Лекции по деревянным конструкциям - часть 1

 

Лекция №1 

Свойства древесины как конструкционного материала. 

Виды и свойства строительной фанеры. 

Защита деревянных конструкций от гниения и возгорания. 

 
Наша страна является первой в мире по количеству лесных площадей, которые 

занимаю  почти  половину  территории  России-  примерно 12,3 млн.  км

2

.  Основная 

часть лесов России, около3/4, расположена в районах Сибири, Дальнего Востока, в 
северных  областях  европейской  части  страны.  Преобладающими  породами 
являются  хвойные: 37% лесов  занимает  лиственница, 19% - сосна, 20% - ель  и 
пихта, 8% - кедр.  Лиственные  породы  занимают  около ¼ площади  наших  лесов. 
Наиболее распространенной породой является береза, занимающая около 1/6 общей 
площади лесов. 

Запасы  древесины  в  наших  лесах  составляют  около 80 млрд.  м

3

.  Ежегодно 

заготавливается  около 280 млн.  м

3

.  деловой  древесины,  т.е.  пригодной  для 

изготовления  конструкций  и  изделий.  Однако,  это  количество  далеко  не 
исчерпывает  естественного  годового  прироста  древесины  в  отдаленных  районах 
Сибири и Дальнего Востока. 

 Заготовленный  лес  в  виде  отрезков  стволов  стандартной  длины  доставляется 

автомобильным,  железнодорожным  и  водным  транспортом  или  путем  сплава  по 
рекам и озерам на деревообрабатывающие предприятия. Там из него изготавливают 
пилёные материалы, фанеру, древесные плиты, конструкции и строительные детали. 
При лесозаготовке и обработке древесины образуется большое количество отходов, 
эффективное  использование  которых  имеет  большое  народно-хозяйственное 
значение. Изготовление из отходов древесины изоляционных древесноволокнистых 
и  древесностружечных  плит,  широко  применяемых  в  строительстве,  позволяет 
экономить большое количество деловой древесины. 

Хвойную  древесину  используют  для  изготовления  основных  элементов 

деревянных конструкций и строительных деталей. Прямые высокие стволы хвойных 
деревьев  с  небольшим  количеством  сучков  позволяют  получать  прямолинейные 
пиломатериалы  с  ограниченным  количеством  пороков.  Хвойная  древесина 
содержит  смолы,  благодаря  чему  она  лучше  сопротивляется  увлажнению  и 
загниванию, чем лиственная. 

Лиственная  древесина  большинства  пород  является  менее  прямолинейной, 

имеет  больше  сучков  и  более  подвержена  загниванию,  чем  хвойная.  Она  почти  не 
применяется  для  изготовления  основных  элементов  деревянных  строительных 
конструкций. 

Дубовая  древесина  выделяется  среди  лиственных  пород  повышенной 

прочностью  и  стойкостью  к  загниванию.  Однако,  ввиду    дефицитности  и  высокой 
стоимости она используется только для небольших соединительных деталей. 

Березовая  древесина  так  же  относится  к  твердым  лиственным  породам.  Ее 

используют, главным образом, для изготовления строительной фанеры. Нуждается в 
защите от загнивания. 

 

 

 
 

 
Строение древесины 
 
В  результате  растительного  происхождения  древесина  имеет  трубчатое 

слоисто-волокнистое  строение.  Основную  массу  древесины  составляют  древесные 
волокна,  расположенные  вдоль  ствола.  Они  состоят  из  удлиненных  пустотелых 

оболочек  отмерших  клеток  (трахеидов,  длиной 
порядка 3 мм) органических веществ (целлюлозы и 
легнина). 

Древесные 

волокна 

располагаются 

концентрическими  слоями  вокруг  оси  ствола, 
которые  называются  годичными  слоями,  т.к. 
каждый  слой  нарастает  в  течение  года.  Они 
хорошо заметны в виде ряда колец на поперечных 
разрезах  ствола,  особенно  хвойных  деревьев.  По 
их количеству можно определить возраст дерева. 

 

Каждый  годичный  слой  состоит  из  двух  частей. 
Внутренний  слой  (более  широкий  и  светлый) 
состоит 

из 

мягкой 

ранней 

древесины, 

образующейся весной, когда дерево растет быстро. 
Клетки  ранней  древесины  имеют  более  тонкие 
стенки  и  широкие  полости.  Клетки  поздней 
древесины  имеют  более  толстые  стенки  и  узкие 
полости.  Прочность  и  плотность  древесины 
зависит  от  относительного  содержания  в  ней 

поздней древесины. 

Средняя  часть  стволов  древесины  хвойных  пород  имеет  более  темный  цвет, 

содержит больше смолы и называется ядро. Затем идет заболонь и, наконец, кора. 

Кроме  того  в  древесине  имеются  горизонтальные  сердцевинные  лучи,  мягкая 

сердцевина, смоляные ходы, сучки. 

Сортамент, пороки и качество древесины 
 
Лесоматериалы, получаемые строительством, делят на круглые и пилёные. 
 
Круглые  лесоматериалы,  называемые  также  бревнами,  представляют  собой 

части 

древесных 

стволов 

с 

гладко 

опиленными  концами 
–  торцами.  Бревна 
имеют  естественную 

усечено-коническую 

форму.  Уменьшение 
их толщины по длине 
называется  сбегом.  В 
среднем 

сбег 

составляет 0,8 см на 1 
м 

длины 

(для 

лиственницы 1 см  на 

1 м длины) бревна. Средние бревна имеют толщину от 14 до 24 см крупные – до 26 
см.  Бревна  толщиной 13 см.  и  менее  используют  для  временных  построечных 
сооружений. 

