III. DREWNIANE I MUROWE KONSTRUKCJE BUDOWLANE

1.Podstawowe wady budowy drewna i ich wpływ na wytrzymałość.

Zależnie od czasu powstania można wyróżnić wady:

• pierwotne tworzące się za życia drzewa,

• wtórne powstałe po ścięciu drzewa (w lesie, na składnicy, w toku obróbki).

Wszystkie wady pierwotne będą występowały również po ścięciu drewna. W odpowiednich normach (PN-79/D-01011) podział wad drewna został oparty dwóch kryteriach: na rodzaju uszkodzenia i na przyczynie powstania wady. Według tej normy wyróżnia się następujące grupy wad:

• sęki (zarośnięte lub otwarte) – Wpływ sękatości (występowania w drewnie sęków) na wytrzymałość drewna zależy od ilości sęków, ich wielkości, rozmieszczenia, zdrowotności ich drewna oraz powiązania z drewnem pnia.

W porównaniu z drewnem bezsęcznym wytrzymałość na rozciąganie drewna sosnowego mało sękatego jest mniejsza o 51%, a bardzo sękatego – o 85%. Przy ściskaniu wzdłuż włókien wytrzymałość drewna sosnowego mało sękatego jest mniejsza o 10%, a bardzo sękatego o 20 ÷ 40%. Natomiast ze wzrostem sękatości wytrzymałość na ściskanie w poprzek włókien wzrasta. Przy zginaniu statycznym prostopadle do włókien wpływ sęków zależy od ich średnicy i rozmieszczenia.

Stąd piszę, że sęki obniżają najbardziej ze wszystkich wad i polepszają tylko na ścskanie w poprzek.

• pęknięcia - naruszają ciągłość drewna i w związku z tym obniżają jego właściwości mechaniczne. Najmniejsze obniżenie wytrzymałości z powodu pęknięć obserwuje się przy ściskaniu wzdłuż włókien. Szczelina przelotowa przy ściskaniu wzdłuż włókien obniża wytrzymałość o 5 ÷ 10%. Największy ujemny wpływ na wytrzymałość mają pęknięcia przy rozciąganiu w poprzek włókien (jeżeli pęknięcie jest położone w płaszczyźnie prostopadłej do sił obciążających. Przy zginaniu największy wpływ mają pęknięcia położone w strefie obojętnej (w pobliżu środka belki) jeżeli jest położona w płaszczyźnie prostopadłej do obciążenia. Spowodowane to jest zmniejszeniem się rzeczywistej powierzchni pracującej na ścinanie pod działaniem maksymalnych naprężeń stycznych (w warstwie obojętnej). Najmniejszy wpływ na zginanie mają pęknięcia w płaszczyznach pokrywających się z płaszczyzną obciążenia.

Tutaj też, tylko ogólnie na co najbardziej obniżają.

• wady kształtu – generalnie obniżają wytrzymałość drewna, poprzez nierównoległy układ włókien

  • zbieżystość 

  • krzywizna 

  • spłaszczenie

  • zgrubienie odziomkowe 

  • napływy korzeniowe 

  • raki 

  • obrzęki

• wady budowy:

  • zabitka – stanowi nieciągłość struktury drewna i mogą w niej rozwijać się grzyby wywołujące zgniliznę

  • zakorek - Zakorki zakłócają jednorodną budowę drewna z powodu obecności kory i zniekształcenia słojów rocznych wokół zakorka, wpływ ten zależy od rodzaju, wymiarów i liczby zakorków.

  • przeżywiczenie - Przeżywicowane, odpowiednio sezonowane drewno okrągłe nie będzie wskazywało oznak wady.

  • pęcherz żywiczny - występowanie pęcherzy żywicznych zmniejsza wartość użytkową niektórych sortymentów, w szczególności utrudnia obróbkę drewna.

  • nierównomierna szerokość słojów rocznych - wada ta powoduje podczas wysychania drewna okrągłego tworzenie się pęknięć okrężnych w następstwie odmiennej kurczliwości drewnawąskosłoistego i szerokosłoistego.

  • wielordzenność 

  • mimośrodowość rdzenia - zwiększa skłonność do pękania i paczenia się z powodu nieregularnej budowy drewna.

