Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра железобетонных и каменных конструкций

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Основы строительных конструкций»

На тему: «Конструкции из дерева и пластмасс»

Выполнил: ст.гр.1СЖ02 Каримов С.А.

Проверил ас-т Минзянов Р.И.

2023

Содержание

Введение

1. Пластмассы

1.1 Общие свойства пластмасс

1.2 Конструкционные пластмассы

2. Характеристика основных пород древесины

2.1 Строение и состав древесины

2.2 Сорты древесины

2.3 Свойства древесины. Физические и механические

3. Древесные пластики

4. Общие положения

5. Материалы

6. Применение древесины и пластмасс

7. Элементы деревянных и пластмассовых конструкций

8. Краткий исторический обзор строительства из древесины. Современное состояние конструкции из дерева и пластмасс. Достоинства кдк перед дк, мк и жбк. Примеры сооружений из дк

Заключение

Список литературы



Введение

дерево пластмасса конструкционный материал

Целью работы является ознакомление с преимуществами недостатками пластмассы и дерева, их использованием и применением в качестве конструкционного материала.

Формат современного строительства подразумевает использование в работе как самостоятельных строительных материалов, так их комбинаций, решающих поставленные задачи с минимальными затратами и максимальной эффективностью.

Древесина является одним из древнейших строительных материалов, имеет ряд ценных свойств: простота заготовки и обработки, высокие теплотехнические свойства, высокая стойкость к большинству видов химической агрессии, возможность склеивания маломерных досок и фанеры. Древесина и изделия из нее имеют сравнительно высокие прочностные показатели при небольшом весе.

Строительные нормы строений из дерева предусматривают применение самых разных пород древесины в качестве несущих конструкций и их частей (береза, акация, сосна, лиственница и др.). В условиях нашей страны чаще всего для этих целей применяют сосну, ель, лиственницу.

Древесина была одним из главных факторов развития цивилизации и даже в наши дни остается одним из важнейших для человека видов сырья, без которого не могли бы обойтись многие отрасли промышленности.

Трудно назвать какую-нибудь отрасль народного хозяйства, где древесина не использовалась в том ли ином виде, и перечислить разнообразные изделия, в которые древесина входит составной частью. По объему использования и разнообразию применения в народном хозяйстве с древесиной не может сравниться никакой другой материал, кроме современных пластмасс.

Слово "пластичность" произошло от греческого слова plastikos, что означает "годный для лепки, податливый". Многие столетия единственнымпластичным, широко применяемым для лепки материалов была глина. Однако теперь, когда говорят о пластических массах (пластмассах), подразумевают только материалы, созданные на основе полимеров.

Многие современные пластмассы превосходят по своим свойствам большинство природных материалов. Многие из них имеют столь ценные качества, что у них нет аналогов в природе.

Пластмассы зачастую называют материалами будущего, а XXI столетие - веком синтетических материалов. Однако широкое внедрение пластмасс в основных и многих отраслях техники возникло уже во второй половине XX в. Наибольшая эффективность применения полимерных композиционных пластиковых материалов в промышленности и строительстве.

В сегодняшнее время грандиозная стройка зданий почти целиком не может быть из пластмасс, в ней так же присутствует дерево и деревянные конструкции и результате преимуществ и недостатков двух этих материалов. С максимальным использованием пластмасс всего-навсего объяло многие облики родовитых конструктивных систем, однако зачастую и породило новые, необычные для традиционного сооружения архитектурные формы.



1. Пластмассы

Пластические массы (пластмассы) занимают особое место среди синтетических полимерных материалов. Некоторые из них обладают такими ценными свойствами: хорошей удельной прочностью, электроизоляционностью, теплозвукоизоляционностью, химической стойкостью и т.д.

Пластмассами (пластиками) называют искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связующих веществ.

