Древесина как конструкционный материал реферат

Обновлено: 08.07.2024

Нормативные и расчетные сопротивления. Коэффициенты условий работы конструкций.
Для несущих конструкций рекомендуется древесина хвойных пород-сосна, ель. Древесину твердых пород следует применять в ответственных частях конструкций(подушки, вкладыши, нагели). Лесоматериал мягких пород(осина, тополь, ольха) и малоценных твердых пород(береза) следует применять взамен хвойных в конструкциях временных сооружений и в клеенных конструкциях.

Вложенные файлы: 1 файл

2. Древесина и пластмассы как конструкционные строительные материалы. Нормативные и расчетные сопр отивления. Коэффициенты условий работы конструкций.

Для несущих конструкций рекомендуется древесина хвойных пород-сосна, ель. Древесину твердых пород следует применять в ответственных частях конструкций(подушки, вкладыши, нагели). Лесоматериал мягких пород(осина, тополь, ольха) и малоценных твердых пород(береза) следует применять взамен хвойных в конструкциях временных сооружений и в клеенных конструкциях.

Деревянные ограждающие и несущие конструкции рекомендуется применять в ЗиС различного назначения, возводимых в районах, лесной фонд которых имеет эксплуатационное значение, а также в районах с развитой производственной базой по изготовлению деревянных конструкций.

Клееные деревянные конструкции рекомендуется применять для тех же условий при наличии специализированных заводов по их изготовлению и соответствующем технико-экономическом обосновании. При этом следует учитывать, что клееная древесина наиболее эффективна для получения длинных элементов больших сечений, эффективного использования лесоматериалов различной сортности, удовлетворения требований к интерьеру, повышения огнестойкости и долговечности конструкций.

Конструкции из дерева проектируют преимущественно сборными, заводского изготовления, с небольшим количеством типоразмеров унифицированных элементов. Они должны быть технологичны, малой трудоемкости при изготовлении, транспортабельны. Унификация элементов и частей конструкций особенно важна при проектировании деревянных клееных конструкций и их изготовлении на поточных линиях.

Монтажные соединения элементов конструкций должны быть простыми, удобными для выполнения. Крепежные детали (болты, винты, вклеенные стержни) — из стали или высокопрочных пластмасс. Склеивать деревянные элементы на монтаже не допускается. В зданиях с покрытиями из деревянных конструкций предусматривают только наружный отвод воды с кровли. Не рекомендуется устраивать на крыше фонарные и другие надстройки.

При проектировании предусматривают необходимые конструктивные мероприятия и защитную обработку древесины, обеспечивающие сохранность конструкций при хранении, транспортировании и монтаже, а также долговечность в процессе эксплуатации. Предпочтение следует отдавать конструкциям заводского изготовления.

Деревянные конструкции изготовляют преимущественно из лесоматериалов хвойных пород (сосны, ели). Мягкие лиственные породы (осина, тополь) и широко распространенные твердые лиственные (береза, бук) используют взамен хвойных в конструкциях временных зданий и сооружений, а также, при обосновании, в капитальных зданиях. В клееных конструкциях лесоматериалы указанных пород можно использовать без ограничения, но при изменении технологии изготовления (операций сушки, склеивания).

Твердые лиственные породы (дуб, граб) применяют для ответственных деталей: нагелей, вкладышей, подушек. При этом подбирают древесину прямослойную, без сучков и других пороков, влажностью не выше 12 %. Допустимо использование древесины березы и бука при обязательном антисептировании.

Лесоматериалы в зависимости от вида и пороков разделяют на сорта. Для несущих конструкций древесина должна удовлетворять требованиям 1-го, 2-го и 3-го сортов по ГОСТ 8486—86Е.

Причина широкого распространения используемых в настоящее время деревянных строительных конструкций-главным образом ферм покрытий, а также каркасов и деревянных панелей - кроется в основных закономерностях строительства из дерева, которые за тысячелетия по мере технического прогресса выделились и определились.

