

Клееные конструкции могут быть применены при строительстве широкого спектра зданий и сооружений различного назначения. Малоэтажное строительство, мостовые конструкции, надземные переходы, декоративные конструкции, навесы.

Ипподромы, конюшни, конно-спортивные комплексы, манежи. Спортивные залы и стадионы (хоккейные, футбольные), теннисные корты и ледовые дворцы, велотреки, аквапарки. Киноконцертные и выставочные залы, бизнес-центры, павильоны, административные здания.

Выбор уже прошедших государственную экспертизу, построенных и успешно эксплуатируемых зданий на основе большепролетных деревянных конструкций огромен:

- дворец водных видов спорта в Казани;

- прыжковый и плавательные бассейны в Пензе;

- универсальный спортивный комплекс ЦСКА;

- образовательные школы;

- конные манежи и так далее.

1.4 Клееные панели

Наиболее новый и нетрадиционные клееный деревянный материал - клееные панели. Хотя они и широко известны в других странах, но на нашем рынке появились сравнительно недавно. Дом из таких панелей обладает комплексом достоинств разных построек. Он экологически безопасен и обладает высоким теплосбережением, как и дома из дерева. В нем можно использовать различные отделочные материалы, даже облицовочный кирпич и штукатурку, как и в домах из камня. По времени, затраченному на строительство, он похож на дом, изготовленный по каркасной технологии.

Рисунок 2. - Примеры зданий на основе большепролётных клееных деревянных конструкций:

Клееная панель - не только ограждающая, но и несущая конструкция, так как по прочности приближена к железу с бетоном. Размеры панелей могут достигать 4 м. в высоту и 18 м. в длину. Естественно ожидать высокой скорости монтажа, если установка одной панели приравнивается к установке одной стены. При строительстве дома из клееных панелей можно не использовать стропильную систему и классическую кровельную конструкцию. Крышу можно сделать из тех же клееных панелей, при этом возможно перекрытие больших пролетов без использования опор, благодаря высокой несущей способности. Основное достоинство таких домов заключается в низкой цене, так как при производстве панелей используется древесина низких сортов. Вполне возможно, что учитывая все эти достоинства, потребители в нашей стране в скором времени осознают преимущество данного материала перед другими.

Хоть клееные строительные материалы и отличаются сравнительно высокой стоимостью, их все же возможно использовать в домах эконом-класса. Достаточно всего лишь не строить дом полностью из клееного бруса, а использовать его как составной элемент стены.

Предположим, если дом каркасный, то в него отлично впишется прочный и долговечный каркас из клееного бруса.

2. LVL-брус

Главный принцип современного загородного домостроения прост: быстро строить, удобно жить. Все остальное - вопрос технологии. Любое современное здание отличается тем, что с самого начала оно рождено мыслью инженера, и только затем - подручным материалом.

В каркасном здании, возведенном с использованием ЛВЛ, идея функциональности доведена до своего совершенства: клееный брус из шпона - материал, максимально этой идее соответствующей.

Исторически сложилось так, что несущая все конструктивные нагрузки основа каркасного дома выполняется из дерева.

В традиционной европейской технологии модного в наши дни фахверка в качестве каркаса выступали те самые деревянные балки, которые нынешние туристы склонны воспринимать исключительно как эффектный прием фасадного оформления. Конструктивное решение построенного по современной технологии каркасного дома мало чем отличается от старинного фахверка: «костяк» и того, и другого - деревянный каркас.

Кажется парадоксальным, что дерево может быть строительным материалом индустриальной эпохи.

Еще четыре века тому назад от дерева отказались ради более прогрессивного кирпича, как позже от кирпича отказались ради бетона. И, тем не менее, факт остается фактом: деревянные дома строят не только из-за их эстетической привлекательности или из соображений экологии, но еще и потому, что дерево - очень технологичный материал.

Строить из него легко, и возведение дома не занимает много времени. Главные же недостатки древесины - подверженность гниению, горючесть и недостаточная плотность - эффективно преодолеваются современными технологиями.

Прогрессивные методы обработки древесины кардинально меняют свойства этого материала, и более того, позволяют создавать на его основе продукты с принципиально новыми монтажными и эксплуатационными характеристиками. Именно к таким высокотехнологичным разработкам относится LVL - Laminated Veneer Lumber, продукт деревообрабатывающей промышленности, представляющий собой брус, доски и балки, изготовленные путем склейки слоев шпона с параллельным расположением волокон. ЛВЛ-брус (или брус LVL) (от англ. LVL - Laminated Veneer Lumber) - конструкционный материал (известен также как брус из клееного шпона), изготовленный по технологии склейки нескольких слоев лущеного шпона хвойных пород (сосна, ель, лиственница) толщиной порядка 3 мм., является одним из типов клеёных деревянных конструкций.

Волокна древесины смежных слоев располагаются параллельно, что отличает ЛВЛ от фанеры (см. рис. 3).

Рисунок 3. - LVL-брус в разрезе:

Выпускается в виде брусьев (балок) и плит широкого размерного ряда. Легко обрабатывается и в процессе производства, и на строительной площадке.

