Ogólna charakterystyka konstrukcji drewnianych

Drewno jest podstawowym materiałem konstrukcji drewnia­nych. Konstrukcje drewniane wykonuje się najczęściej z drewna sosnowego, rzadziej z jodłowego lub świerkowego. W niektórych przypadkach stosuje się drewno dębowe (np. na podkładki lub pod­waliny narażone na silne zawilgocenie). Oprócz drewna używa się materiałów pomocniczych, za których pomocą łączy się poszcze­gólne drewniane elementy w jedną konstrukcyjną całość. W nie­licznych przypadkach niektóre elementy drewniane zastępujemy elementami stalowymi.

Techniczne właściwości drewna dzielimy na dwie zasadnicze grupy: cechy fizyczne i cechy mechaniczne.

Cechy fizyczne

Właściwości fizyczne stanowią: barwa, rysunek w różnych prze­krojach drewna, połysk, ciężar, zapach, wilgotność, higroskopijność oraz przewodność cieplna, dźwiękowa i elektryczna.

Dla konstrukcji istotne znaczenie mają następujące cechy: wil­gotność i ciężar objętościowy oraz w pewnym stopniu barwa i za­pach, gdyż cechy te wskazują niekiedy na choroby drewna, nie­wątpliwie obniżające wytrzymałość i trwałość konstrukcji.

Klasyfikacja drewna

Drewno przeznaczone do konstrukcji budowlanych dzieli się na okrąglaki i obrzynane materiały tarte (tarcicę).

Okrąglaki stosuje się jako słupy rusztowań do robót muro­wych, do rusztowań (stemplowań) podtrzymujących deskowanie przy wykonywaniu konstrukcji żelbetowych, jako pale pod fundamenty budowli, słupy telefoniczne oraz elementy mostowe lub budowlane w najprostszych konstrukcjach. Okrąglaki do celów budowlanych nie powinny mieć dużej zbieżystości, średnice przekrojów okrąglaków odległe od siebie o l m nie powinny różnić się więcej niż o l cm.

Obrzynane materiały tarte. Przekrój poprzeczny tar­cicy obrzynanej ma kształt prostokąta lub kwadratu.

Tarcicę obrzynaną dzieli się na:

deski (grub. 13-45 mm),

bale (grub. 50-100 mm),

listwy (grub. 13-29 mm i szer. poniżej 100 mm),

łaty (grub. 32-f-76 mm i szer. 50-100 mm),

krawędziaki o przekroju kwadratowym lub prostokątnym, przy czym stosunek wymiarów przekroju jest mniejszy niż 1,5 — np. 10 X 14 cm,

belki o przekroju prostokątnym, przy czym stosunek wymiarów przekroju jest większy niż 1,5 — np. 12x24cm.

Ze względu na jakość drewno sosnowe tarte dzieli się na 6 klas

Klasyfikacja i dane techniczne drewna:

-klasy jakości - K39, K33, K27, K21

tarcica o długości min 38mm

K39 - MKW lub UW

K33 - MKS lub KS

K27 - MKG lub KG

M - maszynowo sprawdzone

Tarcica gr.<38mm

K33 - MKS - KW

K27 - MKG - KG

K21 - KG

So -sosna, Sw -świerk, Id -jodła, Md -modrzew

Drewno klejone warstwowo

Klasa: KL39 z tarcicy klasy K33

KL33 K27

KL27 K21

Przeznaczenie klas drewna

Elementy rozciągane: K33, K27

Elementy ściskane i zginane: K27, K21

Elementy deskowań: K21

Sklejka powinna być: wodoodporna, z drewna, sklejona min z 5 fornirów

Płyty pilśniowe:

-porowate, twarde, bardzo twarde gr.3,2-5mm

Wilgotność do 8%

Wilgotność drewna nie większa niż: 23% na otwartym powietrzu, 20% dla konstrukcji osłoniętych, 15%na konstrukcje klejone, max temperatura otoczenia do 55⁰C

Przy projektowaniu konstrukcji posługujemy się wartościami pól, wskaźników wytrzymałości oraz momentów bezwładności przekro­jów.

Zalety i wady konstrukcji drewnianych

Zalety konstrukcji drewnianych są następujące:

a) lekkość,

b) mała rozszerzalność cieplna,

c) odporność na działanie czynników chemicznych,

d) łatwość i prędkość wykonania i rozbiórki,

e) taniość.