Основной компонент полимерного связующего - смола. От ее природы, реакционной способности, молекулярной массы и строения молекул зависят температура размягчения, растворимость, вязкость и конечные свойства связующего. Кроме смолы в состав связующего могут входить: катализаторы или инициаторы, которые вводятся в смолы в небольших количествах и способствуют их отверждению: пластификаторы, придающие полимеру запас пластичности и упругости; красители, которые окрашивают материал в нужный цвет; стабилизаторы, предотвращающие распад полимеров под действием светового излучения и повышенных температур.

Состав композиций разнообразен: простые пластмассы - это полимеры без добавок; сложные пластмассы - это смеси полимеров с различными добавками (наполнители, стабилизаторы, пластификаторы и т.д.).

Наполнители добавляют в количестве 40 - 70% (по массе) для повышения механических свойств, снижения стоимости и изменения других параметров. Наполнители - это органические и неорганические вещества в виде порошков (древесная мука, слюда, сажа, тальк, графит, SiO2, TiО2), волокон (хлопчатобумажные, стеклянные, асбестовые, полимерные), листов (бумага, ткани из различных волокон, древесный шпон).

Стабилизаторы - различные органические вещества, которые вводят в количестве нескольких процентов для сохранения структуры молекул и стабилизации свойств. Под влиянием окружающей среды происходит как разрыв молекул на части, так и соединение макромолекул друг с другом поперечными связями. Изменения исходной структуры макромолекул составляют сущность старения пластмасс, которое необратимо снижает прочность и долговечность изделий. Добавки стабилизаторов замедляют старение.

Пластификаторы добавляют в количестве 10 - 20% для уменьшения хрупкости и улучшения формуемости. Пластификаторами являются вещества, которые уменьшают межмолекулярное взаимодействие и хорошо совмещаются с полимерами. Часто пластификаторами служат эфиры, а иногда и полимеры с гибкими молекулами.

Специальные добавки - смазочные материалы, красители, добавки для уменьшения статических зарядов и горючести, для защиты от плесени, ускорители и замедлители отверждения и другие - служат для изменения или усиления какого - либо свойства.

Отвердители в количестве нескольких процентов добавляют к термореактивным пластмассам для отверждения. При этом между макромолекулами возникают поперечные связи, а молекулы отвердителя встраиваются в общую молекулярную сетку. В качестве отвердителей используют органические перекиси и другие вещества, серу (в резинах).

Пластмасса представляет собой материал высокой прочности и эластичности, способный при нагревании переходить в мягкое, пластичное состояние. Пока он находится в таком виде, из него изготавливают необходимое изделие, которое после остывания становится твердым.

Выделяют несколько видов пластмасс. Их делят на различные категории, учитывая жёсткость, жирность, химический состав, а также расположение молекул. Особое внимание при разделении уделяется тому, как именно поведёт себя пластик во время нагревания. В связи с этим выделяют следующие типы данного материала:

1. Термореактивные пластмассы. Данный вид после разогревания приобретает абсолютно твёрдую форму и становится нерастворимым. После последующего нагрева они уже не поддаются размягчению, поскольку происходит необратимое отверждение. Это происходит из-за формирования особой пространственной структуры, которая не позволяет материалу становиться вновь эластичным. Используются при изготовлении деталей картера, кузова, в качестве защитного покрытия по стали, бетону.

2. Термопластичные полимеры. Их особенностью является способность плавления под действием высоких температур, а также способность переходить в исходное состояние при охлаждении. При невысокой температуре изделие остаётся хрупким и твёрдым, а когда температура немного увеличивается, то оно становится более пластичным. Если градусы продолжать поднимать, связь между молекулами окончательно ослабевает, пластмасса становится вязкотекучей и невероятно эластичной. Широко используются в автомобилестроении при создании бамперов, корпусов фар, зеркал, решёток.

