Расчет деревянного перекрытия

Расчет деревянного перекрытия - одна из самых легких задач и не только потому, что древесина - один из самых легких строительных материалов. Почему так, мы очень скоро узнаем. Но сразу скажу, если вас интересует классический расчет, согласно требований нормативных документов, то вам сюда .

При строительстве или ремонте деревянного дома использовать металлические, а тем более железобетонные балки перекрытия как-то не в тему. Если дом деревянный то и балки перекрытия логично сделать деревянными. Вот только на глаз не определишь, какой брус можно использовать для балок перекрытия и какой делать пролет между балками. Для ответа на эти вопросы нужно точно знать расстояние между опорными стенами и хотя бы приблизительно нагрузку на перекрытие.

Понятно, что расстояния между стенами бывают разные, да и нагрузка на перекрытие тоже может быть очень разная, одно дело - расчет перекрытия, если сверху будет нежилой чердак и совсем другое дело - расчет перекрытия для помещения, в котором будут в дальнейшем делаться перегородки, стоять чугунная ванна, бронзовый унитаз и много чего еще.

Владимир Федорович Иванов
Конструкции из дерева и пластмасс
(учебник для вузов)
1966

В книге изложены основы проектирования, расчета, изго¬товления и монтажа, правил эксплуатации и усиления конструкций из дерева и с применением пластмасс; указаны меры их защиты от загнивания, возгорания и других вредных воздействий; рассмотрены физико-механические свойства древесины и конструкционных пластмасс.
Книга предназначена для студентов строительных вузов и факультетов в качестве учебника

Введение (3)

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ДЕРЕВО КАК СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

Глава 1. Сырьевая база древесины и ее значение для использования в народном хозяйстве (16)
§ 1. Сырьевая база древесины (-)
§ 2. Древесина как строительный материал и ее применение в строительстве (17)

Глава 2. Строение древесины, ее физико-механические свойства (20)
§ 3. Строение древесины и ее свойства (-)
§ 4. Влага в древесине и ее влияние на физико-механические свойства (23)
§ 5. Химические воздействия на древесину (25)
§ 6. Физические свойства древесины (26)

Глава 3. Механические свойства древесины (27)
§ 7. Анизотропия древесины и общие характеристики ее механических свойств (-)
§ 8. Влияние строения и некоторых основных пороков древесины на ее механические свойства (29)
§ 9. Длительное сопротивление древесины (31)
§ 10. Работа древесины на растяжение, сжатие, поперечный изгиб, смятие и скалывание (33)
§ 11. Отбор лесоматериала при строительстве несущих деревянных конструкций (39)

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ЗАЩИТА ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ОГНЯ, БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ И ВОЗДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ

Глава 4. Защита деревянных конструкций от возгорания (41)
§ 12. Огнестойкость элементов строительных конструкций (-)
§ 13. Мероприятия по защите деревянных конструкций от возгорания (-)

Глава 5. Защита деревянных конструкций от загнивания (43)
§ 14. Общие сведения (-)
§ 15. Дереворазрушающие грибы и условия их развития (-)
§ 16. Конструктивная профилактика по борьбе с гниением элементов деревянных конструкций (44)
§ 17. Защита деревянных конструкций от воздействия химических реагентов 47
§ 18. Химические меры защиты древесины от загнивания (антисептирование) (-)
§ 19. Повреждение древесины насекомыми и меры борьбы с ними (49)

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Глава 6. Расчет деревянных конструкций по методу предельных состояний (50)
§ 20. Исходные положения расчета элементов деревянных конструкций (-)
§ 21. Данные для расчета деревянных конструкций по методу предельных состояний (52)

Глава 7. Расчет элементов деревянных конструкций сплошного сечения (56)
§ 22. Центральное растяжение (-)
§ 23. Центральное сжатие (57)
§ 24. Поперечный изгиб (62)
§ 25. Косой изгиб (65)
§ 26. Сжато-изогнутые элементы (66)
§ 27. Растянуто-изогнутые элементы (68)

Глава 8. Балки сплошного сечения (69)
§ 28. Однопролетные балки сплошного сечения (-)
§ 29. Балки сплошного сечения, усиленные подбалками (-)
§ 30. Консольно-балочные и неразрезные системы прогонов (70)

