ПГС Деревянные конструкции, ответы к экзамену зачету. 1. Структура древесины, ее влияние на прочность и деформативность матла

• Название: 1. Структура древесины, ее влияние на прочность и деформативность матла
• Анкор: ПГС Деревянные конструкции, ответы к экзамену зачету
• Дата: 18.12.2019
• Размер: 261.46 Kb.
• Имя файла: DK_OTVETY.docx
• Тип: Документы; #100831
• страница: 1 из 6

1. Структура древесины, ее влияние на прочность и деформативность мат-ла. Деревянные строительные конструкции в основном изготавливают­ся из древесины хвойных пород (сосна, ель, лиственница).

На поперечном сечении ствола дерева различают следующие части рис.: под корой расположен тонкий слой камбия, отлагающего древе­сину и работающего с различной интенсивностью, так как деятельность его зависит и от внешних условий. В растущем дереве камбий обусловливает прирост древесины и коры. В центре сечения ствола расположена сердцеви­на, имеющая форму небольшого круглого пятнышка диаметром 2-5 мм.

Вся основная древесина, расположенная между тоненьким слоем камбия и сердцевиной, состоит из двух частей, немного отличающихся од­ни от других цветовыми оттенками - внутренняя зона, более темная, называется ядром, а более светлая – заболонью. На поперечном сечении ствола можно увидеть концентрические слои, окружающие сердцевину. Древесина состоит из клеток двух видов - прозенхимных и паренхимных. Паренхимные клетки имеют примерно одинаковые размеры во всех трех осевых направлениях. К прозенхимным клеткам относятся трахеиды - полые клетки, сильно вытянутые в длину с заостренными концами. Основными элементами древесины хвойных пород являются трахеиды, которые занимают свыше 90 % общего объема древесины. Паренхимные клетки в хвойной древесине входят в состав сердце­винных лучей. В растущем дереве по сердцевинным лучам происходит движение питательных веществ и воды в горизонтальном направлении в пери­од вегетации, а в период покоя в них хранятся запасные питательные веще­ства. Трахеиды хвойных пород выполняют не только свойственные им проводящие функции, но и механические. Трахеиды ранней части годично­го слоя обладают тонкими стенками и большими внутренними полостями, а трахеиды поздней части годичного слоя имеют более толстые стенки и малые полости. На основе современных исследований установлено, что стенки кле­ток трахеид представляют собой слоистую оболочку. В стенке каждой нормальной трахеиды различают: тонкую первичную оболочку Р, значительно более толстую вторичную оболочку S, состоящую из наружно­го слоя S_b среднего слоя S₂ и внутреннего слоя S ₃. Каждый слой оболочки трахеид состо­ит из микрофибрилл, основой которых является кристаллическая целлюло­за, инкрустированная матриксом аморфных или паращшсталлических поли­меров, стабилизирующих структуру микрофибрилл. В составе стенки клет­ки особую роль играет лигнин. Если высокая прочность при растяжении обеспечивается в основном целлюлозными микрофибриллами, то лигнин придает оболочке прочность на сжатие. В древесине хвойных пород из паренхимных клеток состоят в ос­новном многочисленные сердцевинные лучи (см. рис. 1.3.). Они узкие, пре­имущественно однорядные, но среди них встречаются и многорядные лу­чи со смоляным горизонтальным ходом посередине. У сосны, ели и лист­венницы, кроме паренхимных клеток, лучи содержат трахеиды.
2.Влажность древесины, её влияние на прочность и деформативность.

Различают два вида влаги, содержащейся в древесине: связанную (гидроскопическую) и свободную (капиллярную). Связанная влага находится в толще клеточных оболочек, а свободная в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Кроме свободной и связанной влаги различают влагу, входящую в химический состав веществ, которые образуют древесину (химически связанная влага). Эта влага имеет значение только при химиче­ской переработке древесины.

Максимальное количество связанной влаги называется пределом гигроскопичности или пределом насыщения клеточных стенок и составляет 30 %. Устойчивая гигроскопическая влажность древесины, соответствующая определенному сочетанию температуры и влажности воздуха, назы­вается равновесной влажностью древесины. Изменение влажности древе­сины от предела гигроскопичности и выше может произойти только по ме­ре заполнения свободной влагой полостей клеток. При изменении влажнос­ти древесины от 0 % до предела насыщения клеточных стенок объем древе­сины увеличивается (разбухает), а снижение влажности в этих пределах уменьшает его размеры (усушка). Чем плотнее древесина, тем больше ее разбухание и усушка. Соответственно различны разбухание и усушка у по­здней, более плотной, и у ранней древесины.

Установлено, что линейная усушка вдоль волокон в радиальном и тангенциальном направлениях существенно различается. Усушка вдоль во­локон древесины обычно так мала, что ею пренебрегают, усушка в радиальном направлении колеблется в пределах 2...8,5 %, а в тангенциальном на­правлении 2,2... 14 %. Следствием такой неравномерности усушки является коробление досок при высыхании (рис.). При увеличении влажности свыше точки насыщения клеточных стенок, когда влага занимает полоски клеток древесины, дальнейшего разбухания не происходит. Процесс высыхания древесины состоит из испарения влаги с по­верхности и перемещения ее из внутренних, более влажных слоев, к наруж­ным. Испарение влаги с поверхности древесины происходит быстрее, чем продвижение влаги изнутри к периферии, что обуславливает неравномер­ность распределения влажности; в тонких пиломатериалах эта неравномер­ность обычно невелика и быстро уменьшается; в толстых элементах влаж­ность выравнивается медленно и неравномерность ее распределения в нача­ле высыхания может быть значительной. Чем выше плотность древесины, тем меньше скорость высыхания. Влагопроводность в радиальном направ­лении несколько больше, чем в тангенциальном, что объясняется влиянием сердцевинных лучей .
3. Конструирование и химические меры борьбы с гниением и пожарной опасностью. Использование для изготовления деревянных конструкций древеси­ны с влажностью более 30%, увлажнение конструкций в процессе эксплуатации, нару­шение осушающего режима в помещении и другие причины приводят к загниванию древесины и резкому сокращению сроков службы деревянных конструкций.