Пиломатериалы  получают  в  результате  продольной  распиловки  бревен  на 

лесопильных  рамах  или  круглопильных  станках.  Они  имеют  прямоугольное  или 
квадратное сечение. Более широкие стороны пиломатериалов называют пластями, а 
узкие – кромками. Пиломатериалы имеют стандартную длину 1 – 6,5 м. с градацией 
через каждые 0,25 м. Ширина пиломатериалов колеблется от 75 до 275 мм, толщина 
– от 16 до 250 мм. 

Качество  лесоматериалов  определяется,  в  основном,  степенью  однородности 

строения  древесины,  от  которой  зависит  ее  прочность.  Степень  однородности 
древесины  определяется  размерами  и  количеством  участков,  где  однородность  ее 
строения нарушена и прочность снижена. Такие участки называют пороками. 

Основными  недопустимыми  пороками  древесины  являются:  гниль, 

червоточины и трещины в зонах скалывания в соединениях. 

Наиболее  распространенными  и  неизбежными  пороками  древесины  являются 

сучки – заросшие  остатки  бывших  ветвей  дерева.  Сучки  являются  допустимыми  с 
ограничениями пороками. 

Наклон  волокон  (косослой)  относительно  оси  элемента  так  же  является 

допустимым  с  ограничением  пороком.  Он  образуется  в  результате  природного 
винтообразного  расположения  волокон  в  стволе,  а  также  при  распиловке  бревен  в 
результате их сбега. 

Трещины,  возникающие  при  высыхании  древесины,  тоже  относятся  к  числу 

ограниченно допускаемых пороков. 

К  порокам  относятся  также  мягкая  сердцевина,  выпадающие  сучки  и  другие, 

менее распространенные нарушения однородности строения древесины. 

Качество  лесоматериалов  определяется  сортом  (отборный, I, II, III, IV), 

устанавливаемым  в  зависимости  от  вида,  величины,  расположения  и  количества 
пороков.  Древесина  для  несущих  элементов  деревянных  конструкций  должна 
удовлетворять требованиям I, II и III сортов. 

Древесина I сорта  используется  в  наиболее  ответственных  напряженных 

растянутых  элементах.  Это  отдельные 
растянутые 

стержни 

и 

доски 

растянутых зон клееных балок высотой 
сечения более 50 см 

Косослой ≤ 7%. 
Суммарный  диаметр  сучков  на 

длине 20 см d ≤ 1/4b. 

                                 
 

Древесина II сорта  используется  в 

сжатых  и  изгибаемых  элементах.  Это  
отдельные  сжатые  стержни,  доски 
крайних  зон  клееных  балок    высотой 
менее 50 см.;  доски  крайней  сжатой 
зоны 

и 

растянутой 

зоны, 

расположенной  выше  досок 1-го  сорта 
в клееных балках высотой более 50 см.,  

доски  крайних  зон  рабочих  клееных  сжатых,  изгибаемых  и  сжато-изогнутых 
стержней. 

Косослой ≤10%. 
Суммарный диаметр сучков на длине 20 см d ≤ 1/3b. 
 
Древесина III сорта  используется  в  менее  напряженных  средних  клееных 

сжатых, изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов, а также в мало ответственных 
элементах настилов и обрешеток. 

 Косослой ≤12%. 
Суммарный диаметр сучков на длине 20 см d ≤ 1/2b. 
 

Свойства древесины 

 
Физические свойства 
 
Плотность.  Древесина  относится  к  классу  легких  конструкционных 

материалов.  Ее  плотность  зависит  от  относительного  объема  пор  и  содержания  в 
них влаги. Стандартная плотность древесины должна определяться при влажности 
12%.  Свежерубленая  древесина  имеет  плотность 850 кг/м

3

.  Расчетная  плотность 

древесины  хвойных  пород  в  составе  конструкций  в  помещениях  со  стандартной 
влажностью воздуха 12% принимают равной 500 кг/м

3

., в помещении с влажностью 

воздуха более 75% и на открытом воздухе – 600 кг/м

3

. 

Температурное  расширение.  Линейное  расширение  при  нагревании, 

характеризуемое  коэффициентом  линейного  расширения,  в  древесине  различно 
вдоль  и  под  углами  к  волокнам.  Коэффициент  линейного  расширения  α  вдоль 
волокон  составляет (3 ÷ 5) · 10

-6

,  что  позволяет  строить  деревянные  здания  без 

температурных швов. Поперек волокон древесины этот коэффициент меньше в 7 – 
10 раз. 

Теплопроводность  древесины  благодаря  ее  трубчатому  строению  очень  мала, 

особенно  поперек  волокон.  Коэффициент  теплопроводности  сухой  древесины 
поперек  волокон  λ  ≈ 0,14Вт/м·ºС.  Брус  толщиной 15 см  эквивалентен  по 
теплопроводности кирпичной стене толщиной в 2,5 кирпича (51 см). 

Теплоемкость  древесины  значительна,  коэффициент  теплоемкости  сухой 

древесины составляет С = 1,6КДЖ/кг·ºС. 

Еще  одним  ценным  свойством  древесины  является  ее  стойкость  ко  многим 

химическим  и  биологическим  агрессивным  среда.  Она  является  химически  более 
стойким  материалом,  чем  металл  и  железобетон.  При  обычной  температуре 
плавиковая,  фосфорная  и  соляная  (низкой  концентрации)  кислоты  не  разрушают 
древесину.  Большинство  органических  кислот  при  обычной  температуре  не 
ослабляют древесину, поэтому она часто используется для конструкций в условиях 
химически агрессивных сред. 

 
Механические свойства древесины 
 
Прочность.  Древесина  относится  к  материалам  средней  прочности,  однако,  ее 

относительная  прочность  с  учетом  малой  плотности  позволяет  сравнивать  ее  со 
сталью.