Строительная древесина, ее свойства

Древесина – материал органического происхождения. Ее используют в строительстве обычно после простой обработки, мало меняющей ее начальные механические и физические свойства. Рассмотрим свойства строительной древесины, которые оказывают влияние на проектирование, возведение и эксплуатацию деревянных конструкций.

 

2.1. Положительные свойства.

- малый объемный вес при относительно высокой прочности: строительная древесина весит примерно в 5 раз меньше железобетона и в 16 раз меньше стали. Расчетное сопротивление ее осевому сжатию (R_c=13 МПа), такое же как у железобетона (при марке бетона 300) и в 16 раз меньше чему стали марки Ст 3, то есть во столько же раз меньше, во сколько плотность древесины меньше стали.

- легкость добывания и простота обработки;

- возможность сборки, разборки, переноса и переделки отдельных деревянных конструкций и целых сооружений;

- благоприятные термические свойства древесины. Коэффициент линейного термического расширения хвойных пород вдоль волокон составляет 0,000004 - 0,000005, то есть примерно в 2-3- раза меньше чем у стали и железобетона.

Еще меньше во сравнению со сталью и железобетоном у древесины коэффициент теплопроводности. Для сосны и ели коэффициент теплопроводности вдоль волокон составляет около 0,30 ккал/ч·м²·град., а поперек волокон – 0,12 – 0,15 ккал/ч·м²·град. Этот показатель позволяет использовать древесину в качестве эффективного утеплителя;

- высокая долговечность строительной древесины при надлежащем режиме эксплуатации конструкции. В качестве примера долговечности деревянных конструкций можно привести фермы покрытия манежа в Москве, построенные в 1817 году.

2.2. Отрицательные свойства.

- неоднородность строения древесины. Вследствие этого прочность ее очень зависит от угла между направлениями волокон и действующего усилия. Так, при изменении угла от 0 до 30º прочность древесины на сжатие падает почти в 5 раз;

- изменение размеров деформаций, получаемых при сжатии и смятии древесины под разными углами к направлению волокон;

- прочность строительной древесины в большой степени зависит от наличия и расположения сучков, косослоя и др. Образцы, взятые из ствола у корня выше, чем у кроны на 15-20%;

- ограниченность сортамента строительной натуральной древесины как по форме поперечных сечений (круг или прямоугольник) так и по размерам (максимальная длина пиленых лесных материалов 6,5 м, круглых поделочных бревен -8,5 м).

- большая зависимость физико-механических свойств и размеров от влажности. В свежесрубленной древесине наибольшей влажностью обладает заболонь (110 – 120%) и меньшей – ядровая часть (35-50%). В процессе высыхания может наступить обратное соотношение. Поэтому при определении влажности древесины крупных строительных сортаментов следует брать пробу в разных местах на глубине 25-30 мм и на расстоянии не ближе 0,5 м от торца. Получаемые при этом показатели абсолютной влажности древесины следует рассматривать как средние.

С увеличением влажности предел прочности ее почти при всех видах статической работы резко падает. Изменение влажности древесины от 5 до 15% сопровождается падением прочности на сжатие почти в 2 раза. Дальнейшее увлажнение ее до 25% вызывает уменьшение прочности еще на 1/3, а изменение влажности древесины сверх 30% (точка насыщения волокна) уже незначительно уменьшает прочность. Наиболее слабое влияние оказывает изменение влажности древесины на работу ее при растяжении вдоль волокон. Совсем не обнаружена зависимость прочности древесины на ударный изгиб от ее влажности. Повышение влажности древесины сопровождается значительным увеличением деформаций при одинаковых напряжениях;

- высыхание древесины – является существенным недостатком, часто сопровождается сильным растрескиванием, что несет за собой снижение несущей способности деревянных элементов и их соединений и значительные и неравномерные изменения начальных размеров поперечных сечений бревен, брусьев и досок;

- усушка, разбухание, гниение и горение, подверженность химическим воздействиям, порча некоторыми видами жучков и моллюсков.

 

Рис. 2.1. Усушечные деформации:

а - усушка (и разбухание) древесины в направлениях касательном к годовым слоям, радиальном и продольном;

б - изменение размеров и формы поперечного сечения под влиянием усушки; в - коробление досок в зависимости от их расположения по отношению к центру бревна; г – растрескивание