3. Эластомеры. Главным свойством данного вида материалов является упругость и эластичность. При силовом воздействии они становятся очень гибкими, а при его прекращении быстро принимают исходную форму. Сюда относится силикон, полиуретан, каучук. Используются при изготовлении уплотнителей, шин, различных проводов, кабелей и т.д.

Пластмассы бывают с порошкообразными, волокнистыми и слоистыми наполнителями, а также без наполнителей.

По диэлектрическим свойствам пластмассы подразделяются на полярные и неполярные.

Пластмассы, состоящие из связующего вещества без наполнителя или с порошкообразным наполнителем, называют по роду связующего вещества с добавлением окончания “пласт”: фенопласты, аминопласты, анилинопласты, этиленопласты, фторопласты, стиропласты, винипласты, силикопласты, эпоксипласты и др.

Пластмассы со слоистыми наполнителями, физико-механические свойства которых определяются свойствами наполнителя, называют по роду наполнителя: текстолиты, стеклотекстолиты, асботекстолиты, гетинаксы, асболиты, древесно-слоистые пластмассы.

Пластмассы с волокнистыми наполнителями называют также по роду наполнителя: волокниты, стекловолокниты, асбоволокниты, тексто-, бумаго-, древоволокниты.

По физико-механическим свойствам при обычной температуре пластики подразделяются на:

1. жесткие, являющиеся твердыми упругими веществами с высоким модулем упругости и малым удлинением при разрыве, сохраняющие форму при внешних напряжениях в условиях обычных или повышенных температур;

2. полужесткие, являющиеся твердыми упругими веществами со средним модулем упругости, высоким относительным и остаточным удлинением при разрыве;

3. мягкие, являющиеся мягкими и эластичными веществами с низким модулем упругости, высоким относительным удлинением и малым остаточным удлинением;

4. мягкие и эластичные, являющиеся мягкими и эластичными веществами с низким модулем упругости, поддающиеся значительным обратимым деформациям при растяжении - пластикаты (листы, ленты) [1].

1.1 Общие свойства пластмасс

Пластические массы (пластмассы, пластики) -- материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формоваться в изделия сложной конфигурации и затем устойчиво сохранять приданную форму. Пластмассы подразделяются на реактопласты и термопласты.

В состав пластмасс, кроме полимера, могут входить минеральные или органические наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, смазывающие вещества и др.

На работоспособность пластмассовых деталей большое влияние оказывает процесс старения пластмасс.

При длительномнагружении пластмассы склонны к ползучести. Это еще более усугубляет временной характер прочностных свойств пластмасс. Поэтому такие понятия, как предел текучести, предел прочности, которые используются при расчетах металлических конструкций, являются для пластмасс весьма условными: нельзя решать вопрос о нагрузочной способности пластмассовых деталей, не учитывая времени, в течение которого деталь должна работать. При производстве изделий из пластмасс технолог должен учитывать не только возможность изготовления детали при выбранном режиме, но и то, как технологический процесс влияет на работоспособность детали в процессе ее эксплуатации. Некоторые положения, которые должны быть приняты за основу при проектировании пластмассовых изделий, можно сформулировать в виде следующих правил.

1. Детали из пластмасс следует проектировать так, чтобы силовые нагрузки приходились на наиболее прочные сечения, т. е. с учетом направления волокон наполнителя или ориентации макромолекул.

2. Не рекомендуется изготовлять из пластмасс детали, которые в процессе эксплуатации длительно подвергаются постоянным нагрузкам (хотя и допускаемым). Пластмассовые детали работают лучше в условиях действия кратковременных нагрузок.

3. При проектировании деталей из пластмасс следует учесть их ограниченную жесткость, для повышения которой следует предусмотреть ребра жесткости или арматуру.

4. Проектировать из пластмассы можно только такие детали, которые будут работать в оптимальном для данной пластмассы температурном режиме с учетом возможного влияния нагружения на термические характеристики материала.

5. Пластмассы не могут быть использованы для изготовления деталей, которые работают под значительной нагрузкой и от которых требуется повышенная точность [1].

