Дървесината в строителния процес | Свойства на иглолистната дървесина

                     За да се отбележи разликата между традицията, настоящето и бъдещето, „модерното дървено строителство“ често се използва за описание на строителството след прехода от 1994 г. от строителни разпоредби, базирани на материали в цяла Европа. Поради това модерното дървено строителство няма традиция, към която да се върнем, но в същото време също няма ограничения. Архитектурата, материалите, строителните техники и строителните процеси сега са в динамична фаза на развитие, която е още по-вълнуваща от факта, че е общоевропейска.

Съвременната дървена конструкция се характеризира с по-широко използване на сглобяеми конструкции, по-кратко време за строителство, по-щателен процес на планиране и осигуряване на качеството на производствената система. Взети заедно, тези нови обстоятелства водят до различен процес от концепция до завършване, отколкото е в традиционно организираната строителна индустрия. Много по-близо е до модела, който прилагат други индустриални производствени системи, с по-ясна спецификация на продукта и неговите характеристики. По същия начин производството и окончателният монтаж включва голяма автоматизация и следва много строги процедури, които осигуряват последователно и правилно завършване на всеки проект.

Има няколко начина за изграждане с дървен материал, като основната разлика е свързана със степента на предварителна изработка. Важно е да се разбере връзката между предварителната изработка, времето за изработка, съдържанието на влага в материала и необходимостта от защита на климата, свързана с избора на дървесен материал и метода на производство. Все повече и повече строители и строителни предприемачи ще се сблъскват с модерно дървено строителство в бъдеще и те трябва да задълбочат познанията си за дървени конструкции .

                Изграждане с дървесина

Високите сгради с осем или повече етажа, спортните зали, паркингите и пътните мостове са конструкции, които не се свързват незабавно с дървената конструкция. Въпреки това дървения материал става все по-често срещан структурен материал за тях от средата на 90-те години. В този контекст дървена конструкция се определя като конструкция, при която фундамента  е направен от дървесина. Дървената фасада не е част от носещата система и много от днешните дървени сгради всъщност не показват системния материал или  дървения материал върху фасадата. И обратно, сградата може да има дървена фасада и различен материал във фундамента  и такава сграда не се определя като дървена сграда.

Техническият напредък в дървесните структурни елементи и новата система за строителни норми са основните причини, поради които дървесното строителство е разширило своя обхват. Съвременните международни изследвания за развитието на пожари и рисковете от пожар силно помогнаха за промяна на възгледа за пожара в сградите. С днешното оборудване за пожарна безопасност рискът от пожари в града сега е значително намален, особено с предсказуемия начин, по който дървото запазва своята носеща функция по време на пожар. Това се счита за основен плюс. Дървесината като строителен материал стимулира напредъка на строителния процес. Силата на материала по отношение на теглото му увеличава възможността за изграждане на по-големи и композитни компоненти. Следователно е възможно значително да се увеличи степента на предварителна изработка на дървени конструкции и да се промени процесът на строителната площадка от производство към монтаж. Това дава възможност за логистично планиране на минута, както при другите индустриални процеси. Дървените мостове и високите сгради, построени от готови дървени конструкции, са примери за това как индустриалните строителни техники променят строителния пазар – индустриалното дървено строителство е просто много по-бързо.

               Свойства на иглолистната дървесина

Дървото е строителният материал с едно от най-старите  наследства в България. Тъй като дървения материал се използва за множество цели в строителството – структурни рамки, външна и вътрешна облицовка на стени, фитинги, подови настилки, кофраж и скеле, списъкът продължава – важно е да се разбере как дървесината се държи при различни условия. Поради своите специфични свойства, всеки вид дървесина има типични области на употреба.

Смърчът е дървесината, използвана предимно като строителен дървен материал. Борът обикновено се използва за дограма, корнизи и вътрешни облицовки, въпреки че може да се използва смърч. Твърдите дървета като дъб и бук се използват за подови настилки и мебели.

Свойствата на материала варират при различните дървесни видове. Дори в рамките на един и същи дървесни видове има големи разлики между различните местоположения, но също така и между различни дървета, отглеждани на едно и също място. Има обаче още по-големи вариации в рамките на едно дърво, например между различни височини в дървото, между дърво, което е близо до сърцевината и кората, и между пролетно дърво и лятно дърво в отделните пръстени за растеж. Възлите и други изкривявания на влакна (несъвършенства) също влияят върху техническите свойства на дървото.

Нормални вариации на свойствата на плътност, якост и твърдост (модул на еластичност) в рамките на един и същи вид дървесина с ненарушена структура от влакна:

Плътност ± 20 процента

Устойчивост ± 40 процента

Модул на еластичност ± 35 процента.

Следователно коефициентът е по-голям между, например, средната здравина на материала на дървесината и допустимото работно напрежение, в сравнение с други строителни материали.