- te tylko wymianiam

• skręt włókien - wpływ skrętu włókien na właściwości mechaniczne staje się wyraźny, gdy jego wielkość przekracza 6 ÷ 10% [Wanin 1953]. Wytrzymałość na zginanie w kierunku stycznym przy skręcie 10 ÷ 15% zmniejsza się o 8 ÷ 10%. Wytrzymałość na ściskanie i ścinanie oraz udarność w płaszczyźnie promieniowej zmniejsza się po przekroczeniu 13% wartości skrętu. Wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż włókien wyraźnie spada poczynając od 6% skrętu. Wytrzymałość na zginanie statyczne przy skręcie włókien powyżej 6% wyraźnie spada.

• drewno reakcyjne: 

  • drewno ciągliwe -  drewno cięgliwe ma zwiększoną skłonność paczenia

  • twardzica - niektóre właściwości drewna twardzicowego polepszają się, a inne pogarszają. Wytrzymałość na ściskanie i zginanie oraz twardość czołowa drewna twardzicowego są znacznie większe niż drewna normalnego. Wytrzymałość drewna świerkowego na ściskanie jest wyższa przeciętnie o 31%, na zginanie o 18%, a twardość czołowa o około 100% [Perełygin 1971]. Wytrzymałość drewna sosnowego twardzicowego jest jeszcze większa przeciętnie przy ściskaniu o 51%, zginaniu statycznym o 83%, a twardość czołowa o 188% [Perełygin 1971]. Przy rozciąganiu wzdłuż włókien drewno twardzicowe jest znacznie słabsze od normalnego

• Zawiły układ włókien (nieregularny lub splątany ich przebieg) jest wadą względną; zmniejsza wytrzymałość drewna na zginanie i moduł sprężystości – natomiast zwiększa twardość oraz wytrzymałość na ściskanie, łupanie, ścinanie

• Zawój (lokalne skrzywienie słojów rocznych) wywołany jest przez sęki lub zakorki. Zawój zmniejsza wytrzymałość drewna na ściskanie wzdłuż włókien, na zginanie statyczne i udarność. Obniżenie wytrzymałości spowodowane zawojem przy ściskaniu wzdłuż włókien dochodziło do 23%, przy zginaniu statycznym – 33%, przy udarności – do 18%.

• zabarwienia – przeważnie nie mają wpływu na wytrzymałość drewna;

• zgnilizny - przyjąć można, że zmniejszanie się wytrzymałości drewna jest proporcjonalne do zmniejszania się jego ciężaru właściwego (gęstości). Ciężar ten w miarę postępowania zgnilizny maleje, chociaż stwierdzono że w pewnych przypadkach w początkowym stadium zgnilizny – ciężar objętościowy nieznacznie wzrasta. W końcowym stadium gęstość surowca może być 2 ÷ 2,5 razy mniejsza od gęstości drewna zdrowego. Twardość drewna w końcowym stadium gnicia jest 17 ÷ 35 razy mniejsza od twardości drewna zdrowego. Na ogół przyjmuje się, że w początkowym stadium zgnilizny drewna tylko nieznacznie różni się od drewna zdrowego (8 ÷ 12%) i może być używane jako drewno użytkowe . – a to sam nie wiem, może jak mi starczy czasu, ale to chyba nie na temat

uszkodzenia mechaniczne:

• pochodzenia biologicznego:

  •  chodniki owadzie - powierzchniowe chodniki nie zmniejszają technicznych właściwości drewna; natomiast głębokie znacznie zmniejszają wytrzymałość drewna, a nawet dyskwalifikują drewno jako surowiec przemysłowy.

  • uszkodzenia przez ptaki – dyskwalfikują drewno jako surowiec budowlany;

• pochodzenia antropogenicznego: 

(ciocia wikipedia + rozprawa doktorska http://www.dbc.wroc.pl/Content/24024/Mariusz_Lapka_doktorat_popr.pdf

Pewnie za dużo, ale teraz przynajmniej na temat)

2. Wpływ wilgotności, czasu trwania obciążenia i temperatury na wytrzymałość drewna.

Wytrzymałość i odkształcalność drewna zależą od jego wilgotności. Zwiększanie wilgotności powoduje zmniejszenie wytrzymałości na ściskanie i zginanie, przy jednoczesnej zmianie wartości modułu sprężystości. Zależność taką możemy zaobserwować od wilgotności od 0% do punktu nasycenia włókien, natomiast zmiany wilgotności powyżej punktu nasycenia nie mają już wpływu na parametry wytrzymałościowe. Co więcej częste zmiany zawilgocenia powodują rozwój grzybów i pleśni, które odżywiając się strukturą drewna powodują stały nieodwracalny spadek wytrzymałości na ściskanie, rozciąganie, czy zginanie.