Преимущества: 1)сравнительно легкий материал;.2)легко поддается обработке как на заводах, так и на стр. площадках;

3)строительные детали из древесины могут быть соединены различными способами; 4)деревянные конструкции позволяют создавать формы, трудно или совсем не осуществимые при использовании других материалов; 5)деревянные конструкции особого вида (например, оболочки) часто оказываются более экономичными, чем бетонные или другие массивные конструкции; 6)древесина обладает рядом ценных строительно-физических свойств, например низкой теплопроводностью.
Недостатки: 1)анизотропность (зависимость механич хар-к от многих факторов: направления, влажности и др.); 2)гигроскопичность и ее следствия; 3)неоднородность строения и влияние пороков; 4) горючесть; 5)загниваемость.

Древесина напоминает пучок трубок, идущих в одном направлении и придающих ей тем самым анизотропные свойства. Физические и механические свойства параллельных и перпендикулярных к оси ствола участков дерева в значительной мере отличаются друг от друга.

1) Плотность (500-800 кг/м 3 )

2) Теплопроводность (низкая)

3) Термическое расширение (незначительно)

Древесина анизотропный материал, т.е. прочность различна в разных направлениях

Макс прочность достигается, когда направление действия нагрузки совпадает с направлением волокон.

2) Жесткость (деформативность. Жесткость незначительна поэтому треб-ся проверка

3) Твердость. Низкая. Хорошо обрабатывается.

4) Гидроскопичность (Влияет на прочность, поскольку древесина способна разбухать или сохнуть. Усушка способствует появлению трещин.)

Временное сопротивление определяется путем испытаний большого количества образцов. В результате статистической обработки получают нормативное сопротивление. Основной характеристикой материалов, по которой оценивается их способность сопротивляться силовым воздействиям, является нормативное сопротивление R н Расчетное сопротивление материала получают путем деления нормативного сопротивления на коэффициент безопасности по материалу: R=R н /γm ,где γm – коэффициент безопасности по материалу. В СНиП даны расчетные сопротивления для сосны цельного сечения R*m_п*m_в*m_б*m_сеч*m_кр . m_п –коэффициент по породе, m_в –коэффициент , учитывающий условия работы, m_б –коэффициент, учитывающий высоты сечения, m_сеч- коэффициент, учитывающий целостность сечения, m_кр- коэффициент, учитывающий криволинейность оси.

Полимеры, являющиеся основой пластмасс,— это высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из многих элементарных звеньев одинаковой структуры. Элементарные звенья соединены между собой ковалентны-ми связями в длинные цепи или образуют жесткие и пластичные пространственные решетки.

Получают полимеры из исходных низкомолекулярных органических веществ (мономеров).

Пластическими массами называются материалы, которые в качестве основного компонента содержат синтетический полимер. Пластмассы могут состоять из одного полимера или содержать кроме полимера некоторые вспомогательные вещества, придающие им определенные свойства.

В основе технологии синтеза высокомолекулярных соединений лежат два основных метода получения полимеров — полимеризация и поликонденсация, различающиеся как по механизму основной реакции, так и по строению образующихся полимеров, поэтому все синтетические полимеры делятся на два основных больших класса— полимери-зационные и поликонденсаци-енные.

Полимеризация — это процесс соединения большого числа молекул мономера одного и того же вещества в одну большую макромолекулу. Этот процесс протекает обычно при определенной температуре и давлении без выделения каких-либо низкомолекулярных веществ. При полимеризации химический состав полимера соответствует химическому составу исходного мономера.

Поликонденсация представляет собой химический процесс получения высокомолекулярных соединений из мономеров различных исходных веществ, сопровождающийся выделением побочных продуктов (воды, спирта и др.).

Пластмассы могут быть неоднородными, состоящими из главного компонента — связующего вещества (смолы) и технологических добавок: пластификаторов, наполнителей, стабилизаторов, антистатиков, красителей, инициаторов, порообразователей и др., и однородными, к которым относятся, например, полиэтилен, полиметилметакрилат и др.

Связующие вещества (смолы). Для конструкций и изделии строительного назначения в основном применяют полиэфирные, фенолоформальдегидные, эпоксидные, мочевино- и меламинс-формальдегидные и кремнийорганиче-ские смолы.