LVL был разработан в 1935 году в лаборатории Федерального Лесничества США. Массовое коммерческое производство ЛВЛ-материалов было начато в США в 60-е годы XX столетия корпорацией TrustJoist (ныне I-Level, несколько лет назад ставшей подразделением крупнейшего мирового деревопереработчика, компании Вайерхаузер (Weyerhaeuser), США).

2.1 Достоинства LVL-бруса

Особенности структуры материала, получаемого методом склеивания лущеного шпона, обеспечивают ему высокую прочность и долговечность. По данным испытаний прочность LVL-бруса в 1,5-3 раза выше, чему у бруса клееного.

Используемый шпон рассортировывается по плотности. Высокие сорта располагают ближе к поверхности изделия, а те, что ниже, - ближе к центру. Данный подход обеспечивает LVL-брусу стабильные физико-механические свойства. Склейка шпона производится с помощью мощного пресса, который еще больше уплотняет структуру древесины. В качестве клеящего вещества используется фенолформальдегидная смола, создающая сверхпрочный клеевой слой на молекулярном уровне.

В отличие от цельной древесины, LVL-брус обладает стабильностью и однородностью по всему объему.

Он не изменяет первоначальных свойств на протяжении десятилетий, сохраняя точные линейные размеры, не реагирует на сезонные колебания температуры и влажности, а также не гниет, не растрескивается и обладает минимальным показателем усушки. LVL-брус, кроме всего прочего, имеет относительно низкое водопоглощение, что обеспечивает ему не только стабильность размеров и отсутствие деформации, но и сохраняет его массу практически неизменной во влажной среде. Благодаря стабильности линейных размеров, LVL-брус может похвастаться наиболее высокой точностью соединения элементов, по сравнению со всеми иными видами материалов древесного происхождения.

Очень ценное свойство, присущее LVL-брусу, - высокая устойчивость к огню. Материал намного хуже горит, чем обычная древесина и клееный брус. Этим он обязан слоеной структуре и отсутствию большого количества пор. Формальдегидная смола, используемая при изготовлении LVL-бруса, сама по себе нейтральна к окислению и поэтому не способствует его возгоранию. Огонь не может пробиться внутрь материала из-за отсутствия трещин и крупных пор, а из-за гладкой поверхности ему буквально не за что «зацепиться». Производители материалов из LVL, гарантируют, что балка сохранит свои механические параметры при воздействии на ее поверхность температуры 300°С в течении 30-60 минут. Скорость обугливания вдоль оси балки при 300°С равна 0,6 мм/мин.

По некоторым параметрам LVL-брус превосходит железобетон и металл. Этот материал не боится агрессивных сред, таких как аммиак, пары солей, водяные пары и т. д. Он является настоящей находкой при устройстве бассейнов, зимних садов и других сооружений, эксплуатируемых при повышенной влажности.

Одно из важных достоинств ЛВЛ как строительного материала - это возможность широкого выбора размеров бруса. Ширину и длину бруса можно выбирать произвольно, в пределах размеров, допускаемых линией по производству ЛВЛ. При длине от 2,5 до 18 м., ширина клееного бруса из шпона варьируется в диапазоне от 200 до 1830 мм., толщина составляет 21-75 мм. Заготовки ЛВЛ разрезаются в размер точно по желанию заказчика. В зависимости от предполагаемого применения заготовки режутся либо на продольные бруски, либо на доски, которые легко обрабатываются и в условиях производства, и на строительной площадке. Не стоит путать LVL-брус с клееным брусом. Это принципиально разные материалы. Если при изготовлении клееного бруса склеиваются ламели, собранные в пакеты, то LVL-брус набирают из шпона, склеенного на ус и со смещением швов, благодаря чему материал получается практически однородным.

2.2 Технология изготовления

Своими свойствами клееный брус из шпона обязан технологии его изготовления. Набор склеиваемых листов шпона происходит таким образом, что швы каждого последующего слоя располагаются в шахматном порядке, равномерно по всей длине бруса. Именно эта система, запатентованная фирмой «Raute Wood», мировым поставщиком оборудования для производства ЛВЛ, позволяет добиться отличающих этот материал уникальных прочностных характеристик.

Немаловажным оказывается также и тот факт, что в процессе производства все без исключения его этапы подчинены компьютерному управлению и контролю, что обеспечивает предельно точное сохранение линейных параметров готовых изделий.

Исходным материалом для производства служат хвойные бревна. После гидро- и термообработки, окорки и распиловки они попадают в подающий конвейер лущильного станка.

Процесс лущения полностью автоматизирован и подчинен специальной компьютерной программе, а центровка и обмер заготовок производится с помощью лазерных устройств высочайшего уровня точности. Полученный в результате лущения высушенный шпон тестируется и сортируется посредством ультразвуковой технологии.

Влажность шпона проверяется на линии неоднократно, влажный шпон отправляется на досушку.