Czas trwania obciążenia ma istotny wpływ na wartość wytrzymałości obliczeniowej drewna. Wynika to z wytrzymałości drewna na zmęczenie, jest ona odpornością drewna na działanie zmiennych długotrwałych obciążeń, po których drewno ulega zniszczeniu pod działaniem sił znacznie mniejszych niż przy jednorazowym obciążeniu.

Oba te zjawiska czyli wpływ wilgoci i czas trwania obciążenia uwzględnione są w normie PN-EN 1995-1-1 pod postacią współczynnika modyfikującego k_mod, przez który mnożymy wartość charakterystyczną wytrzymałości. Wartość współczynnika k_mod jest najniższa dla obciążeń stałych i wynosi dla drewna litego 0,5 w warunkach gdy wilgotność względna materiału utrzymuje się powyżej kilku dni w roku, dla porównania dla płyt pilśniowych współczynnik ten w tych samych warunkach wynosi, aż 0,2. Natomiast najwyższe wartości współczynnika uzyskujemy dla obciążeń chwilowych i w niektórych przypadkach wynosi on 1,1 np. dla drewna litego o wilgotności rzędu 20% przez kilka dni w roku lub mniejszej.

Działanie podwyższonych temperatur powoduje zmniejszanie cech wytrzymałościowych i modułu sprężystości podłużnej drewna, wynika to ze zjawiska rozkładu chemicelulozy, która jest jednym ze składników tkanki drewna, rozkłada się ona zupełnie w temperaturze 150-200 ºC. Lecz redukcja wytrzymałości drewna następuje już w temperaturach nieznacznie większych od 65ºC. Spadek wytrzymałości na zginanie może wynosić, aż 60% dla temperatury 230 ºC w stosunku do wartości uzyskanej w temperaturze pokojowej(wyniki badań dla drewna świerkowego). Wysokie temperatury występujące w procesie pożaru powodują sukcesywne niszczenie struktury materiału prowadzące do dekohezji (zniszczenie?) drewna.

3. Zasady ustalania wytrzymałości obliczeniowych drewna w konstrukcjach drewnianych.

W stanach granicznych nośności należy sprawdzić warunki normowe uwzględniając siły wewnętrzne o wartościach obliczeniowych oraz wartości obliczeniowe cech wytrzymałościowych drewna. Wartość obliczeniową X_d odpowiedniej własności wytrzymałościowej materiału określa się wg wzoru

$$X_{d} = k_{\text{mod}}\frac{X_{k}}{\gamma_{m}}$$

gdzie:

X_k – wartość charakterystyczna własności wytrzymałościowej,

γ_m – częściowy współczynnik bezpieczeństwa właściwości materiału,

Tablica. Częściowe współczynniki bezpieczeństwa właściwości wybranych materiałów γ_mw stanach granicznych nośności. 2.3PN-EN-1995-1-1:2004

Materiał	Współczynnik ^-Ym
Kombinacje podstawowe drewno lite	1,30
drewno klejone warstwowo	1,25
sklejka, płyty OSB, fornir klejony warstwowo	1,20
płyty wiórowe	1,30
płyty pilśniowe	1,30
złącza	1,30
płytki kolczaste	1,25
Kombinacje wyjątkowe	1,00

k_mod – współczynnik modyfikujący wytrzymałość z uwagi na czas trwania obciążenia i wilgotność, zależny od klasy użytkowania konstrukcji i od klasy trwania obciążenia.
Klasy trwania obciążenia określone są wraz z przykładami odnoszącymi się do każdej klasy.
Tabela Klasy użytkowania konstrukcji.