1.2 Конструкционные пластмассы

Конструкционные пластмассы в строительстве применяют в составе элементов несущих и ограждающих строительных конструкций. Основой этих материалов являются синтетические полимерные смолы -- продукты промышленности химических органических материалов. К ним относятся стеклопластики, пенопласты, оргстекло, винипласт, воздухо- и водонепроницаемые ткани и пленки и древесные пластики, синтетические клеи.

Из наиболее прочных стеклопластиков, расчетное сопротивление сжатию и растяжению которых достигает 100 МПа, выполняют основные элементы несущих строительных конструкций. Прозрачные стеклопластики используют в качестве свето-прозрачных элементов ограждающих конструкций зданий. Из особо прозрачного оргстекла и прозрачного винипласта изготовляют прозрачные части ограждений, пропускающие все части солнечного спектра. Сверхлегкие пенопласты применяют в средних слоях легких ограждений покрытий и стен. Прочные, тонкие воздухо- и водонепроницаемые ткани используют в пневматических и тентовых покрытиях. Из полимерных пленок осуществляют временные покрытия закрытого грунта. Древесные пластики могут служить материалом для конструкций, работающих на открытом воздухе.

К положительным свойствам этих материалов относятся: малая плотность, не превышающая 1500 кг/м3; химическая стойкость в некоторых агрессивных средах; они водостойки и не подвергаются гниению. В процессе изготовления им можно придать ряд требуемых свойств и сделать элементы конструкций любой требуемой формы.

Основными недостатками конструкционных пластмасс является их малая жесткость (модуль упругости не превышает 104 МПа) и, следовательно, повышенная деформативность, не позволяющая полностью использовать их прочность. Сгораемость этих материалов ограничивает их применение в основных несущих конструкциях. Малая поверхностная твердость ведет к легкой повреждаемости конструкций. Ползучесть и старение в процессе эксплуатации ведут к повышению прогибов и уменьшению прозрачности ограждающих конструкций.

В состав конструкционных пластмасс входит ряд компонентов.

Синтетические смолы являются основными компонентами пластмасс. Они образуют основную массу материалов, служат связующими аналогично цементному раствору в бетоне и делятся на два основных класса -- термопластичные и термореактивные.

Термопластичные смолы (полиметилметакрилат, поливинил-хлорид, полистирол, полиэтилен и др.) после завершения процесса синтеза и превращения в твердую стеклообразную массу способны под действием нагрева размягчаться, переходя в вязко-текучее состояние, а при охлаждении вновь возвращаться к твердому состоянию. Термопластичные смолы используют для изготовления листовых материалов ( органическое стекло, винипласт), клеев для их склеивания, пенопластов, пленок.

Термореактивные смолы переходят из вязко-текучего в твердое состояние только один раз -- в процессе отверждения. Этот процесс происходит под воздействием отвердителя или при нагреве или под воздействием обоих факторов.

После завершения процесса отверждения термореактивный материал не размягчается при последующем нагреве, а лишь незначительно теряет прочность и жесткость. В конструкционных пластмассах строительного назначения применяют следующие термореактивные смолы: фенолформальдегидные, полиэфирные, эпоксидные, мочевино-формальдегидные. Термореактивные смолы широко применяют для изготовления фанеры, стеклопластиков, пенопластов, клеев, древесных пластиков, различных фасонных деталей.

При формировании полимера применяют и такие материалы, как отвердители, ускорители (вещества, ускоряющие отверждение), катализаторы (вещества, не участвующие в отверждении, но присутствие которых необходимо для протекания процесса отверждения), пластификаторы (вещества, уменьшающие хрупкость готового материала), ингибиторы (вещества, замедляющие процесс отверждения) и др.