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ
СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ

Глава 9. Общие данные 72
§ 31. Классификация соединений (связей) (-)
§ 32. Общие указания по расчету соединений элементов деревянных конструкций (74)

Глава 10. Соединения на врубках и шпонках (76)
§ 33. Лобовые врубки (-)
§ 34. Простой, двойной и трехлобовой упоры (80)
§ 35. Соединения на шпонках (82)
§ 36. Призматические поперечные, продольные и наклонные шпонки (84)
§ 37. Металлические шпонки и шайбы (86)

Глава 11. Соединения на нагелях (87)
§ 38. Общие сведения (-)
§ 39. Основные особенности нагельных соединений (89)
§ 40. Расчет нагельных соединений по предельному состоянию (90)

Глава 12. Соединения на растянутых рабочих связях (95)
§ 41. Болты-тяжи (-)
§ 42. Хомуты, скобы, гвозди, винты, шурупы и глухари (96)

Глава 13. Соединения на клею (97)
§ 43. Виды клеев (-)
§ 44. Технология склеивания (98)
§ 45. Конструкции стыков на клею и клеестальные шайбы (99)

РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ
СОСТАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА УПРУГО-ПОДАТЛИВЫХ СВЯЗЯХ

Глава 14. Расчет составных элементов на упруго-податливых связях (101)
§ 46. Общие сведения (-)

Глава 15. Расчет составных элементов на упруго-податливых связях по приближенному методу СНиП II-В.4-62 (103)
§ 47. Поперечный изгиб составных элементов (-)
§ 48. Центральное сжатие составных элементов (105)
§ 49. Внецентренное сжатие составных элементов (107)
§ 50. Примеры расчета составных элементов (108)

РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ
ПЛОСКИЕ СПЛОШНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Глава 16. Виды сплошных систем деревянных конструкций (110)
§ 51. Общие сведения (-)

Глава 17. Конструкции деревянных балок составного сечения (113)
§ 52. Составные балки системы Деревягина (-)
§ 53. Конструкция и расчет клееных балок (117)
§ 54. Конструкция и расчет клеефанерных балок (121)
§ 55. Изготовление клееных балок (123)
§ 56. Конструкция и расчет двутавровых балок с двойной дощатой перекрестной стенкой на гвоздях (124)

Глава 18. Распорные системы сплошных деревянных конструкций (129)
§ 57. Трехшарнирные арки из балок системы Деревягина (-)
§ 58. Кружальные системы арок (131)
§ 59. Арочные конструкции двутаврового профиля с двойной перекрестной стенкой на гвоздевых соединениях (132)
§ 60. Клееные арки (134)
§ 61. Рамные сплошные конструкции (138)
§ 62. Изготовление арочных и рамных конструкций и их монтаж (139)

РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ
ПЛОСКИЕ СКВОЗНЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Глава 19. Основные виды сквозных деревянных конструкций (141)
§ 63. Общие сведения (-)
§ 64. Основы проектирования конструкций сквозных ферм (145)

Глава 20. Комбинированные системы деревянных конструкций (149)
§ 65. Шпренгельные балки (-)
§ 66. Подвесные и подкосные системы деревянных конструкций (152)

Глава 21. Балочные фермы из бревен и брусьев (154)
§ 67. Бревенчатые и брусчатые фермы на лобовых врубках (-)
§ 68. Металлодеревянные фермы ЦНИИСК (156)
§ 69. Металлодеревянные фермы с верхним поясом из балок Деревягина (160)

Глава 22. Металлодеревянные фермы с клееным верхним поясом и сегментные фермы на гвоздях (161)
§ 70. Металлодеревянные фермы с прямоугольным клееным верхним поясом (-)
§ 71. Металлодеревянные сегментные фермы с клееным верхним поясом (162)
§ 72. Сегментные фермы из брусков и досок на гвоздях (165)
Глава 23. Арочные и рамные сквозные конструкции. Решетчатые стойки (-)
§ 73. Трехшарнирные арки из сегментных, серповидных и многоугольных брусчатых ферм (-)
§ 74. Рамные сквозные деревянные конструкции и решетчатые стойки (169)