Наполнители уменьшают расход связующего, что снижает стоимость готового изделия, предотвращают усадку при отверждении, придают большую механическую прочность и т. д. В качестве твердых наполнителей применяют непрерывное и рубленое стекловолокно, стеклоткань, асбестовое волокно, древесную стружку, опилки, тальк и др.

Пластификаторы снижают хрупкость пластмасс, увеличивают гибкость, эластичность и относительное удлинение, а также повышают морозостойкость материала. Кроме того, они улучшают условия переработки пластмасс.

Для придания полимеру комплекса нужных свойств применяют смеси пластификаторов, чаще всего такие, как трибутилфос-фат, дибутилфталат, трикрезилфосфат и др.

Стабилизаторы способствуют сохранению физико-механических свойств пластмасс во времени и снижают скорость процессов деструкции (разложения) материалов под влиянием атмосферных условий, повышенных температур, света и микробиологической коррозии.

По характеру действия стабилизаторы делятся на актиоксиданты или термостабилизаторы (против термоокис-лителыюй деструкции) и светостабилнзаторы (против фотолиза и фотоокисления).

Антистатики уменьшают электризацию полимерных материалов в процессе их переработки и эксплуатации изделий из них. Способность полимерных материалов накапливать заряды статического электричества объясняется тем, что по своим свойствам многие из этих материалов (полиолефины, полистирольные пластики, поливинилхлорид и др.) являются диэлектриками, т. е. обладают значительным удельным поверхностным и объемным электрическим сопротивлением, а следовательно, и ничтожно малой проводимостью.

В качестве антистатика для пластмасс применяют поверхностно- активные вещества и электропроводящие наполнители (сажа, графит, порошки металлов).

Нормативное сопротивление конструкционных пластмасс Rn определяется как предел прочности материала в соответствии с требованиями технических условий.

Кратковременные расчетные сопротивления находят из выражения R k =R н *k_одн k_одн=(М-3s)М - коэффициент однородности, устанавливаемый на основании статистического анализа результатов массовых испытаний прочностных свойств материалов; он зависит от степени полимеризации, наличия дефектов, отклонений в составе и технологии изготовления пластмасс; М—среднее арифметическое значение пределов прочности;

s - среднее квадратичное отклонение предела прочности.

Длительное расчетное сопротивление пластмасс R при нормальных температурно-влажностных условиях

Коэффициент длительного сопротивления материала устанавливается при испытаниях до разрушения серии образцов, нагруженных длительной нагрузкой, при напряжениях, составляющих определенную часть от предела прочности материала. В некоторых случаях коэффициент длительного сопротивления определяется из условия максимально допустимой деформативности материала во времени.

Расчетные сопротивления материалов, эксплуатируемых в условиях воздействия атмосферной среды, повышенной температуры и влажности, определяются умножением соответствующих расчетных сопротивлений на коэффициенты условий работы: m_f , m_t , m_w

Учет влияния атмосферных и температурно-влажностных воздействий на модули упругости и сдвига материалов производится так же, как и для расчетных сопротивлений.

Деформативность полимерных материалов под нагрузкой при расчете строительных конструкций с применением пластмасс по деформациям характеризуется кратковременными и длительными модулями упругости и сдвига соответственно Е к и G K , E и G. Величины Е к и G K определяются из кратковременных статических испытаний стандартных образцов как отношение приращения напряжения к приращению относительной деформации образца.

Древесина - один из самых распространенных материалов, которые человек научился обрабатывать еще в глубокой древности. С помощью топора, ножа и других инструментов люди изготовляли дома, мосты, ветряные мельницы, крепостные сооружения, орудия труда, посуду и многое другое. И в наши дни древесина широко применяется в строительстве, для изготовления инструментов, посуды, мебели и др. Своеобразная красота обработки поверхности деревянного изделия всегда привлекает взгляд.