С целью улучшения механических и технологических свойств, повышения теплостойкости, снижения стоимости в пластмассовые материалы вводят наполнители неорганического и органического происхождения. Их вводят в виде порошков, волокон, листов (древесная мука, цемент, стеклянные и асбестовые волокна, бумага, хлопчатобумажные и стеклянные ткани и т. п.).

Окраска пластмассовых материалов осуществляется путем введения красителей в массу материала. Нужный рисунок и цвет могут быть также получены, если они предварительно нанесены на наружный слой листового наполнителя (бумагу, ткань).

Порообразователи служат добавками для получения газонаполненных материалов -- пенопластов [1].



2. Характеристика основных пород древесины

Породы древесины подразделяют на хвойные и лиственные, часть их поступает из тропических стран.

Хвойные породы характеризуются высокими физико-механическими свойствами, достаточной прочностью, стойкостью к загниванию, хорошо отделываются. Имеют небольшой объемный вес. Текстура их невыразительна.

Сосна - самая распространенная в стране древесина. Мягкая, заболонь желтовато-белого цвета, ядро буро-красное или буро-розовое. Текстура небогатая, но выразительная вследствие различной плотности и цвета ранней и поздней древесины. Сердцевинные лучи почти незамнетны. Свойства зависят от района произрастания (северная лучше). Применяется в виде круглого леса (столбы для линий электропередачи и телефонные), пиломатериалов, шпона, фанеры, для выработки целлюлозы, бумаги, в кораблестроении, строительстве и др.

Кедр - древесина белая со слабым розовым или желтовато-красным оттенком. Весенняя часть годичных колец сильно развита и постепенно переходит в летне-осеннюю. Древесина легкая, мягкая. Механические свойства как у сосны. Применяется в производстве мебели, столярных изделий, карандашей. Обладает хорошей резонирующей способностью.

Ель различают европейскую, тяньшанскую, кавказскую, сибирскую (наибольшее применение), дальневосточную. По прочности несколько уступает сосне, окраска более светлая, текстура менее выразительная. Характеризуется большим количеством сучков. Имеет хорошие резонансные свойства (деки музыкальных инструментов). Используется в производстве целлюлозы, кора содержит дубильные вещества.

Пихта распространена на северо-востоке европейской части России, таежной части Сибири, на Дальнем Востоке, Сахалине, Кавказе. Пихта долговечна (встречаются деревья с возрастом более 400-500 лет). Идет на изготовление гонта (дощечки для кровли), для целлюлозно-бумажной и химической промышленности.

Лиственница характеризуется большим содержанием смолистых веществ и поэтому высокой стойкостью к гниению, хорошо сохраняется в грунте. Имеет высокую механическую прочность. Применяется в качестве строительного материала, для изготовления чанов, деревянной посуды.

Секвойя - ядровая древесина с узкой заболонью белого цвета, ядро от светло-красного до красно-коричневого цвета с хорошо различимыми годичными слоями. По механическим свойствам напоминает ель, но обладает гнилостойкостью вследствие сильной смолистости.

Кипарис имеет древесину от темно-розового до красно-коричневого цвета. Годичные слои хорошо заметны, сердцевинные лучи слабо развиты. Твердость кипариса в 2 раза больше, чем у ели. Очень хорошо полируется.

Тис произрастает в Крыму и на Кавказе. Древесина твердая, упругая, прочная, тяжелая и долговечная Ядро красное, заболонь белого или желтоватого цвета. В воде древесина сильно темнеет и напоминает черное дерево.

Лиственные породы характеризуются разнообразием видов, свойств, применением. Являются основным материалом в производстве отделочных материалов, мебели.

Дуб. Древесина дуба плотная, тяжелая, имеет выразительный рисунок, очень большую стойкость к гниению. Ядро широкое от светлой до темно-бурой окраски. Очень хорошо заметны сердцевинные лучи, их много, древесина имеет сильный блеск, хорошо гнется без разрушения волокон. Наиболее красивую текстуру имеет дуб при тангентальной распиловке. Древесина дуба хорошо окрашивается и принимает лакировку. Применяется в производстве мебели, фанеры, паркета, бочек для хранения виноградных вин, коньяка.