После того как листы шпона протестированы ультразвуком и отсортированы, наиболее однородные по составу плотные листы могут быть использованы для изготовления конструкционного материала особой прочности.

При склеивании слоев шпона используется нейтральная к окислению смола, которая обеспечивает готовому материалу высокие показатели огнестойкости.

Технология производства ЛВЛ сходна с технологией производства фанеры, однако, есть и существенные различия.

Так, при производстве фанеры волокна смежных слоев шпона располагаются перекрестно, а при производстве ЛВЛ - параллельно. В результате получается однородный и составу и прочности материал.

При изготовлении ЛВЛ используется шпон большей толщины (3,2 мм.), а готовое изделие может иметь толщину до 75 мм.

2.3 Ассортимент изделий из LVL

LVL производится не только в виде бруса (балок), но и в виде плит различных размеров. Толщина материала всегда кратна толщине шпона, т. е., 3 мм. Самый тонкий LVL имеет толщину 18 мм., а самый толстый - 102 мм. Ширина изделий встречается в пределах 100-1800 мм. LVL-брус теоретически может быть любой длинны, но максимальная стандартная длина ограничена 18 м., правда при необходимости можно заказать и более длинные элементы, но тогда возникнет проблема их транспортировки.

Кроме того, с каждым метром стоимость LVL-бруса непропорционально возрастает.

Существует два типа LVL-бруса, которые отличаются направлением волокон шпона.

Первый вариант предполагает только параллельное расположение древесных волокон. Такой материал наиболее популярен в России. Его используют для сооружения несущих кровельных конструкций, перекрытий и каркасов зданий. Однако при большой ширине этот вид LVL-бруса склонен к заворачиванию краев.

Второй тип LVL производится с вклейкой в каждый пятый слой шпона с поперечным расположением древесных волокон. Таким образом, укрепляется жесткость изделия по ширине, а также прочность на сдвиг, что немаловажно для такой детали, как балка. Но поскольку во втором типе LVL около 20% волокон расположены перпендикулярно, механические характеристики этого материала несколько ухудшаются по сравнению с брусом первого типа. В основном его имеет смысл использовать там, где необходима большая ширина детали. Это могут быть стеновые и кровельные панели, дверные полотна и т. д.

Стоимость LVL с переменным расположением волокон выше, чем у обычного, где волокна только параллельны.

2.4 Применение LVL-бруса в строительстве

LVL-брус наиболее востребован в каркасном домостроении. На сегодняшний день в России каркасы коттеджей, стропильные системы и деревянные перекрытия в основном выполняют из строганного пиломатериала хвойной древесины, высушенный камерным способом до 18% остаточной влажности, а также клееного бруса.

Однако с точки зрения надежности целесообразнее использовать LVL-брус, прочность на изгиб у которого составляет 48 мПа против 18 мПа у обычного бруса и 27 мПа - у клееного.

Допустимые нагрузки на изгиб и растяжение вдоль волокон у LVL-бруса вдвое превышают аналогичные показатели цельных пиломатериалов. Более того, LVL-брус брус выгоден и экономически, поскольку конструкция из LVL выйдет дешевле по сравнению с аналогичной конструкцией из клееного бруса. строительный домостроение брус

LVL-брус выпускается не только в виде бруса и балок, но и в виде плит. Такой материал правильнее называть LVL-плиты.

Его используют для внутренней и внешней обшивки каркасных стен, т. е., он может заменить ОСП и другие материалы. Достоинством LVL в данном случае считается высокие теплоизолирующие и звукоизолирующие характеристики.

Вне каркасного домостроения LVL-брус можно использовать для сооружения межэтажных перекрытий и стропильных систем. Если сравнивать LVL с цельными пиломатериалами, например из ели, то он будет превосходить последние по модулю упругости на 30%, а по пределу прочности на изгиб - на все 100%. Это означает, что необходимую несущую способность LVL-брус может обеспечить при меньшем поперечном сечении.

Еще одним положительным аспектом применения LVL-бруса является его стойкость к гниению и отсутствие явлений, вызывающих образования конденсата. Это наиболее удачный материал для лаг и других элементов, находящихся в условиях повышенной влажности. LVL-брус обрабатывается теми же инструментами, что и любая древесина.

Особые прочностные свойства и высокая стабильность размеров делают LVL еще и удачным материалом для изготовления дверных каркасов, оконных перемычек, а также лестниц и даже мебели. В монолитном домостроении LVL находит применение в качестве силовой опалубки.

Заключение

Таким образом, применение клееной древесины в строительных конструкциях позволяет получать конструктивные элементы больших размеров по сечению и по длине, что дает возможность создавать несущие деревянные конструкции больших пролетов и под большие нагрузки. Клееные деревянные конструкции являются наиболее качественными и надежными, так как изготовляются из высушенных пиломатериалов, менее подверженных растрескиванию и короблению, а также благодаря удалению дефектных мест. Качество их повышается и за счет рационального размещения досок в зависимости от их сорта в поперечном сечении элементов в соответствии с напряженным состоянием.

Размещено на Allbest.ru