Lekkość. Lekkość konstrukcji zależy od wytrzymałości i cię­żaru objętościowego materiału, z którego konstrukcja jest wyko­nana. Im większa jest wytrzymałość materiału i jednocześnie — im mniejszy jest jego ciężar objętościowy, tym lżejszą otrzymuje się konstrukcję.

Konstrukcje drewniane są kilkakrotnie lżejsze od konstrukcji żelbetowych, np. przeciętny ciężar drewnianej konstrukcji dachu wraz z odeskowaniem pod pokrycie papą lub blachą na l m² rzutu poziomego wynosi 50 kG, ciężar zaś konstrukcji żelbetowej o tej samej rozpiętości — 250-350kG.

Ciężar konstrukcji wpływa na wielkości wymiarów fundamen­tów pod budowle, gdyż im większe siły przekazują się na funda­menty, tym większe wypadają powierzchnie fundamentów. Lekkość konstrukcji jest szczególnie istotną właściwością w przypadkach, gdy budowle posadawia się na gruntach słabych, wówczas bowiem unika się trudnego fundamentowania pośredniego (np. na palach).

Niewielki ciężar konstrukcji drewnianych w porównaniu z kon­strukcjami żelbetowymi jest bardzo korzystny ze względu na tran­sport materiałów.

Mała rozszerzalność cieplna. Drewno ma znacznie mniejszy współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej aniżeli inne materiały budowlane (stal, beton, cegła). Właściwość ta umożliwia wykonywanie budowli mających konstrukcję drewnianą o dużej dłu­gości bez przerw dylatacyjnych, czego nie można uniknąć w budow­lach o konstrukcji z innych materiałów.

Odporność na działanie czynników chemicz­nych. Dużą zaletą drewna jest jego odporność na działanie czyn­ników chemicznych — znacznie większa aniżeli stali i betonu. „ Zasady (ługi), słabsze kwasy (np. octowy i węglowy) oraz nie­które sole, jak związki sodu i amonu (np. sole potasowe), nie wpły­wają szkodliwie na drewno. Pary roztworów kwasu azotowego, sol­nego i siarkowego o średnim nawet stężeniu oraz spaliny przemy­słowe działają wprawdzie ujemnie na drewno, lecz zmiany powsta­jące w strukturze tego materiału przebiegają powoli w ciągu dzie­siątków lat.

Wpływ czynników chemicznych na drewno można rozpoznać wzrokowo, gdyż po kilku latach eksploatacji traci ono naturalną barwę, stając się różowe, szare lub brunatne.

Największą odpornością na wpływy chemiczne odznacza się drewno żywiczne o zwartej budowie, a to ze względu na małą chłon­ność par związków chemicznych i innych gazów.

Bardziej wrażliwe niż drewno są łączniki stalowe używane do połączeń elementów (gwoździe, śruby itp.), które ulegają korozji, tj. niszczącemu chemicznemu działaniu par lub gazów. Dlatego wska­zane jest wykonywanie łączników ze stali specjalnych, odpornych na korozję.

Szybkość i łatwość wykonywania i rozbiórki konstrukcji. Obróbkę drewna wykonuje się za pomocą nieskomplikowanych narzędzi mechanicznych, prostych w działaniu i obsłudze, zużywających niewielką ilość energii elektrycznej.

Konstrukcje drewniane łatwiej jest wykonywać aniżeli konstruk­cje stalowe ze względu na mniejsze wymagania co do dokładności obróbki oraz z uwagi na prostsze połączenia poszczególnych ele­mentów.

Wykonywanie konstrukcji żelbetowych w deskowaniu obej­muje trzy kategorie robót: ciesielskie, zbrojarskie i be­tonowe, co utrudnia w dużym stopniu organizację budowy.

Również w porównaniu z żelbetowymi konstrukcjami prefabry­kowanymi, tj. wykonywanymi z gotowych elementów, konstrukcje drewniane wykazują mniejszą pracochłonność, przede wszystkim ze względu na transport.

Przeciętne warunki zimowe utrudniają robociznę ciesielską tylko w niewielkim stopniu w przeciwieństwie do robót betonowych.

Łatwość wykonywania konstrukcji drewnianych umożliwia pręd­sze wznoszenie budowli niż przy stosowaniu ustrojów z innych ma­teriałów.

Konstrukcje drewniane są łatwo rozbieralne, przy czym materiał prawie nie ulega zniszczeniu i może być ponownie użyty do innych budowli.

Taniość. Koszt wykonania konstrukcji drewnianych jest mniejszy od kosztu wykonania konstrukcji z innych materiałów.

Obok opisanych zalet konstrukcje drewniane mają następujące wady:

a) łatwopalność i wrażliwość drewna na wyższe temperatury,

b) niejednorodność struktury wewnętrznej drewna,

c) niewielka sztywność konstrukcji,

d) zmiana objętości drewna

e) podatność na gnicie.

Łatwopalność i wrażliwość drewna na wyższe temperatury. Łatwopalność drewna jest jego największą wadą. Przy nagrzaniu drewna do temperatury powyżej 110 ° C następuje jego rozkład chemiczny, wskutek czego drewno traci właściwości techniczne, a w temperaturze 330-470°C ulega samozapłon o w i.

Samozapłon następuje wskutek złej przewodności i akumulacji ciepła w drewnie.

Konstrukcyjne części drew­niane (np. belki stropowe, krokwie dachowe itp.) powinny być od­dalone od wewnętrznych powierzchni kanałów dymowych co naj­mniej o 25 cm. Należy przy tym pamiętać, że oddzielenie elementu drewnianego od wewnętrznej powierzchni kanału ścianką grub.

Bardzo niebezpieczne dla konstrukcji drewnianych jest nagrze­wanie ich przez promieniowanie ciepła i ruch ciepłego powietrza w niektórych zakładach przemysłowych (np. w hutach, odlewniach, kuźniach itp.). W zakładach takich istnieją różne źródła ciepła (piece, rozgrzane metale lub inne materiały), które wypromieniowując znaczne ilości ciepła wywołują prądy rozgrzanego powietrza o temperaturze przekraczającej 40-60°C. Wysoka temperatura występująca w zakładach, w których istnieją źródła ciepła, powo­duje nadmierne wysychanie drewna, wskutek czego staje się ono kruche i traci zalety wymagane od drewna budowlanego. Z tego względu najwyższa temperatura powietrza wewnątrz budowli o kon­strukcji drewnianej nie powinna przekraczać 55 °C. Aby uniknąć szkodliwego działania wyższych temperatur na drewno, należy ogrzane pomieszczenie należycie przewietrzać, insta­lując w tym celu wywietrzniki elektryczne.

Niejednorodność struktury wewnętrznej drewna. Włóknista budowa drewna powoduje jego niejednorodność pod względem wytrzymałościowym. Między wartościami na­prężeń niszczących w kierunku równoległym i w kierunku prosto­padłym do włókien zachodzą duże różnice.

Niewielka sztywność konstrukcji. Każda kon­strukcja pod działaniem obciążenia ulega odkształceniom, a kon­strukcje drewniane w czasie swej pracy odkształcają się na ogół bar­dziej aniżeli konstrukcje stalowe i żelbetowe.

Zmiana objętości drewna. Ujemnym zjawiskiem jest skurcz lub pęcznienie drewna wskutek zmiany wilgotności otacza­jącego powietrza lub bezpośredniego działania wilgoci (np. podczas opadów atmosferycznych). Najdotkliwsze następstwa zmian objęto­ściowych występują w połączeniach elementów konstrukcji. Przy skurczu połączenia rozluźniają się i stają się mniej wytrzymałe, przy silnym spęcznieniu następuje miażdżenie włókien drewna i od­kształcenie połączeń.

Podatność na gnicie. Gnicie drewna zmniejsza w dużej mierze jego wytrzymałość i trwałość konstrukcji. Niebezpieczeń­stwo gnicia istnieje w budynkach mieszkalnych, a w jeszcze więk­szym stopniu w niektórych budowlach przemysłowych. Powietrze w budynkach przemysłowych jest często zanieczyszczone pyłem węgla, sadzy, barwników, wapna itp. Pył ten osiada na powierzchni konstrukcji, wypełnia szczeliny w połączeniach elementów oraz rysy i pęknięcia drewna. Po skropleniu się pary pył chłonie wilgoć i utrud­niając jej odparowanie staje się przyczyną gnicia drewna wskutek zagrzybienia.

---