Все чудеса Урала. Хохловка..mp4

Профессия рабочего, занятого ручной обработкой древесины называется столяр. Произошло это название от основного вида деятельности - изготовления столов. На предприятиях работают столяры, сборщики деталей и изделий из древесины, которые должны владеть приемами обработки древесины, знать ее свойствами уметь читать чертежи.

Изучая технологию обработки древесины, вы познакомитесь, с различными древесными материалами, их свойствами, узнаете о том, как изготовляются из древесины различные предметы, получите знания о способах обработки, об инструментах и станках, которые при этом применяются, о приемах работы инструментами и управления станками и т. д.

Деревом принято считать крупное растение с многолетним деревянистым главным стеблем, называемым обычно стволом, который нарастает в высоту своей вершиной. Рост дерева в высоту непостоянен, он меняется в течение всей жизни дерева вплоть до полного прекращения.

Высота дерева различна у разных древесных пород и колеблется от нескольких до многих десятков метров, а в отдельных случаях доходит до 120 м и более. Деревья наших лесов не достигают таких размеров, однако многие из них вырастают до 40—50 м и более. Продолжительность жизни деревьев весьма различна. Некоторые породы доживают до 4—5 тыс. лет. К ним относятся секвойя, баобаб. Кедр сибирский, дуб летний — до 2 тыс. лет, лиственница, сосна — до 500—600 лет, ель обыкновенная, дуб красный, тополя — до 300—400 лет, береза бородавчатая, ивы белая, ломкая и др.— до 100-150 лет.

Дерево - это целая "конструкция", рожденная природой. Оно состоит из определенных частей: ствола,корней, листьев или хвои - кроны. Ствол дерева имеет более толстую часть у основания (комлевую) и более тонкую вершинную. Под землей находятся корневая система.

Поверхность ствола покрыта корой (5). Кора - "одежда" для дерева, состоит из наружного пробкового слоя и внутреннего - лубяного. Пробковый слой коры является отмершим. Лубяной слой (4) - проводник соков, питающих дерево. Древесина ствола состоит из множества слоев, которые на разрезе видны как годичные кольца. Можно определить возраст дерева. Рыхлый и мягкий центр дерева - ядро (1). От сердцевины к коре в виде светлых блестящих линий простираются сердцевидные лучи. Они служат для проведения воды, воздуха и питательных веществ внутрь дерева Камбий (3) - тонкий слой живых клеток, расположенный между корой и древесиной. Только в результате деятельности камбия происходит образование новых клеток. " Камбий " - от латинского " обмен " (питательными веществами). За внешней корой находится внутренняя кора "луб" (4). Основная част древесины заболонь (2).

Древесина — один из самых распространенных материалов, который люди научились обрабатывать еще в древности. Огромное количество изделий из древесины окружает нас и сейчас: предметы домашнего обихода, мебель, спортивный инвентарь, музыкальные инструменты и многое другое.

В 5 классе вы освоите основные операции и приемы обработки древесины, научитесь применять разнообразные инструменты, с помощью которых можно изготовить простые и полезные вещи.

Постигнув основы художественной резьбы, вы сможете украсить изделиями из древесины вашу комнату, кухню, сделать подарок друзьям и близким.

Приобретенные умения всегда пригодятся вам в жизни.

Древесину как строительный и конструкционный материал получают из стволов деревьев. При изготовлении различных изделий из древесины необходимо учитывать породу дерева. Из уроков природоведения вы знаете, что деревья, имеющие листву, называют лиственными, а имеющие хвою — хвойными. Лиственными деревьями являются береза, осина, липа, ольха и другие породы. Хвойными деревьями являются сосна, ель, кедр, пихта, лиственница и др.

Ствол дерева (рис. 79) имеет толстую часть — комель и тонкую — вершину. Снаружи ствол покрыт корой. Кора состоит из наружного пробкового слоя и внутреннего — лубяного.

Рис. 79. Строение ствола дерева: 1 — сердцевина; 2 — годичные кольца; 3 — ядро; 4 — заболонь; 5 — камбий; 6 — лубяной слой; 7 — пробковый слой

Пробковый слой коры — отмерший, а лубяной служит проводником питательных веществ от корней к кроне.