Ясень имеет древесину светло-серого цвета, похожую на древесину дуба, текстура выразительная, большую упругость, почти не растрескивается.

Карагач (берест) относится к группе ильмовых, имеет твердую плотную древесину с развитой текстурой. На границе годичных слоев светлые годичные линии. Текстура очень красивая. Применяется карагач для художественно-декоративных изделий.

Вяз имеет широкую заболонь, буро-серое ядро. Сердцевинные лучи заметны только в радиальном срезе. Древесина хорошо гнется без разрыва волокон. Механические свойства хуже, чем у дуба. Применяется в производстве мебели, столярных изделий, в машиностроении.

Бук бывает западный (Белоруссия, Украина, Крым) и восточный. Безъядровая порода, твердая, прочная, гибкая, белого цвета с красноватым оттенком, крапчатым рисунком. В древесине хорошо видны годичные кольца и сердцевинные лучи, которые образуют характерный рисунок. Древесина имеет достаточную механическую прочность, но нестойкая к гниению. В пропаренном состоянии хорошо гнется. Древесина бука используется при изготовлении мебели, паркета, музыкальных инструментов, чертежных принадлежностей, обувных колодок.

Клён - безъядровая, плотная, тяжёлая, однородная с хорошо развитыми сердцевинными лучами, благодаря чему имеет повышенный блеск. Клён “птичий глаз” имеет характерный рисунок за счёт наличия в толще древесины спящих почек. Прочность клёна значительна. Изготавливают мебель, музыкальные инструменты.

Граб произрастает на Украине, Белоруссии, в Крыму, на Кавказе. Древесина плотная, твёрдая, тяжёлая, светло-серого цвета. Текстура выражена не резко, сердцевинные лучи почти не заметны. Механические свойства высокие. Прочность граба выше, чем у дуба. Прекрасно имитирует чёрное дерево.

Орех применяется грецкий (Кавказ, Средняя Азия) или манчжурский (Дальний Восток). Древесина ореха имеет красивую текстуру от светло-серого до тёмно-коричневого цвета. В производстве мебели используется для фанеровки поверхностей и для художественно-декоративных изделий.

Платан (чинара) произрастает в Средней Азии, на Кавказе. Древесина ядровая с хорошо развитыми сердцевинными лучами (до 1/2 площади). Текстура очень выразительная, имеет сильный блеск, тяжёлая, хорошо обрабатывается и полируется.

Берёза различается пушистая, черная, жёлтая, железная, бородавчатая. Годовые слои слабо развиты, сердцевинные лучи незаметны. Древесина твёрдая, тяжёлая, механические свойства значительные. Очень хорошо окрашивается, имитирует ценные породы (красное дерево, орех). Карельская берёза имеет много спящих почек, красивую текстуру, используется для изготовления мебели.

Ольха - белая, чёрная, сибирская. Имеет хорошо развитые годовые кольца, сердцевинные лучи почти не заметны. Древесина мягкая, хорошо окрашивается под ценные породы (красное дерево).

Тополь - ядровая древесина с белой заболонью и сероватым ядром. Текстура невыразительная, но при наличии спящих почек богатая.

Белая акация - кольцесосудистая, ядровая. Ядро от жёлтого до зелёного цвета, заболонь очень узкая, серая, сердцевинные лучи узкие, хорошо заметны, текстура красивая. Высокие механические свойства, прочность на 15-20% больше, чем у дуба. Гнилостойка.

Бархат амурский (амурское пробковое дерево) - древесина твердая, упругая, стойкая к загниванию, имеет красивую текстуру. Кора применяется для изготовления пробки.

Груша дикая имеет тяжелую, твердую, гибкую и упругую древесину красивого красновато-коричневого цвета, хорошо обрабатывается. Применяется для изготовления мебели, музыкальных инструментов.