РАЗДЕЛ ВОСЬМОЙ
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ КРЕПЛЕНИЕ ПЛОСКИХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Глава 24. Обеспечение пространственной жесткости при эксплуатации и монтаже (173)
§ 75. Мероприятия для обеспечения пространственной жесткости плоских деревянных конструкций (-)
§ 76. Работа плоских деревянных конструкций в процессе монтажа (176)

РАЗДЕЛ ДЕВЯТЫЙ
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Глава 25. Основные типы пространственных деревянных конструкций (180)
§ 77. Общие положения (-)

Глава 26. Кружально-сетчатые своды (185)
§ 78. Системы сводов (-)
§ 79. Безметалльный кружально-сетчатый свод системы С. И. Песельника (188)
§ 80. Кружально-сетчатый свод системы Цольбау (-)
§ 81. Основные принципы строительства кружально-сетчатых сводов (189)
§ 82. Расчет кружально-сетчатых сводов (-)
§ 83. Общие понятия о крестовом и сомкнутом своде кружально-сетчатой системы (191)

Глава 27. Деревянные своды-оболочки и складки (193)
§ 84. Общие сведения (-)

Глава 28. Деревянные купола (196)
§ 85. Купола радиальной системы (-)
§ 86. Купола кружально-сетчатой конструкции (200)
§ 87. Тонкостенные и ребристые сферические купола и методы их расчета (202)

РАЗДЕЛ ДЕСЯТЫЙ
ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ И СООРУЖЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Глава 29. Башни (206)
§ 88. Общие сведения (-)
§ 89. Башни с решетчатой и сетчатой конструкцией стволов (-)
§ 90. Башни со стволами сплошной конструкции (212)

Глава 30. Силосы, резервуары и бункера (213)
§ 91. Конструкция и принципы расчета (-)

Глава 31. Мачты (215)
§ 92. Мачты на оттяжках (-)

Глава 32. Общие сведения о деревянных мостах (218)
§ 93. Мосты и эстакады (-)
§ 94. Проезжая часть для автодорожных мостов и сопряжение ее с насыпью (219)
§ 95. Опоры деревянных мостов балочной системы (221)
§ 96. Деревянные балочные мосты сплошного сечения (224)
§ 97. Подкосные системы деревянных мостов (-)
§ 98. Арочные системы деревянных мостов (225)
§ 99. Пролетные строения деревянных мостов сквозных систем (226)

Глава 33. Леса, подмости и кружала для возведения зданий и инженерных сооружений (230)
§ 100. Общие понятия о лесах и кружалах (-)
§ 101. Схемы и конструкции лесов-кружал (231)

РАЗДЕЛ ОДИННАДЦАТЫЙ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Глава 34. Лесная промышленность (236)
§ 102. Лесозаготовительная и деревообрабатывающая промышленность (-)
§ 103. Основные технологические процессы механической деревообработки (237)
§ 104. Лесопильные рамы (239)
§ 105. Круглопильные станки (-)
§ 106. Ленточнопильные станки (240)
§ 107. Строгальные станки (242)
§ 108. Фрезерные и шипорезные станки (-)
§ 109. Сверлильные станки (244)
§ 110. Долбежные станки (-)
§ 111. Шлифовальные станки (245)
§ 112. Токарные станки и другое оборудование (-)
§ 113. Электрифицированные переносные инструменты (-)

Г лава 35. Лесопильное производство (246)
§ 114. Общие сведения (-)

Глава 36. Сушка древесины (249)
§ 115. Естественная сушка древесины (-)
§ 116. Искусственная сушка древесины и виды сушильных камер (-)

Глава 37 Основы организации изготовления деревянных конструкций (251)
§ 117. Строительный цех (-)
§ 118. Цех изготовления клееной древесины и конструкций из нее (252)
§ 119. Изготовление фанеры и некоторых других видов облагороженной древесины (254)
§ 120. Техника безопасности и охрана труда при изготовлении деревянных конструкций и строительных деталей (256)

Глава 38. Эксплуатация, ремонт и усиление деревянных конструкций (257)
§ 121. Основные правила эксплуатации деревянных конструкций (-)
§ 122. Ремонт и усиление деревянных конструкций (-)

РАЗДЕЛ ДВЕНАДЦАТЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ИЗДЕЛИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС

Глава 39. Пластмассы как конструкционный строительный материал (261)
§ 123. Общие сведения о пластмассах и их составных частях (-)
§ 124. Краткие сведения о методах переработки полимеров в строительные материалы и изделия (265)
§ 125. Основные требования к пластмассам, применяемым в строительных конструкциях (268)
§ 126. Стекловолокнистые пластмассы (269)
§ 127. Древеснослоистые пластики (ДСП) (276)
§ 128. Древесно-волокнистые плиты (ПДВ) (273)
§ 129. Древесностружечные плиты (ПДС) (-)
§ 130. Органическое стекло (полиметилметакрилат) (280)
§ 131. Винипласт жесткий (ВН) (281)
§ 132. Пенопласты (282)
§ 133. Сотопласты и мипора (283)
§ 134. Тепло-, звуко- и гидроизоляционные материалы, получаемые на основе пластмасс и применяемые в строительных конструкциях (284)
§ 135. Особенности некоторых физико-механических свойств конструкционных пластмасс (285)

Глава 40. Особенности расчета элементов конструкций с применением пластмасс (286)
§ 136. Центральное растяжение и сжатие (-)
§ 137. Поперечный изгиб элементов из пластмасс (289)
§ 138. Растянуто-изогнутые и сжато-изогнутые элементы из пластмасс (295)
§ 139. Данные для расчета строительных конструкций с применением пластмасс (-)
§ 140. Соединение элементов конструкций из пластмасс (299)
§ 141. Синтетические клеи для склеивания разных материалов (301)

Глава 41. Слоистые конструкции (304)
§ 142. Схемы и конструктивные решения слоистых конструкций (-)
§ 143. Метод расчета трехслойных плит-панелей (310)
§ 144. Некоторые примеры применения слоистых панелей в зданиях различного назначения (312)
§ 145. Трубопроводы из пластмасс (314)

Глава 42. Пневматические конструкции (315)
§ 146. Общие сведения и классификация пневматических конструкций (-)
§ 147. Основы расчета пневматических конструкций (318)
§ 148. Примеры пневматических конструкций в сооружениях различного назначения (320)

РАЗДЕЛ ТРИНАДЦАТЫЙ
ПРИМЕНЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАСС В КОНСТРУКЦИЯХ БУДУЩЕГО

Глава 43. Перспективы развития и применения конструкций из дерева и пластмасс (324)
§ 149. Общие сведения (-)
§ 150. Перспективы применения древесины в конструкциях (326)
§ 151. Перспективы применения пластмасс в конструкциях (328)

Приложения (330)
Литература (346)
______________________________________________________________________
сканы - Ахат;
обработка - Armin.
DJVU 600 dpi + OCR.

Не забываем про тему: “Ваши сканы, наша обработка и перевод в DJVU “.
http://forum..php?t=38054

Для всех строительных материалов имеются области рационального и эффективного использования. Это относится и к древесине, которая во многих районах нашей страны является местным строительным материалом. В некоторых районах древесина имеется в избытке (в так называемых лесоизбыточных районах).

Наша страна является первой в мире по количеству лесных площадей (2 место занимает – Бразилия, 3 место Канада, 4 место - США), которые занимают почти половину территории России – примерно 12,3 млн. км 2 . Основная часть лесов России (примерно ¾ части) расположена в районах Сибири, Дальнего Востока, в северных областях европейской части страны. Преобладающими породами являются хвойные: 37% лесов занимает лиственница, 19% - сосна, 20% - ель и пихта, 8% - кедр. Лиственные породы занимают около ¼ площади наших лесов. Наиболее распространенной породой является береза, занимающая около 1/6 общей площади лесов.

Запасы древесины в наших лесах составляют около 80 млрд. м 3 . Ежегодно заготавливается около 280 млн. м 3 . деловой древесины (т.е. пригодной для изготовления конструкций и изделий). Однако, это количество далеко не исчерпывает естественного годового прироста древесины в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока.

История создания деревянных зданий и сооружений берет свое начало с древнейших времен. Первой конструктивной формой строений был прямоугольный в пла­не сруб из бревен. Постепенно увеличивались площади и объемы строящихся сооруже­ний, расширялось функциональное назначение помещений. Срубы стали возводить много­угольными в плане с наличием внутренних стен, обеспечивающих неизме­няемость сооружений и устойчивость наружных стен.