Древесина — это основная внутренняя часть ствола. Она состоит из множества слоев — годичных колец. За каждый год ствол прирастает со стороны слоя камбия на одно кольцо. Кольцо состоит из мягкой древесины внутри и твердой — снаружи. По числу годичных колец определяют возраст дерева.

Годичные кольца образованы расположенными вдоль ствола волокнами древесины. Волокно состоит из вытянутых цепочек древесных клеток.

Рыхлый и мягкий центр ствола дерева называют сердцевиной. От сердцевины к коре в виде светлых блестящих линий расходятся сердцевинные лучи. Они проводят воду, воздух и питательные вещества внутрь дерева. У некоторых пород деревьев сердцевинные лучи создают красивый рисунок на радиальном разрезе ствола.

Породы древесины определяются по следующим характерным признакам: принадлежности к лиственным или хвойным, по запаху, текстуре, твердости и цвету. Если разрезать древесину вдоль волокон, на плоскости разреза будет виден характерный рисунок. Этот рисунок называют текстурой. О красивой поверхности древесины говорят, что она имеет богатый рисунок. Текстура древесины некоторых пород дерева показана на рисунке 80.

Рис. 80. Текстура древесины: а — ореха; б — карельской березы; в — красного дерева

Из древесины получают различные древесные пиломатериалы,

При распиливании стволов деревьев в поперечном направлении получают бревна, а в продольном — такие виды пиломатериалов, как брус, бруски, доски, пластины, четвертины, горбыль (рис. 81).

Рис. 81. Пиломатериалы: а — брус четырехкантный; б— брус двухкантный; в — бруски; г — доска обрезная; д — доска необрезная; е — пластина; ж — четвертина; з — горбыль; 1 — пласть, 2 — кромка, 3 — торец, 4 — ребро

Брус — пиломатериал толщиной и шириной более 100 мм. Если брус опилен с двух сторон, то его называют двухкантным, а если с четырех сторон, то четырехкантным.

Брусок — пиломатериал толщиной менее 100 мм и шириной менее двойной толщины.

Доска — пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной более двойной толщины.

Пластины получаются при продольном распиливании бревна пополам, а четвертины — на четыре части.

Горбыль — выпиленная боковая часть бревна.

Пиломатериалы имеют следующие элементы: пласти, кромки, ребра и торцы.

Пластью называют широкую, а кромкой — узкую плоскость пиломатериала.

Торцом называют торцевой срез (плоскость) пиломатериала.

Ребром является линия пересечения плоскостей пиломатериала.

Наряду с пиломатериалами используются древесные материалы, получаемые иными способами. К ним относятся: фанера, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты.

Фанера является конструкционным древесным материалом. Ее получают путем наклеивания друг на друга трех и более листов лущеного шпона (рис. 82).

Рис. 82. Склеивание фанеры: а — листы шпона; б — фанера

Лущеный шпон получают срезанием широкой стружки с вращающегося бревна (чурака) острым ножом на лущильном станке (рис. 83). При этом бревно, как рулон, раскатывается в ленту шпона.

Рис. 83. Схема получения лущеного шпона: 1 — бревно; 2 — нож; 3 — прижим; 4 — лента шпона

Ленту шпона разрезают на квадратные листы, которые высушивают в сушилках. Затем листы намазывают клеем, накладывают друг на друга так, чтобы волокна соседних листов были перпендикулярны, и склеивают под прессом. Так получается фанера.

Фанера прочнее древесины, почти не рассыхается и не растрескивается, хорошо гнется и обрабатывается. Ее применяют в строительстве домов, изготовлении мебели, машиностроении.

Лущеный шпон применяют для изготовления изделий из гнутоклеёной древесины, например стульев, ящиков, столов, клюшек.

Древесно-стружечные плиты (ДСП) получают путем одновременного прессования и склеивания измельченной древесины в виде стружек, опилок, древесной пыли. ДСП изготовляют толщиной 10-26 мм. Эти плиты прочны, почти не коробятся. Из них делают мебель, двери, перегородки, стены, полы. Однако ДСП выделяют вредные для здоровья вещества. Поэтому их нежелательно применять в жилых помещениях.