Каштан - произрастает в Крыму и на Кавказе. Имеет очень узкую заболонь, бурое ядро. Отличается значительной твердостью и стойкостью к гнили, т.к. богат дубильными веществами. Высоко ценится в столярном и мебельном деле, производстве бочковой тары, судостроении.

Рябина - очень распространенная лиственная порода. Древесина красновато-бурая, твердая, крепкая, хорошо обрабатывается и полируется.

Шелковица ( тутовое дерево) имеет узкую заболонь серого цвета, красно-бурое ядро, сердцевинные лучи узкие, хорошо заметны на поперечном срезе, текстура красивая.

Маклюра - кольцесосудистая ядровая древесина. Заболонь светло-желтая, ядро желто-оранжевое. Сердцевинные лучи узкие, много сосудов с рисунком в виде точек или концентрических окружностей, имеет повышенный блеск.

Эвкалипт - ядровая древесина с белой заболонью, темным красно-коричневым ядром. Сердцевинные лучи узкие, слабо заметны, сосуды мелкие. Механические свойства как у клена.

Тюльпановое дерево - ядровое. Заболонь белого или кремового цвета, ядро от темного до красно-коричневого цвета. Сердцевинные лучи узкие, хорошо заметные. Текстура своеобразная. Механические свойства как у тополя.

Самшит (кавказская пальма) - лиственная порода с древесиной соломенно-желтого цвета, очень твердая, плотная и тяжелая, равномерного строения. По твердости - одно из первых мест среди отечественных пород.

Из тропических стран древесина поступает в виде шпона, круглого леса или пиломатериалов.

Красное и лимонное дерево - рассеяннососудистые ленточные структуры с сильным блеском, хорошо полируется. Лимонное - желтого цвета с переливами; красное - махагони, макаре, белинг.

Палисандр - рассеянососудистое ядровое с узкой заболонью светло-желтого цвета. Ядро от пурпурно-коричневого до шоколадного, иногда с фиолетовым оттенком. Имеет прожилки в виде полосок от черного до темно-коричневого цвета. Древесина плотная, достаточно прочная, хорошо полируется.

Макассар -древесина черно-коричневого цвета с большим количеством красно-коричневых прожилок. Хорошо отделывается, имеет матовый глянец.

Черное дерево - имеет заболонь белого цвета, ядро черное. Годовые кольца и сердцевинные лучи невооруженным взглядом не заметны.

Розовое дерево свежесрубленное имеет запах розового масла, при высыхании запах исчезает. Имеет характерную текстуру. Цвет от темно-желтого до розового и пурпурно-красного. Древесина твердая, легко полируется [1].

2.1 Строение и состав 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 [1].

2.2 Сорты 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.

Различия сортов представлены в таблице 1.

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

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.

Древесина III сорта используется в менее напряженных средних клееных сжатых, изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов, а также в мало ответственных элементах настилов и обрешеток

Таблица 1

2.3 Свойства древесины. Физические и механические. 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/м³. Расчетная плотность древесины хвойных пород в составе конструкций в помещениях со стандартной влажностью воздуха 12% принимают равной 500 кг/м³., в помещении с влажностью воздуха более 75% и на открытом воздухе - 600 кг/м³.

Температурное расширение. Линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения, в древесине различно вдоль и под углами к волокнам. Коэффициент линейного расширения вдоль волокон составляет (3 ч 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 0,14Вт/м•єС. Брус толщиной 15 см эквивалентен по теплопроводности кирпичной стене толщиной в 2,5 кирпича (51 см)воле, а так же при распиловке бревен в результате их сбега.

Теплоемкость древесины значительна, коэффициент теплоемкости сухой древесины составляет С = 1,6КДЖ/кг•єС.