Наличие огромных лесных запасов на территории России явилось основой многовекового использования древесины в качестве строительного материала для возведения зданий и сооружений жилищного, хозяйственного, культового и других назначений. До настоящего времени сохранились уникальные строения, выполненные зодчими в виде сруба более 250 лет назад. Образцом такого строительства являют­ся существующие нынче храмы в Кижах на Онежском озере, постройки в Малых Карелах Архангельской области (рис.1).

Первые инженерные сооружения человечества – свайные постройки, мосты и плотины были также из дерева. С конца XVII века, когда появилась возможность распиловки бревен на брусья и доски, деревянное строительство вышло на новый этап. Более эко­номичные и легкие сечения древесины позволили создавать эффективные стержневые системы, позволяющие перекрывать значительные пролеты, что дало толчок в развитие архитектуры, мостостроении. Наиболее ярким примером использования древесины в качестве стро­пильных конструкций является конструкция шпиля Адмиралтейства (рис.2), осу­ществленная по проекту И.К. Коробова и сохраненная А.Д. Захаровым при перестройке башни в начале XIX века, фермы для перекрытия Манежа в г. Москве пролетом 48 м, построенные в 1817 г. А.А. Бетанкуром (рис.3).

Рис.1 – Деревянные храмы в Кижах на Онежском озере

Рис.2 – Здание Адмиралтейства в г.С-Петербург

Рис.3 – Монтаж ферм покрытия Манежа в г.Москва

Многолетний опыт строительства зданий различного назначения позво­лил определить рациональные области применения деревянных конструк­ций:

1. Зрительные и общественные здания, спортивные сооружения, выста­вочные павильоны, рынки и другие пролетом от 18 до 100 м (см. пример на рис.4).

2. Покрытия гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий. Целесообразно использовать дощатые и брусчатые фермы со сборкой на стройплощадке (эффективность применения определяется легкостью, прочностью и благоприятными условиями для борьбы с недостатками).

3. Здания с химически агрессивной средой. В первую очередь, склад­ские здания пролетом до 45 м для перегрузки и хранения минеральных удобрений.

4. Малоэтажное деревянное домостроение.

5. Производственные сельскохозяйственные здания.

6. Неотапливаемые здания производственно-вспомогательного назначения промышленных предприятий.

7. Неотапливаемые здания и навесы для хранения и переработки сель­скохозяйственной продукции.

8. Быстровозводимые здания комплектной поставки небольших проле­тов для отдаленных районов крайнего Севера.

9. Инженерные сооружения - опоры линий электропередачи (с напряжением до 35 кВ), триангуля­ционные и радиопрозрачные мачты и башни, мосты небольшой грузоподъ­емности, пешеходные мосты.

Рис.4 – Схема каркаса крытого легкоатлетического манежа спорткомплекса Метеор в г. Жуковский с несущими дощатоклеенными арками

Нецелесообразно применять деревянные конструкции в местах где затруднены мероприятия по защите древесины от возгорания и попеременного увлажнения (соответственно гниения):

Горячие цехи;

Промышленные здания с большими крановыми нагрузками;

Помещения с повышенной эксплуатационной влажностью (кроме бань).

Несмотря на многовековое использование древесины в качестве строительных конструкций, поиск новых технических решений продолжается. В течении последних 20 лет ведутся разработки жестких соединений клееных деревянных элементов (по аналогии с закладными деталями железобетонных конструкций), что позволило открыть новое направление сборных клееных деревянных конструкций. В практике строительства в России и за рубежом реализовано большое количество большепролетных зданий и сооружений из сборных клееных деревянных конструкций. Сочетание узловых вклееных стержней с линейным армированием клееных деревянных элементов является дальнейшим этапом в развитии клееных деревянных конструкций для зданий очень боль­ших пролетов.

Прогрессивные формы индустриальных деревянных конструкций:

1. Монолитные дощатоклееные и клеефанерные конструкции в виде балок, арок, рам и комбинированных систем.

2. Металлодеревянные фермы с дощатоклееным верхним поясом.

3. Кружально-сетчатые пространственные конструкции из стандартных цельных и клееных косяков.

В отличие от дерева пластмассы в конструкциях начали использовать с середины прошлого века, после возникновения промышленного производства синтетических материалов.

К основным конструкционным строительным пластмассам относятся:

Высокопрочный стеклопластик;

Прозрачный менее прочный стеклопластик;

Оргстекло;

Винипласт;

Пенопласт;

Воздухо- и водонепроницаемые ткани и плёнки;

Древесные пластики.

Пластмассовые конструкции применяются в основном в виде стеновых панелей, плит покрытия, светопрозрачных ограждающих элементов различной формы и множеством индивидуальных конструкций, выпускаемых небольшими партиями.

Из наиболее прочных стеклопластиков, расчётное сопротивление сжатию и растяжению которых достигает 100 МПа, выполняют элементы несущих строительных конструкций. Однако это применение возможно только при техническо-экономическом обосновании. Прозрачные стеклопластики используют в качестве светопрозрачных элементов ограждающих конструкций зданий. Из особо прозрачного оргстекла и прозрачного винипласта изготовляют прозрачные части ограждений, пропускающие все части солнечного спектра. Сверхлёгкие пенопласты применяют в средних слоях лёгких ограждающих покрытий и стен.

Особым классом конструкций из пластмасс являются мембраны (прочные, тонкие воздухо- и водонепроницаемые ткани), которые применяются в виде пневматических и тентовых сооружений. Материал в них работает на растяжение и нет опасности потери устойчивости.

ГЛАВА 1. ДРЕВЕСИНА И ПЛАСТМАССЫ - СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1.1 ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ДРЕВЕСИНЫ

К основным достоинствам древесины относятся:

Малый вес . Древесина имеет в среднем плотность 550 кг/м 3 и в 14 раз легче стали, в 4,5 раза легче бетона, что позволяет значительно снизить ма­териальные затраты по транспортировке, по устройству фундаментов, об­ходиться без тяжелых грузоподъемных механизмов при возведении зданий и сооружений.

Прочность . Одним из показателей эффективности применения конст­рукций из различных материалов является показатель удельной прочности материала, который выражается отношением плотности материала к его объемному весу. Для клееной древесины это отношение состав­ляет 3,66×10 -4 1/м, для углеродной стали 3,7×10 -4 1/м, для бетона класса 22,5 ÷ 1,85×10 -4 1/м. Это подтверждает целесообразность применения наряду со сталь­ными деревянных клееных конструкций в большепролетных зданиях, где собственный вес имеет решающее значение.

Деформативность и вязкость . Из всех традиционных строительных ма­териалов только древесина в меньшей степени реагирует на неравномерную осадку оснований фундаментов. Вязкий характер разрушения древесины (за исключением скалывания) позволяет перераспределять усилия в элементах, что не вызывает мгновенного отказа конструкций.

Температурное расширение . Коэффициент линейного расширения дре­весины различен вдоль волокон и под углом к ним. Вдоль волокон значение этого коэффициента в 7-10 раз меньше, чем поперек волокон, и в 2-3 раза меньше, чем у стали. Этот факт дает возможность не учитывать влияние температуры и не требует членения здания на температурные блоки.

Теплопроводность . Малая теплопроводность древесины, обусловленная ее структурой, является основой широкого применения в стенах ограждаю­щих конструкций. Коэффициент теплопроводности древесины в 6 раз ниже, чем у керамического кирпича, в 2 раза ниже, чем у керамзитобетона, газо-пенобетонов плотностью 800 кг/м 3 и эквивалентен газо-пенобетонам плот­ностью 300 кг/м 3 , т.е. плотностью почти вдвое ниже, чем у древесины.

Химическая стойкость древесины . Древесину можно использовать без дополнительной защиты или защищая ее покраской, поверхностной про­питкой в условиях химически агрессивной среды. Деревянные конструкции применяются при строительстве складов для химически агрессивных сыпу­чих материалов таких, как калийные и натриевые соли, минеральные удоб­рения, разрушающие бетон и сталь. Большинство органических кислот не разрушает древесину при обычной температуре.

Самовозобновляемостъ древесины . Основным достоинством древесины по сравнению с другими конструкционными материалами является посто­янное возобновление ее запасов. При производстве других конструкционных материалов (стали, бетона, пластмассы и др.) требуются большие затраты энергии и расходуется большое количество исходного сырья, запасы которого постоянно иссякают.

Простота обработки . Древесина легко обрабатывается простым ручным или электрическим инструментом. Деформативность древесины позволяет придавать конструкциям из нее различные прямолинейные и криволи­нейные формы. Производство конструкций небольших пролетов из цельной древесины можно освоить практически на лесопунктах, на любой базе строительной индустрии, что невозможно для производства металлических или железобетонных конструкций.

Древесине, как и другим материалам, присущи недостатки:

Неоднородность, анизотропность древесины и пороки . Неоднород­ность древесины проявляется в различии строения и свойств годовых сло­ев, образующихся в процессе роста дерева в зависимости от условий внеш­ней среды (климатических условий).

Неоднородность древесины сказывается на изменчивости показателей прочности, что усложняет полу­чение достоверных расчетных характеристик древесины.

Древесина представляет собой тело с тремя осями анизотропии по глав­ным структурным направлениям - вдоль и поперек волокон в тангенциаль­ном и радиальном направлении. Значительные расхож­дения прочности древесины при приложении усилий вдоль и поперек волокон значительно усложняют вопросы конструирования деревянных конструкций и, в первую очередь, узловых соединений, что зачастую ведет к нерациональному увеличению сечений соединенных элементов.

К основным порокам относятся сучки, трещины и косослой. Наличие сучка изменяет направление волокон древесины либо прерывает их, что значительно влияет на прочность, особенно при растяжении, т.к. происхо­дит неравномерное нагружение всех волокон по сечению.

Зависимость физико-механических свойств древесины от влажности . Древесина обладает способностью впитывать в себя влагу ввиду своей гиг­роскопичности. От количества влаги в древесине в значительной мере зави­сят и ее физико-механические свойства. Плотность свежесрубленой древесины хвойных пород (кроме лиственницы) и мягких лиственных пород (осина, тополь, ольха, липа) равна 850 кг/м 3 . По мере удаления влаги плотность уменьшается. При 15-25% влажности плотность принимается 600 кг/м 3 , а при 6-12% влажности плотность прини­мается 500 кг/м 3 . Лиственница имеет плотность соответственно 800 кг/м 3 и 650 кг/м 3 при влажности в пределах 15-25% и 6-12% соответственно. Для строительства различают древесину:

Сырую с влажностью выше 25%;

Полусухую с влажностью 12-25%;

Воздушно-сухую с влажностью 6-12%.

Ползучесть древесины . При кратковременном действии нагрузки древе­сина работает практически упруго, но при длительном действии неизмен­ной нагрузки деформации во времени увеличиваются. Даже при малом уровне напряжений ползучесть может продолжаться годами.

Биопоражение древесины . Напрямую связано с влажностью древесины. При влажности более 18%, а также при наличии кислорода и положитель­ной температуры возникает условие для жизнедеятельности дереворазрушающих грибов. Также древесина разрушается жизнедеятельностью насе­комых, повреждающих не­окоренную древесину в лесу, на складах, лесосеках и разрушающих окоренную древесину в процессе ее переработки и при эксплуа­тации в конструкциях.

Распространение огня происходит в результате соединения углерода древесины с кислородом. Горение начинается примерно при 250 °С. И если с наружной сторо­ны древесина быстро обгорает, то ввиду малой ее теплопроводности и по­явлению толщины обуглевающего слоя, препятствующему поступлению кислорода, дальнейший процесс сильно замедляется. Поэтому деревянные конструкции массивного сечения имеют большую огнестойкость по сравне­нию с незащищёнными металлическими конструкциями.

1.2 СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В поперечном сечении ствола древесины хвойных пород (сосна, ель) можно рассмотреть несколько характерных слоев (рис. 1.1).

Наружный слой состоит из коры - 1 и луба - 2. Под лубом находится тонкий слой камбия. Назначение луба в растущем дереве - проводить вниз по стволу образующиеся в листьях питательные органические вещест­ва.

В поперечном разрезе основную часть занимают заболонь и ядро. Забо­лонь состоит из молодых клеток, ядро - полностью из отмерших клеток. У деревьев всех пород в раннем возрасте древесина состоит только из за­болони, и лишь с течением времени происходит отмирание живых клеток, сопровождающееся обычно потемнением.

В период весны, когда в стволе появляется много сока, камбий развивает большую деятель­ность, откладывая во внутреннюю часть значительное количество крупных клеток. Летом по мере уменьшения количества питательных соков актив­ность камбия замедляется, и откладывается меньшее количество клеток и меньших размеров. В зимнее время жизнедеятельность камбия затихает, и рост дерева прекращается. Откладывание весенней и летней частей дре­весины, периодически происходящее из года в год, является причиной обра­зования годичных слоев (колец). Годичный слой состоит из светлого слоя древесины (ранняя древесина), обращенного в сторону сердцевины, и более темного, плотного, летней древесины, обращенного к коре (поздняя древе­сина).

Механическую функцию в древесине выполняют, в первую очередь, прозенхимные клетки - трахеиды, которые, главным образом, расположены вертикально. Стыкование трахеид в продольном направлении осуще­ствляется в процессе роста. Они своими заостренными концами врастают между собой и в другие анатомические элементы, так называемые "паренхимные клетки", имеющие одинаковые размеры во всех трех осевых на­правлениях. Эти клетки входят в состав "сердцевинных лучей", которые пронизывают в перпендикулярном направлении несколько годичных слоев.

Трахеиды составляют 90% общего объема древесины, и в 1см 3 их при­близительно размещается 420000 шт. Трахеид ранней части годичного слоя обладает тонкими стенками (2-3 мкм) и большими внутренними полостями, а трахеиды поздней части годичного слоя имеют более толстые стенки (5-7 мкм) и меньшие полости. Длина трахеид 2-5 мм, размер поперечного сечения в 50-60 раз меньше длины.

Для более полного представления о стро­ении древесины рассматривается три разреза ствола: поперечный, радиаль­ный и тангентальный (рис. 1.2).

Древесина лиственных пород имеет несколько отличную от хвойных по­род структуру. Спиральное направление стенок клеток древесины листвен­ных пород приводит к большому короблению и растрескиванию пиломате­риала при сушке, ухудшению гвоздимости. Наличие этих недостатков и малая стойкость к загниванию ограничивает применение лиственных пород для деревянных конструкций. Более высокие прочностные показатели дре­весины твердых лиственных пород реализуются путем использования их для изготовления соединительных элементов (нагели, шпонки, накладки), а также опорных антисептированных деталей.

Физические свойства древесины

Плотность. Поскольку влага со­ставляет значительную часть массы древесины, то величина плотности устанавливается при определенной влажности. С увеличением влажнос­ти плотность увеличивается и, поэто­му для расчетов при определении по­стоянных нагрузок используют ус­редненные показатели, представлен­ные в нормах .

Для конструкций, эксплуатируе­мых в условиях, когда равновесная влажность не превышает 12% (отап­ливаемые и неотапливаемые помеще­ния с относительной влажностью до 75%), плотность сосны и ели состав­ляет 500 кг/м 3 , а лиственницы 650 кг/м 3 .

Для конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе или в закры­тых помещениях с высокой влажностью более 75%, плотность сосны и ели составляет 600 кг/м 3 , а лиственницы 800 кг/м 3 .

Теплопроводность древесины зависит от плотности, влажности и на­правления волокон. При равной плотности и влажности теплопроводность поперек волокон в 2,5-3 раза меньше, чем вдоль волокон. Коэффициент теп­лопроводности поперек волокон при стандартной влажности 12% более чем в 2 раза ниже, чем при влажности равной 30%. Эти показатели объясняют­ся трубчатым строением волокон древесины.

Температурное расширение . Коэффициент линейного расширения попе­рек волокон пропорционален плотности древесины, и в 7 - 10 раз больше коэффициентов расширения вдоль волокон. Это объясняется тем, что при нагревании древесина теряет влагу и меняет свои объемы.

В практике проектирования температурные деформации практически не рассматриваются, т. к. коэффициент линейного расширения вдоль волокон незначителен.

1.3 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Особенности древесины.