Klasa	Warunki wilgotnościowe	Przeciętna wilgotność drewna iglastego
1	odpowiadające temperaturze 20°C i wilgotności względnej powietrza przekraczającej 65%, tylko przez kilka tygodni w roku	< 12% .
2	odpowiadające temperaturze 20°C i wilgotności względnej powietrza przekraczającej 85%, tylko przez kilka tygodni w roku	< 20%
3	odpowiadające warunkom powodującym wilgotność drewna wyższą niż w klasie użytkowania 2	przypadki wyjątkowe

Tabela Klasy trwania obciążenia. 2.1 i 2.2PN-EN-1995-1-1:2004

Klasa trwania obciążenia	Rząd wielkości skumulowanego trwania obciążenia charakterystycznego	Przykłady obciążenia
Stale Długotrwałe Średniotrwałe Krótkotrwałe Chwilowe	więcej niż 10 lat 6miesięcy —10 lat 1 tydzień – 6 miesięcy mniej niż jeden tydzień	ciężar własny obciążenie magazynu obciążenie użytkowe, śnieg śnieg i wiatr na skutek awarii, wiatr

Jeżeli kombinacja obciążeń zawiera oddziaływania należące do różnych klas obciążenia, wartość współczynnika k_mod należy przyjąć jak dla obciążenia o najkrótszym czasie trwania, np. w kombinacji obciążenia stałego i zmiennego krótkotrwałego przyjmuje się k_mod jak dla krótkotrwałego.

W przypadku połączeń elementów wykonanych z materiałów o różnym wpływie czasu na ich właściwości, nośność obliczeniową należy określić, stosując współczynnik modyfikujący k_mod wyznaczony ze wzoru:

$$k_{\text{mod}} = \sqrt{k_{\text{mod},1}{\bullet k}_{\text{mod},2}}$$

gdzie:
k_mod, 1k_mod, 2 – współczynniki modyfikujące dla obu elementów.

Tabela Współczynniki k _moddla drewna litego, klejonego warstwowo i sklejki.3.1 PN-EN-1995-1-1:2004

Klasa trwania obciążenia	Klasa użytkowania
	1
Stałe	0,60
Długotrwałe	0,70
Średniotrwałe	0,80
Krótkotrwałe	0,90
Chwilowe	1,10

4. Tradycyjne więźby dachowe stosowane w budownictwie.

Wiązar drewniany - w budownictwie tradycyjnym jest to para krokwi opartych na belce stropowej lub ścianie zewnętrznej budynku za pośrednictwem murłaty. W zależności od rozpiętości podpór i zastosowanego rozwiązania wiązar wzmacnia się dodatkowo drewnianymi belkami. Najczęściej stosowane rozwiązania wiązarów ciesielskich:
Wiązar krokwiowy - najprostszy wiązar o rozpiętości do 6,0 m. Składa się z dwóch krokwi opartych na belce wiązarowej ( jak na rys.) lub ścianach budynku (na murłatach lub belkach oczepowych). Krokwie przenoszą siły (naprężenia) ściskające i zginające.

Wiązar jętkowy - wiązar drewniany o rozpiętościach do 9,0 m. Składa się z krokwi, które przenoszą naprężenia zginające i ściskające oraz poziomej poprzeczki - jętki, która przenosi naprężenia ściskające. Może być oparty na belkach wiązarowych lub ścianie za pośrednictwem murłaty lub belki oczepowej.

Wiązar płatwiowo-kleszczowy - najczęściej spotykane wiązary, stosowane przy większych rozpiętościach; w zależności od rozstawu podpór stosuje się konstrukcje jedno-, dwu- i trój- i więcej stolcowe. Na załączonym szkicu pokazano wiązar dwustolcowy. Rozstaw podpór dla rozwiązań jednostolcowych - do 8,0 m; dwustolcowych - 9,0 - 10,0 m; trójstolcowych - do 16,

Krokwie przenoszą obciążenia z pokrycia dachowego; płatwie - to elementy poziome ułożone wzdłuż więźby dachowej; służą jako podpory dla krokwi. Miecze usztywniają więźbę w kierunku podłużnym i jednocześnie zmniejszają rozpiętość płatwi. Słupki (stolce) przekazują obciążenia z płatwi pośrednich bezpośrednio na strop poddasza. Kleszcze stanowią element usztywniający więźbę w kierunku poprzecznym. Słupy wraz z płatwiami i mieczami stanowią układ zwany ramami stolcowymi.