Под гниением древесины понимают процесс жизнедеятельности грибов, разру­шающих целлюлозу - самую прочную часть древесины. Процесс развития грибов происходит при средней влажности древесины более 20% в условиях повышенной влажности воздуха при отсутствии проветривания и тем­пературе окружающего воздуха от 0 до 45°С.

Характерные признаки поражения древесины грибами в конструкциях:

• 
  появление на поверхности древесины грибницы - белых пушистых скоплений грибных нитей (гифов), а также наличие в помещении характерного грибного запаха;
  
• 
  изменение цвета древесины: в начале процесса - на красноватый, затем бурый или темно-коричневый;
  
• 
  - наличие в древесине глубоких продольных и поперечных трещин, по которым она распадается на отдельные призматические кусочки - деструктивная гниль (древе­сина как бы обугливается, легко отрывается и растирается пальцами в порошок), Основными мероприятиями конструктивной профилактики против загнивания деревянных конструкций являются защита их от постоянного или систематически по­вторяющегося увлажнения, создание осушающего режима эксплуатации.
  

Основные конструктивные (профилактические) меры против загнивания:

• 
  использование сухого пиломатериала с влажностью W=12 % для изготовления клееных деревянных конструкций и W< 20 % - для неклееных конструкций;
  
• 
  защита, конструкций от увлажнения на период транспортировки и монтажа;
  

- размещение деревянных конструкций полностью в пределах отапливаемого по­мещения либо целиком в пределах неотапливаемого чердачного помещения, за утеп­ленным подвесным потолком

вентиляция утепленных деревянных перекрытий

устройство опорных узлов рам, арок так, чтобыниз деревянного элемента был на 300...500 мм выше уровня чистого пола

- обеспечение свободного доступа к опорным узлам конструкций для осмотра и проветривания;

• 
  устройство гидроизоляции в местах соприкосновения древесины с каменной
  кладкой, бетоном, металлом;
  

В тех случаях, когда одними конструктивными мерами невозможно гарантиро­вать надежную защиту деревянных конструкций от загнивания, конструкции обрабаты­ваются специальными химическими препаратами - антисептиками - веществами, ока­зывающими отравляющее воздействие на биологических разрушителей древесины. Требования к антисептикам:

• 
  быть токсичными для дереворазрушающих грибов и насекомых и безопасными
  для человека и домашних животных;
  
• 
  не влиять на механическую прочность древесины и не способствовать коррозии
  металлических соединительных деталей;
  
• 
  легко проникать в древесину и не вымываться из нее, иметь постоянный хими­
  ческий состав, не иметь резкого запаха, быть дешевыми и доступными, т. е. экономи­
  чески выгодными для применения.
  

Применяемые в строительстве антисептики дедятря на водорастворимые (неорга­нические или минеральные); маслянистые (органические); комбинированные; ком­плексные (обладающие антисептическими и огнезащитными свойствами).

Наиболее распространенные водорастворимые антисептики (состав, %): кремнефтористый аммоний,

фтористый натрий. В настоящее время применяются, как правило, комплексные составы, оказываю­щие антисептическое и антипирирующее защитное воздействие на древесину.

Предел огнестойкости строительных конструкций - это время (в минутах) насту­пления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструк­ции, признаков предельных состояний: потери несущей способности (R); потери цело­стности (Е); потери теплоизолирующей способности.

Конкретные конструктивные меры защиты от пожарной опасности зависят от функционального назначения зданий и сооружений и устанавливаются соответствую­щими нормами проектирования. Для одноэтажных производственных и складских зда­ний наиболее распространены следующие конструктивные меры защиты: соблюдение противопожарных разрывов между зданиями; устройство противопожарных разрывов длиной не менее 6...12 м в протяженных зданиях; разделение зданий на отсеки (через 50 м) брандмауэрными стенами из несгораемых материалов высотой 600 мм (от по­верхности кровли); проектирование КДК массивного прямоугольного сечения; защита (обшивка) поперечного сечения деревянных элементов листовыми материалами из ас­беста, оштукатуривание растворами; применение несгораемых теплоизоляционных ма­териалов и кровель, разделение на отсеки, не сообщающиеся между собой, кровельных и стеновых панелей, имеющих пустоты.

При невозможности обеспечить требуемую пожарную безопасность зданий кон­структивными мерами используются химические меры защиты, которые включают об­работку деревянных элементов огнезащитными составами - антипиренами.

Антипирены - вещества, которые при нагревании плавятся и покрывают поверх­ность древесины огнезащитной пленкой, препятствующей доступу воздуха к древеси­не, или разлагаются с выделением большого количества негорючих газов, которые от­тесняют воздух от древесины. В состав антипиренов входят фосфорнокислый и серно­кислый аммоний, бура, борная кислота и другие химические вещества.

Наиболее применяемые антипирены для пропитки деревянных элементов препарат МБ-1

Для поверхностной обработки деревянных конструкций могут использоваться фосфатные составы и вспучивающиеся покрытия типа ВП-9.

Пропитка антипиренами снижает прочностные свойства древесины в среднем на 10%. Соединительные металлические детали (накладки, болты) снижают предел огне­стойкости деревянных конструкций, они также должны быть защищены огнезащитны­ми составами.