                                                                                                                                                                                        Технически данни за бор и смърч

Стойностите за якост и модул на еластичност са средни стойности и се отнасят до малки тестови проби, без несъвършенства, при средна температура от 20 ° C.

Фигурите без скоби посочват свойства, успоредни на влакната (II), а фигурите в скоби посочват свойства, перпендикулярни на влакната (T).

Всички стойности се отнасят за дървесина с 12% съдържание на влага.

Въпреки разликите между бор и смърч, те трябва да се считат за статистически равни в строително отношение.

            Съставът и структурата на дървото

Боровете и смърчовете имат подобен състав. В центъра на напречното сечение на стъблото е разположена сърцевината, която минава през цялото дърво и завършва в горната част с ядро. Сърцевината е затворена от дървото, което може да бъде разделено на сърцевина и бяла дървесина. Клетките в сърцевината са мъртви, а някои са запушени със смола, което означава, че те не могат да носят вода и по този начин имат относително ниско съдържание на влага, 30-50%. Клетките на бялата дървесина също са мъртви, с изключение на около 5–10%, които са хранителните клетки на паренхима.

Tъй като клетките на беловината  не са запушени със смола, те са в състояние да пренасят вода и разтворимите хранителни вещества от абсорбиращите коренни власинки до иглите на дървото. Съдържанието на влага в беловина варира между 120 и 160 процента. Извън дървесината се намира камбият, който е слоят отговорен за растежа на стъблото.

Камбият произвежда вътрешно дървесни клетки и кора (коркови) клетки навън.  В сърцевината е обвита с ликото (клетъчна тъкан), който е често по-нататък вътрешната кора. Този слой транспортира хранителни вещества (въглехидрати) надолу през стъблото и ги разпределя до живите клетки в клоните, стъблото и корените на дървото. Ликото е свързано към сърцевината чрез гръбначно-мозъчните лъчи, които живеят в беловината, но мъртви в сърцевината на дървото. Външната кора обхваща цялото стъбло, осигурявайки защита от загуба на вода и различни паразити.

Дървесината на иглолистното дърво се състои от 40–45 процента целулоза, около 20–22 процента хемицелулоза и малко под 30 процента лигнин.

В дървесината има и 2–6 процента екстрактивни вещества. По-голямата част от тях са смолисти киселини, мастни киселини, въглехидрати и минерали (пепел).

90–95 процента от дървесината се състои от дълги, кухи клетки, които горската индустрия нарича влакна. Тези влакна са с дебелина около косъма и варират по дължина между 0,5 и 6 mm. Останалите клетки са по-къси, с по-тънки стени.

По време на сезона на растеж се образуват нови клетки в камбия. Клетките, които се образуват през пролетта и началото на лятото, са къси и относително широки, с тънки стени. Това означава, че основната плътност е ниска, около 300 килограма на кубичен метър. Летните дървесни клетки, които се образуват през летните месеци, са с 20-25 процента по-дълги и имат много по-дебели клетъчни стени от пролетното дърво. По-дебелите клетъчни стени означават, че клетките на лятното дърво са около три пъти по-тежки от клетките на пролетното дърво, с основна плътност около 900 kg / m3. Поради разликите в плътността, зимната дървесина изглежда като по-светъл пръстен от тъмната  лятна дървесина.

Плътността на дървесината, ключов фактор за много технически свойства, се определя до голяма степен от дела на лятната дървесина в ширината на растежния пръстен. Следователно преценката за плътността, основана единствено на ширината на растежния пръстен, е подвеждаща.

Начинът, по който се развиват пръстените за растеж, се определя отчасти от климата през сезона на растеж. Следователно пръстените за растеж са по-тесни и имат по-тънки ивици лятна дървесина в по-студен климат, отколкото в топлите. Като такива е възможно да се видят показатели за добри и лоши години на растеж и как условията за растеж са били повлияни от различни лесовъдни мерки. Растежът се подобрява след изтъняване поради по-добрия достъп до светлина и хранителни вещества и обратно растежът може да падне, ако едно дърво е нараснало твърде близо до други по-големи съседни дървета.

Ширината на пръстените за растеж и делът на лятната дървесина варира в рамките на стъблото.

Във вътрешната част на стъблото, в младото дърво близо до сърцевината, растежните пръстени често са широки с тънки ленти от лятна дървесина. Следователно плътността е ниска в дървесината близо до сърцевината, в сравнение със зрялата дървесина по-нататък по радиуса на стъблото. Такъв е случаят по цялата дължина на дървото.

Растежните пръстени са по-тесни, с по-широки ленти от лятна дървесина, във външните части на стъблото, особено в долните част на трупа. По този начин делът на лятната дървесина е по-висок, което придава на зрялата дървесина по-висока плътност и здравина. Долните части на стъблото трябва да са по-здрави, за да устоят на стреса от вятър и сняг. Следователно плътността е по-висока в долната част , отколкото в средната част на дървесния труп или горната част.