Szczegół połączenia węzła: krokiew, płatew, słupek, miecze i kleszcze, w rozwiązaniu tradycyjnym zazwyczaj stosuje się złącza: oparcie krokwi na płatwi - na wrąb; połączenie z kleszczami - na jaskółczy ogon; oparcie płatwi na słupku - na czop i gniazdo; kleszcze obejmują słupek opierając się na wrębach; połączenie mieczy z słupkiem i płatwią - na czop i gniazdo. Cały węzeł usztywniony śrubą stężającą.

Wiązar wieszarowy to szczególny rodzaj konstrukcji, przydatny głównie wtedy, gdy odległości pomiędzy ścianami nośnymi są bardzo duże (ok. 10 m), gdy np. wszystkie obciążenia muszą być przekazane na ściany zewnętrzne (brak wewnętrznych ścian nośnych).Krokwie przekazują obciążenia np. na płatwie, a te zaś – na wieszaki zamiast na słupy. Więźby o konstrukcji wyłącznie wieszarowej nie są popularne i rzadko spotyka się je o rozpiętości do 8 m, przy większych rozpiętościach konieczne jest ze względów statycznych zastosowanie dodatkowych krzyżulców i większej liczby wieszaków, co pozwala na zwiększenie rozpiętości do 12 m. Największy dach wieszarowy znajduje się w Moskwie i uzyskano rozpiętość, aż 45 m. Jednak wieszaki bywają wykorzystywane w zastępstwie słupów, w więźbach o różnej konstrukcji.

(usunąłem sobie rysunki, bo bitch please)

5. Rodzaje łączników stosowanych w konstrukcjach drewnianych.
Środki złączeniowe stosowane w konstrukcjach drewnianych nazywa się łącznikami, mogą nimi być:

1. Łączniki punktowe typu sworzniowego. Pracują w zasadzie na zginanie i ścinanie, przeciwdziałając przemieszczaniu się względem siebie łączonych elementów. Na powierzchni przylegania łącznika punktowego do drewna powstają naprężenia na docisk, które stanowią często podstawę wymiarowania łączników. Ze względu na ilość płaszczyzn połączenia przecinających łącznik wyróżnia się złącza jedno-, dwu- i trzycięte.
a) gwoździe stalowe, o przekroju okrągłym, kwadratowym, rzadziej trójkątnym. Zaleca się stosowanie gwoździ o średnicy d = 1/6 ÷ 1/11 grubości najcieńszego z łączonych elementów. Gwoździe wbija się w układzie prostokątnym lub przestawionym.
b) śruby i sworznie, należą do grupy łączników wymagających wykonania otworów pod łączniki. Zaleca się dobór wiertła o średnicy 0, 97d (gdzie d to średnica trzpienia łącznika). Rozmieszcza się je w układzie prostokątnym lub przestawionym zgodnie z zachowaniem minimalnych odległości. Do wykonania złączy zaleca się użycie śrób i sworzni o średnicy powyżej 10mm. W obliczeniach złączy należy uwzględnić osłabienie przekroju przez złącza.
c) wkręty, o średnicy 4mm i większej, stosuje się je głównie do jednociętych złączy elementów drewnianych z cieńszymi nakładkami z drewna, blach stalowych płyt drewnopochodnych, czy gipsowych. Wkręty wprowadza się w wcześniej nawiercone otwory o średnicy mniejszej o 2mm od średnicy wkręta. W obliczeniach złączy należy uwzględnić osłabienie przekroju przez złącza.
d) zszywki metalowe to stosunkowo nowy rodzaj połączenia, wytwarza się je z drutu wygiętego na kształt litery U. Złącza na zszywki wykonuje się za pomocą specjalnych pistoletów pneumatycznych dostosowanych do danego typu zszywek. Złącze to wykorzystuje się często do łączenia elementów płytowych z elementami konstrukcji nośnej. Lub do podwieszania izolacji przeciwwodnej lub paroizolacji do konstrukcji.

2. Nowoczesne łączniki mechaniczne konstrukcji drewnianych to przede wszystkim wkładki metalowe wpuszczane i wciskane:
a) pierścienie zębate typu Geka, Aligator, Bulldog, czy polskie pierścienie zębate jedno- i dwustronne typu Bistyp są wciskane w łączone elementy drewniane najczęściej za pomocą pras hydraulicznych. Łączone elementy dodatkowo skręca się przez oś łącznika, aby zapobiec rozluźnieniu. Nośność i rozmieszczenie, oraz moduł podatności pierścieni należy przyjmować wedle zaleceń producenta danego typu połączenia.
b) płytki kolczaste lub gwoździowe jedno i dwustronne, stosowane są głównie w przemysłowej produkcji kratowych dźwigarów drewnianych, a także w węzłach ściennych szkieletowych konstrukcji drewnianych. Działają podobnie jak pierścienie zębate. Projektowanie jw. zgodnie z zaleceniami z normy PN-EN 1995-1-1 oraz zaleceniami producenta danego systemu. Jednostronne np. Gang-Nail, a dwustronne np. Menig.
c) inne
3. Łączniki nakładkowe i siodłowe. Połączenia tego typu cechyją się podatnością i pozwalają na wystąpienie nieznacznych przesunięć względem siebie, co może być przyczyną powstania, zwiększonych odkształceń konstrukcji. Połączenia ciesielskie należą do najstarszych sposobów zespolenia kostrukcji. Mimo stosunkowow niewielkiej nośności i dużej pracochłonności wykonania, są często stosowane do dziś. W ich obrębie można wyróżnić takie rodzaje połączeń jak:
a) na czopy i gniazda, wymagają dokładnej obróbki ciesielskiej, stosowane do łączenia: słupów z podwaliną, słupów z belkami (ryglami, oczepami), bądź zastrzałów z podwaliną.
b) połączenia na nakładki proste, ukośne, specjalne mogą być stosowane jako styki belek na ich długości, lub mogą dotyczyć połączenia belek w jednej płaszczyźnie, lecz pod kątem. Połączenia tego typu mogą być dodatkowo wzmocnione za pomocą sworzni, śrub, klamer ciesielskich.
c) połączenia na klamry ciesielskie stosuje się jeszcze w tymczasowych konstrukcjach drewnianych, np. rusztowaniach, podporach, rozparciach wykopów. Klamry wykonuje się z prętów stalowych o średnicy d = 12 ÷ 18 mmi długości l = 200 ÷ 500 mm
d) połączenia na wręby, prostsze do wykonania niż połączenia na czopy i gniazda. Cechują się większą nośnością, wykonywane przy elementach łączonych pod kątem (zastrzały) rzadziej prostym. Wyróżniamy wręby czołowe i policzkowe, jednak te drugie wymagają sporej liczby łączników, często wspomaganych nakładkami. Przy czym czołowe też można wzmocnić za pomocą dodatkowych łączników. Oblicza się je na docisk i ścinanie.
4. Złącza z profilowanymi elementami stalowymi. Zastosowanie gotowych elementów konstrukcyjnych, a zwłaszcza z drewna klejonego LVL wymagało stworzenia prostych i szybkich łączników do konstrukcji drewnianych. Do takich połączeń zaliczamy złącza typu nakładkowego i siodłowego, w których stosuje się rozmaite elementy gięte, tłoczone, rzadziej spawane z cienkich blach, przytwierdzane do powierzchni elementu konstrukcyjnego za pomocą gwoździ, wkrętów, czy śrub. W złączach tych stosuje się gwoździe spiralne lub kotwiące, o dużej nośności na wyciąganie. Złącza metalowe nie wymagają przygotowania przed montażem (ukosowania, wcięć, gniazd). Złącza nakładkowe stosuje się głównie w węzłach podporowych belek, rygli, krokwi dachowych, elementów szkieletowych konstrukcji, a także w przegubach kalenicowych ram, łuków trójprzegubowych i innych.
5. Złącza klejone, zazwyczaj nie występują bez wykonania zacięć ciesielskich np. czop i gniazdo, lub wrąb. Służą jako wzmocnienie wyżej wymienionych połączeń, podobnie jak wykonuje się to za pomocą gwoździ, śrub, czy wkrętów.