Древесно-волокнистые плиты (ДВП) (оргалит) получают прессованием в виде листов пропаренной и измельченной до отдельных волокон древесной массы. У оргалита ровная и гладкая поверхность серого цвета, он хорошо гнется. Применяют ДВП для внутренней отделки помещений — стен, потолков, полов, а также для изготовления мебели и дверей.

Существенным недостатком фанеры, древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит является то, что они боятся сырости. Под действием влаги фанера расслаивается, а плиты разбухают, теряют прочность и рассыпаются.

Первым основным преимуществом древесины по сравнению с другими конструкционными материалами является постоянное возобновление ее запасов. Это характерно для нашей Родины, значительная часть которой покрыта лесами. Советский Союз обладает необозримой зеленой фабрикой, на территории которой ежедневно, ежечасно благодатные силы природы создают чудесный материал, необходимый в различных отраслях народного хозяйства. При создании других конструкционных материалов (стали, бетона, пластмассы и др.) расходуется большое количество исходного сырья, запасы которого не возобновляются, а постоянно иссякают. Кроме того, при создании большинства конструкционных материалов требуются большие затраты энергии, дефицит которой ощущается уже сейчас во многих странах. В процессе создания древесины используется энергия солнца, запасы которой колоссальны.

Вторым преимуществом древесины является малая плотность и относительно высокие удельная прочность и жесткость. В соответствующей таблице описываются эти показатели для древесины и основных конструкционных материалов.

В этой таблице даны максимальные (числитель) и минимальные (знаменатель) пределы прочности и модули упругости сосны (хвойные породы), ясеня (лиственные кольцесосудистые) и березы (лиственные рассеяннососудистые) при влажности 12%. Из приведенных данных видно, что максимальная удельная прочность древесины всех пород примерно равна удельной прочности лучших сортов стали и в 4 раза превосходит удельную прочность стали. Максимальная удельная жесткость древесины всех пород примерно равна удельной жесткости
стали и существенно превосходит удельную жесткость дюралюминия и стеклопластов.

Третьим преимуществом древесины по сравнению с другими конструкционными материалами является более легкая обрабатываемость.

Решающую роль при выборе древесины для изготовления многих изделий, конструкций играют также ее малая тепло- и электропроводность, высокая звукоизоляционность, биологическая совместимость, высокие акустические свойства, эстетичность, химическая стойкость и т. д.

Многолетние наблюдения свидетельствуют о том, что и деревянных домах, оборудованных предметами из натуральной древесины, человек чувствует себя гораздо лучше, чем в каменных и железобетонных с внутренними интерьерами из пластмасс. Замена железобетонных и каменных зданий деревянными в сельском хозяйстве способствует повышению продуктивности животноводства. Исследования акустических свойств материалов показали, что древесина является лучшим и пока незаменимым для изготовления дек музыкальных инструментов. Наличие агрессивных сред в цехах химических производств диктует необходимость замены металлических и железобетонных конструкций деревянными как более устойчивыми в отношении химических воздействий.

Однако пороки, существенно снижающие качество изделий, из древесины, малые прочность и жесткость и направлениях, перпендикулярных к волокнам, существенное снижение механических характеристик при увеличении влажности, ползучесть даже при нормальной температуре порождают в ряде случаев недоверие к древесине как конструкционному материалу. Это недоверие является большей частью следствием относительно малой изученности прочности и жесткости изделий из древесины. Тщательные теоретические и экспериментальные исследования этих вопросов необходимы для выработки рекомендаций рационального использования древесины и изделиях и определения их надежности и долговечности.

Особое внимание заслуживает использование древесины в сочетании с другими конструкционными материалами. В этом случае можно использовать положительные свойства древесины и компенсировать ее недостатки. Применение различных материалов (древесины, металла, пластмасс, железобетона) в комплексе обеспечивает наиболее эффективное использование свойств, присущих каждому из них. Таким образом, роль древесины как конструкционного материала должна постоянно возрастать.

Читайте также: