Особенности современных деревянных конструкций. Дерево в современном строительстве

Особенности современных деревянных конструкций. Дерево в современном строительстве

Древесина в ассортименте

На современном этапе конструкционную древесину можно подразделить на изделия из цельной древесины (оцилиндрованное бревно, профилированный брус), клееные конструкции (КДК) и сэндвич-панели с применением плит OSB.

По версии ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко КДК можно подразделить на группы по принципиальным различиям в технологии изготовления и применению:

Большепролетные несущие конструкции, в том числе гнутоклееные , к которым относят все клееные изделия, представляющие собой законченные самостоятельные силовые единицы будущего строения длиной более 12 м: фермы, балки, опоры.

Несущие балки в малоэтажном домостроении , включающие в себя все силовые элементы с несущей нагрузкой, обычно прямолинейные, длиной до 12 м: перекрытия, стропила, коньковые балки, опорные столбы.

Ограждающие конструкции – стеновой брус для малоэтажного домостроения, перголы.

Перекрестно склеенные панели (ПСП, CLT, BSP, X-Lam) – многослойные клееные панели, используемые в качестве силовых элементов (стен, в том числе несущих) в домостроении.

Двутавровые балки . Несущие балки. Могут быть выполнены из дерева, OSB, фанеры, LVL. Используются в качестве силовых элементов в каркасном домостроении.

LVL. Несущие конструкции, склеенные из слоев шпона.
Как отмечают исследователи ЦНИИСК, у КДК имеется ряд потребительских свойств, выгодно отличающих их от конструкций из массива древесины, т.к. КДК изготавливаются из сухого пиломатериала и поэтому в гораздо меньшей степени подвержены усушке (то есть изменению геометрических параметров). Кроме того, при производстве КДК в древесине пиломатериалов снимаются внутренние напряжения, что позволяет избежать изменения геометрии готового изделия при эксплуатации. Есть и другие достоинства: хорошее сопротивление готовых изделий открытому горению; высокая скорость строительных работ; небольшое количество отходов на строительной площадке; возможность изготовления длинномерных линейных и гнутых конструкций, и, следовательно, широкие возможности для реализации сложных архитектурных решений.

Огнестойкость КДК является серьезным преимуществом, на что ссылаются и архитекторы и строители. Это свойство подтверждается и научными исследованиями в «полевых» условиях на примере аквапарка в Мытищах. Станислав Турковский, д.т.н., заведующий сектором деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко : «… каркас аквапарка монтировался дважды. Первый раз – в 2005 г., второй – в 2008-ом. Первый каркас был уничтожен пожаром еще на стадии отделочных работ.
Впервые деревянные сборные конструкции с жесткими стыками поясов были подвергнуты серьезным испытаниям в условиях реального пожара. Обрушение первой фермы произошло из-за ослабления огнем сжатого пояса за пределами стыков через 2,5 часа, обрушение последней фермы – через 8 часов по той же причине. Огнестойкость ферм оказалась более чем в три раза выше требуемой. Анализ состояния конструкций после пожара показал, что на всех стыках обоих поясов ферм наблюдалось лишь поверхностное обугливание на глубину 5 – 15 мм, без нарушения соединений на вклеенных штырях и болтах. Такое стало возможным благодаря наличию вкладышей между ветвями в зоне стыков.

Современные деревянные конструкции. Современное деревянное строительство

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Малыхина В.С., Денисов А.Н.

В статье затрагиваются вопросы об эффективном использовании древесины в современном деревянном строительстве с учетом положительных свойств материала. Рассмотрены различные варианты конструкций стен и крыши жилых домов, с использованием пространственных конструкций в зданиях. Приведены примеры построенных мостов из клееной древесины в Белгородской области.

Текст научной работы на тему «Современное деревянное строительство»

DOI: 10.12737/article_590878fab5e4e2.02074204

МалыхинаВ.С., канд. техн. наук, доц., Денисов А.Н., магистрант Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

СОВРЕМЕННОЕ ДЕРЕВЯННОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

malihinaval@yandex.ru

В статье затрагиваются вопросы об эффективном использовании древесины в современном деревянном строительстве с учетом положительных свойств материала. Рассмотрены различные варианты конструкций стен и крыши жилых домов, с использованием пространственных конструкций в зданиях. Приведены примеры построенных мостов из клееной древесины в Белгородской области.

Ключевые слова: дерево, стена, крыша, рама, оболочка, мост.

У дерева, как строительного материала, с учетом комплекса механических, теплотехнических, эстетических и экологических характеристик, нет конкурентов. Привлекательными качествами дерева являются: низкая теплопроводность; высокая прочность; малые трудовые и энергетические затраты при заготовке, изготовлении деревянных конструкций, их сборке и монтаже; способность поддерживать оптимальный уровень влажности; возможность быстрого прогрева и сохранения комфортного климата внутри помещения в любое время года; архитектурная выразительность; целебный аромат; хорошая акустика; краткие сроки возведения сборных деревянных зданий и сооружений; естественное воспроизводство.

Дерево в строительстве использовали с глубокой древности благодаря тому, что оно хоро-

шо поддается обработке и отделке. Его применяли во все периоды развития человеческого общества, во всех архитектурных стилях, в том числе в народном зодчестве, в культовом и городском строительстве. К таким постройкам относятся древнерусские или скандинавские конструкции церквей, старинных мостов.

Экзотические, богато украшенные крыши азиатских храмов, грациозные интерьеры древней японской деревянной архитектуры, замысловатые пространственные конструкции монгольских юрт, строгие, но прекрасные и оригинальные канадские срубы - все это подтверждает наличие деревянных построек повсюду, где дерево было доступно как строительный материал (рис. 1 - 4).

Рис. 1. Историческая деревянная стропильная конструкция костела Элгиз Сент-Пьер в Галлардоне (Франция)

В настоящее время при проектировании зданий и сооружений из деревянных конструкций большое значение уделяется энергопотреблению домов. Малый коэффициент теплопроводности дерева позволяет экономить энергию на обогрев дома, а высокие прочностные показатели дают возможность возводить стены, вы-

Рис. 2. Наружная отделка Преображенской церкви в Кижах (Россия)

полняющие функции как несущие, так и ограждающие одновременно.

При возведении зданий из дерева нашли применение следующие конструкции стен: срубная (рис. 5), стоечная (рис. 6), каркасная (рис. 7), панельная (рис. 8). Каждый из видов стен имеет свои особенности устройства.

Рис. 5. В привлекательном облике срубного дома объединяет традиции и современная биотенденция архитектурного проектирования

о)

Рис. 6. Стоечная конструкция стены с контактной утепляющей системой

Рис. 7. Каркас: а) с одночастными прогонами и столбами; б) с двухчастотными прогонами

и одночастотными столбами

Рис. 8. Панель покрытая, начерно крупноразмерным материалом: а) деревянная рама панели; б) обшивка

В срубной конструкции стена является несущей и состоит из горизонтально уложенных балок-срубов из не обрезного, полуобрезного или обрезного пиломатериала, а также граненого бруса. Скрепление брусьев выполняют с помощью:

- постельного шва (рис. 9) - встык, с V- образным вырезом, соединением «паз - гребень», вложением «в ус», зубчатым соединением, скрепляющим средством;

- углового соединения - с переплетением сруба с оголовком, превышающим 100-200 мм (рис. 10);

- угловым ровным замком со штырем (рис. 11, а);

- замочным соединением (рис. 11 б, в).

Древесина в строительстве. Породы древесины для строительства дома

Дерево является одним из самых лучших материалов для постройки частного дома, так как обладает уникальными природными качествами. Каждая из его пород имеет индивидуальные характеристики. Разобравшись с ними, будет проще определиться с тем, какая древесина лучше подойдет для конкретного случая.

Для частного строительства используются как хвойные, так и лиственные породы древесины. Самыми популярными и доступными по стоимости из хвойных пород является сосна и ель, более дорогими — пихта, лиственница и кедр. Из лиственных пород для постройки домов применяются пиломатериалы из осины, березы, тополя, дуба, ольхи, липы и клена.

Познакомимся с основными характеристиками наиболее популярных пород поближе.

Хвойные породы древесины

Сосна

Если рассматривать вообще все породы дерева, то, пожалуй, сосна окажется самым используемым материалом для постройки домов. Все объясняется распространенностью этой древесины и ее ценовой доступностью.

Хотя сосна и не лишена довольно существенных недостатков, она остается на лидирующих позициях популярности среди всех пород древесины, используемых в строительстве

Вместе с тем, сосновые пиломатериалы, прошедшие правильную просушку, обладают вполне приличными эксплуатационными характеристиками. К достоинствам можно отнести следующее:

— малая усыхаемость — это значит, что дом из этой древесины не даст большую усадку;

— мягкость — это качество существенно упрощает обработку древесины;

— умеренная плотность способствует низкой теплопроводности;

— довольно неплохая устойчивость к гнилостным процессам;

— ровность ствола и небольшое количество крупных сучков;

— износоустойчивость;

— малая склонность к возникновению крупных трещин.

К недостаткам сосны можно отнести следующие факторы:

— проявление синевы, которая может привести к разрушению структуры материала, поэтому с ней необходимо бороться путем обработки древесины специальными составами;

— если сравнивать сосну с другими породами древесины, то можно отметить ее более низкую стойкость к гниению и растрескиванию, а также более низкие прочностные характеристики, чем, скажем, у лиственницы, кедра и дуба.

При выборе сосны для постройки дома важно получить достоверную информацию об условиях и месте ее произрастания. Самым лучшим качеством отличается материал, полученный из деревьев, выросших в северных районах.

Ель

Ель, так же, как и сосна, является популярной древесиной для частного строительства. И это обусловлено ее характерными положительными особенностями:

— низкая теплопроводность, достигаемая за счет рыхлости древесины;

— позитивное воздействие на здоровье человека, особенно на сердечно-сосудистую систему;

Еловая древесина способна поддерживать в помещениях здоровый микроклимат

— долговечность пиломатериалов, изготовленных из этой породы дерева;

— наличие в составе древесины природных антибактериальных веществ, благодаря которым, ель не подвержена поражением синевой;

— еловая древесина, так же, как сосна, относится мало усыхающим, мягким породам.

К недостаткам еловых пиломатериалов относят следующие характеристики:

— низкая влагостойкость;

— далеко не лучший показатель прочности и износостойкости;

— склонность к появлению гнилостных процессов;

— большое количество мелких и крупных сучков, что затрудняет очистку и выравнивание ствола.

Если дом решено возводить из еловых пиломатериалов, то необходимо знать, что эта древесина требует первоначальной, а затем, в процессе эксплуатации, и довольно частой периодической обработки специальными красками, лаками и пропитками.

Лиственница

Лиственница отлично подходит для строительства дома, так как имеет практически безупречные природные качества:

Лиственница абсолютно не боится воздействия влаги, не гниет и отличается отменной прочностью.

Приведите примеры применения древесины с красивой текстурой. Породы древесины

Породы древесины admin 2019-02-19T00:14:32+00:00

Эта порода славится своей плотностью древесины, которая имеет тёмно-красноватый и коричневый оттенки, а также может похвастаться красивейшей текстурой и размерами. Именно из-за этого карагач (ильм, вяз) набрал неимоверную популярность среди изготовителей мебели и дизайнеров.

Клен Сикамора (Figured Sycamore) распространен в странах Центральной Европы и Западной Азии. Его также принято называть фигурным, пламенным или ложноплатановым.
Массив данной породы имеет белый или желтовато-белый окрас с характерным естественным блеском и рисунком в виде перламутровых волн, хорошо заметных на радиальном разрезе. Волокна могут располагаться прямо, свилевато или волнообразно. Текстура древесины мелкозернистая, твердая, ее плотность в сухом состоянии составляет порядка 630 кг/м3, а основные механические показатели схожи с древесиной дуба.
Массив клена Сикаморе используется при производстве эксклюзивной мебели, напольных покрытий, шпона и разнообразных токарных изделий.

Американский орех — тот, что растет в Северной Америке — имеет несколько более темную древесину, до шоколадного цвета. Для усиления цветовой насыщенности его обычно пропаривают. Древесина преимущественно с прямыми волокнами. Чуть мягче европейского. Американский черный орех (Juglans nigra) особенно выигрышно смотрится под лаком — так проявляется богатая гамма оттенков его ядровой древесины. Сходную по качеству древесину поставляют из Мьянмы — называется она бирманским орехом.
Древесина ореха чёрного считается одной из самых ценных среди лиственных пород, имеет шоколадно-коричневатого цвета плотностью 0,60-0,61 г./см3, твердая, прочная, легко обрабатывается и хорошо полируется, относится к наиболее ценным древесинам красного дерева (махагони, палисандровое дерево).

Древесина грецкого ореха считается ценной породой и применяется для изготовления высококлассных предметов интерьера и мебели. Она является побочным продуктом выращивания грецких орехов, и поэтому её поступление к лесозаготовителям не постоянно. Предприятия, использующие эту древесину в производстве, немногочисленны и ориентированы на небольшие её объёмы.

Горный тополь произрастает исключительно на склонах кавказских гор. Его древесина имеет буроватое ядро, жёлтую заболонь и коричневатые прожилки. Сама она однородная, прямоволокнистая, без запаха, что не может не радовать тех, кто скептически относится к специфическим запахам.
Что касается физико-механических свойств древесины горного тополя, то плотность её ниже, чем у дуба, ясеня или лиственницы.

Шелковица, или тутовое дерево — древесная порода с желтовато-белой заболонью, резко отделяющейся от красновато-бурого ядра. От действия света древесина темнеет и становится тёмно-бурой.
Древесина шелковицы весьма ценится. В Средней Азии её применяют для изготовления музыкальных инструментов. Применяется как строительный и поделочный материал в столярном и бондарном производствах в силу своих исключительных качеств — плотная, упругая, тяжёлая.

Упругая и прочная древесина ясеня ценилась во все времена. Ясень древесиной напоминает дуб, он несколько светлее, сердцевинных лучей не имеет. При морении и окраске приобретает неприятную седину, поэтому применяют его обычно в натуральном цвете. Распаренный ясень хорошо гнется. Древесина достаточно вязкая, вручную обрабатывается с трудом. При сушке ясень мало трескается.
В прошлом из древесины ясеня делали луки, стрелы, боевые дубинки и копья, гнули обручи, колеса, коромысла. Из древесины ясеня изготовляли прекрасную посуду (особенно много ее найдено при раскопках Великого Новгорода). Ныне она служит для изготовления модельных образцов самолетов и различных деталей машин (в машиностроении). Благодаря красивой текстуре древесина ясеня ценится наравне с красным деревом в мебельном производстве.

Древесина дуба отличается прочностью, крепостью, плотностью, твёрдостью и тяжестью. Свойства древесины зависят от условий произрастания дерева.
Его древесина плотная, твердая, тяжелая обладает высокой прочностью. Также для нее характерна устойчивость к влаге, к гниению и различным грибкам за счёт нахождения в древесине дубильных веществ.
Древесина пористая с красивой текстурой. Цвет коричневый или желтовато-коричневый. Заболонная часть древесины дуба имеет светло-желтую окраску. От времени цвет его древесины темнеет, что придает ей более благородный вид.

Шпальт – это колонии грибка или бактерий, образующие нехарактерные для породы цветные пятна или прожилки. Часто грибок разных видов подсаживают на бук или клен, впоследствии стабилизируют. После поражения, древесина обретает неповторимый рисунок.
Окрашивают подгнившую древесину особые деревоокрашивающие грибы. Цвет и текстура такой древесины могут быть очень разными : от белого цвета до темно-бурого с зеленоватым, синим, желтым оттенками и со сложным узором тонких коричневых и черных нитей. Это делает "подгнившую" древесину привлекательной для работ по резьбе по дереву, для столярных и токарных работ.

Как используются части дерева. Строение древесины

Все деревья, растущие на земле, можно разделить на два вида: лиственные (покрытосеменные) и хвойные (голосеменные) – с листьями в виде иголок. К хвойным породам относятся сосна, кедр, ель, пихта, лиственница, можжевельник, тис. Лиственные деревья очень распространены и представлены множеством пород (береза, липа, дуб, орех, бук, ясень, клен, яблоня, вяз, ива и т. д.)

Дерево имеет три части: корень , ствол и крону (рис. 1). Резчики по дереву используют в основном ствол, в котором заключена основная масса древесины. Остальные части дерева также могут использоваться для производства различных изделий. Например, крону используют в качестве сырья для производства древесно-волокнистых плит, из ветвей ивы делают корзины и плетеную мебель, корни используются в декоративно-прикладном искусстве (корнепластика).

Рис. 1. Части дерева

Место перехода ствола в корень называют комлевой частью или комлем . Древесина в комлевой части имеет красивую текстуру и переливчатый блеск, что очень ценится в производстве художественных изделий из дерева.

Чтобы лучше понять свойства древесины, нужно хорошо представлять себе ее строение. Удобнее всего строение древесины рассматривать на трех основных разрезах ствола (рис. 2 и 3):

1. поперечном , или торцевом, когда плоскость разреза проходит перпендикулярно (поперек) стволу;
2. радиальном , когда плоскость разреза проходит вдоль оси ствола (параллельно волокнам древесины) через центр;
3. тангенциальном , когда плоскость разреза проходит вдоль оси ствола, но на некотором расстоянии от центра и по касательной к годичным кольцам.

Рис. 2. Разрезы ствола

Рис. 3. Строение древесины

В самом центре ствола расположена сердцевина , состоящая из рыхлых, непрочных тканей, образованных в первые годы жизни дерева.

Сердцевину окружают годичные кольца – слои прироста древесины за один год жизни дерева. На радиальном разрезе годичные слои видны в виде параллельных полос, а на тангенциальном – в виде извилистых линий. В годичном кольце различают внутренние слои из крупных светлых клеток, которые появляются весной, и наружные слои из мелких темных клеток – это область поздней, летней и осенней древесины.

У некоторых пород деревьев на поперечном (торцевом) разрезе можно увидеть более темную центральную часть – ядро и более светлую часть вокруг ядра – заболонь . Ядро отличается большей плотностью, твердостью и меньшим содержанием влаги, так как это самая старая по возрасту древесина, состоящая из омертвевших клеток, не принимающих участия в обмене питательных веществ.

Заболонь – самая молодая часть древесины, она служит для проведения воды и других питательных веществ по стволу из корней в крону. Древесина заболони менее прочная, чем ядровая, она сильнее усыхает и растрескивается, поэтому резчики не используют в работе заболонь некоторых пород деревьев, а используют только ядро.

В зависимости от наличия ядра, заболони и спелой древесины породы деревьев подразделяются на следующие виды.

Ядровые – такие породы имеют и ядро, и заболонь. К ядровым породам относятся сосна, кедр, лиственница, можжевельник, дуб, ясень, яблоня и другие.

Спелодревесные – у этой группы деревьев древесина в центральной части ствола почти полностью отмирает, но не отличается от заболони по цвету. Такую древесину называют спелой. К спелодревесным породам относятся ель и осина.

Заболонные – это породы деревьев, у которых между центральной и остальной частью ствола нет разницы ни в цвете, ни в содержании влаги. К заболонным породам относятся береза, липа, клен, груша и др.

На границе между древесиной и корой находится камбий – тонкий слой, состоящий из живых клеток, которые, развиваясь, каждый год образуют новый слой древесины.

Кора состоит из двух слоев – пробкового и лубяного. Расположенный снаружи пробковый слой защищает древесину ствола от морозов, солнечных лучей и механических повреждений. Лубяной слой коры ( луб ) проводит воду и выработанные в листьях органические вещества по стволу.

На торцовой поверхности древесного ствола у некоторых пород деревьев хорошо видны светлые блестящие полоски, направленные от сердцевины к коре, – это сердцевинные лучи . Они проводят в стволе воду в горизонтальном направлении, а также запасают питательные вещества. У всех хвойных деревьев и у таких лиственных, как береза, осина и груша, сердцевинные лучи настолько узкие, что почти не заметны; у дуба и бука, наоборот, лучи широкие и хорошо видны на всех разрезах.