Сила

Дървото е анизотропен материал, което означава, че има различни свойства в различни посоки. Например дървесината е значително по-здрава в посока на влакната, т.е. следвайки дължината на стъблото, отколкото под прав ъгъл, през зърното. Това е така, независимо дали натоварването е причинено от напрежения на компресия, опън или огъване в дървото.

Силата зависи отчасти от плътността на дървесината и от това колко добре посоката на влакната съвпада с посоката на силите, които възникват, когато дървото е под напрежение.

Посоката на влакната се отклонява от посоката на силите при възлите и когато влакната не са успоредни на ръба на дървото.

Силата се влияе и от влагата в дървесината, нейната температура и периода, през който е подложено на стрес. Сухото парче дърво е по-силно от това с повече влага, а по-студеното дърво е по-силно от по-топлото дърво. Колкото по-дълго дървото е поставено под напрежение, толкова повече неговата якост намалява. Фрактурите могат да бъдат постепенни или чупливи. Крехката фрактура е внезапна и възниква без предупреждение. Постепенната фрактура се предшества от някаква форма на предупреждение, като големи изкривявания или пукнатини в дървото. Най-общо казано, за предпочитане са постепенните фрактури, които  представляват повечето фрактури в дървото. Силата на дървото зависи от това как възниква напрежението, следователно има следната връзка:

Силата на дървесината не може да бъде напълно изразходвана около границата на счупване, така че трябва да се изберат по-ниски нива на напрежение. Това се дължи на начина, по който свойствата на дървесината се разпространяват широко, което означава, че трябва да се вграждат граници на безопасност.

Що се отнася до здравината, борът и смърчът се третират еднакво и обикновено се счита, че имат еднакви стойности на якост:

Силата на компресия е висока в посока на влакното, при ядрото, но много по-ниска, около 1/6, през ядрото .

Якостта на опън е висока при ядрото, но много по-ниска, около 1/30, през ядрото .

Силата на огъване обикновено се измерва със ядрото.

Якостта на срязване е по-висока в ядрото ,  затова в повечето случаи якостта на срязване със ядро е критичният фактор, например в поддържаните краища на греда.

Твърдостта и якостта също могат да бъдат включени като свойства. Сковаността е противоположна на огъването или деформацията. Когато се огъне дължина на дърво с висока твърдост, тя не дава много, вместо това остава доста права. Степента на огъване зависи от ядрото на дървесината и от нейния модул на еластичност. Високият модул на еластичност означава висока твърдост.

Твърдостта се отнася до лекотата, с която повърхността е повредена от външно налягане, например токчета на пода или удари по плота на масата. Твърдостта на дървото е по-голяма по посока на  сърцевината , отколкото срещу него.

Крайните парчета от дървесина използвания за  настилки са твърди и издръжливи, тъй като повърхността е изцяло от крайна дървесина.

Освен посоката на влакната, твърдостта на дървесината зависи преди всичко от плътността. Следователно при дървените подови настилки зимната  дървесина се износва по-бързо от лятното дърво. Следователно за подови настилки трябва да се избере дърво с висока плътност.

              Топлинни свойства

Дървото има добри топлинни свойства, а в историята твърдото дърво е използвано като топлоизолационен материал. Топлопроводимостта е най-голяма в посока на влакната и тя се увеличава с нивото на влага и плътността.

Топлинният капацитет на дървото е относително висок – около 1300 J на kg ° C за абсолютно сухо дърво.

Ефективната калоричност на бор и смърч като гориво е 19,3 MJ на кг сухо вещество. Сравнете таблица 11 в този раздел.

                Изгарящи свойства

Многобройни фактори оказват влияние върху изгарящите свойства на дървесината, предимно съдържанието на влага, размерите, плътността и посоката на влакната. Времето до запалване може да варира значително и зависи от топлинното излъчване, вентилацията и наличието на открит пламък. Най-ниското топлинно излъчване за запалване на дърва с открит пламък е около 12 kW на кубичен метър. За запалване без открит пламък са необходими по-високи нива на топлинно излъчване. Дървената облицовка с дебелина ≥ 18 mm (≥ 12 mm без въздушна междина зад дървената облицовка) отговаря на клас D по европейската система. Изгарянето на дърва генерира само умерени количества дим.

Дървените конструкции имат добри противопожарни свойства. Дървото се раздробява бавно и под овъглената повърхност е нормално дърво, което запазва първоначалните си свойства. Скоростта на овъгляване е около 0,5–1 mm в минута. По-големите размери и защитата на повърхността на дървото могат да повишат огнеустойчивостта на дървена конструкция.

Носимостта на дървените конструкции при пожар може да се определи математически, например с Еврокод 5.