Еще одним ценным свойством древесины является еестойкость ко многим химическим и биологическим агрессивным средам. 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

Прочность. Древесина относится к материалам средней прочности, однако, ее относительная прочность с учетом малой плотности позволяет сравнивать ее со сталью.

Древесина является анизотропным материалом, поэтому ее прочность зависит от направления действия усилий по отношению к волокнам. При действии усилий вдоль волокон, оболочки клеток работают в самых благоприятных условиях и древесина показывает наибольшую прочность.

Средний предел прочности древесины сосны без пороков вдоль волокон составляет:

При растяжении - 100 МПа.

При изгибе - 80 МПа.

При сжатии - 44 МПа.

При растяжении, сжатии и скалывании поперек волокон эта величина не превосходит 6,5 МПа. Наличие пороков значительно (~ на 30%) снижает прочность древесины при сжатии и изгибе, а особенно (~ на 70%) при растяжении. Длительность действия нагрузки существенно влияет на прочность древесины. При неограниченно длительномнагружении ее прочность характеризуется пределом длительного сопротивления, который составляет только 0,5 предела прочности при стандартном нагружении. Наибольшую прочность, в 1,5 раза превышающую кратковременную, древесина показывает при кратчайших ударных и взрывных нагрузках. Вибрационные нагрузки, вызывающие переменные по знаку напряжения, снижают ее прочность.

Жесткость древесины (ее степень деформативности под действием нагрузки) существенно зависит от направления действия нагрузок по отношению к волокнам, их длительности и влажности древесины. Жесткость определяется модулем упругости Е.

Для хвойных пород вдоль волокон Е = 15000 МПа.

В СНиП II-25-80 модуль упругости для любой породы древесины Е_о= 10000 МПа. Е₉₀ = 400 МПа.

При повышенной влажности, температура, а также при совместном действии постоянных и временных нагрузок значение Е снижается коэффициентами условия работы m_в, m_т, m_д< 1.

Влияние влажности. Изменение влажности в пределах от 0% до 30% приводит к снижению прочности древесины на 30% от максимальной. Дальнейшее изменение влажности не приводит к снижению прочности древесины.

Поперечное изменение влажности (усушка и разбухание) приводят к короблению древесины. Наибольшая усушка происходит поперек волокон, перпендикулярно годичным слоям. Деформации усушки развиваются неравномерно от поверхности к центру. При усушке появляется не только коробление, но и усушечные трещины [1].



3. Древесные пластики

Материалы, полученные на основе переработки натуральной древесины, соединенные синтетическими смолами называют древесными пластиками.

Древеснослоистые пластики(ДСП) изготавливают из тонких листов березового (иногда ольхового, липового или букового) шпона, пропитанного смолой и запрессованного при высоком давлении 150-180 кг\см² и температуре t=145-155єC.

В зависимости от взаимного расположения слоев шпона в пакете, различают 4 основных марки ДСП:

ДСП-А - все слои параллельны друг другу, ДСП-Б - через каждые 10-12 параллельных слоев один поперечный, ДСП-В - перекрестное расположение, причем наружные слои располагаются вдоль плиты, ДСП-Г - звездообразная, каждый слой смещен по отношению к предыдущему на 25-30є.

Для строительных конструкций рекомендуется ДСП-Б и ДСП-В, как наиболее прочные поперек волокон и под углами к волокнам.

Во всех случаях прочность ДСП превышает прочность цельной древесины, а для некоторых марок при действии усилий вдоль волокон шпона не уступает прочности стали.

В настоящее время в связи еще с высокой стоимостью ДСП, он применяется в основном для изготовления средств соединения элементов конструкций.

Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготавливают из хаотически расположенных волокон древесины (опилок), склеенных канифольной эмульсией. Сырьем для ДВП являются отходы лесопиления и деревообработки. Для изготовления твердых и сверхтвердых плит в древесноволокнистую массу добавляют фенолоформальдегидную смолу. При длительном действии влажной среды, древесноволокнистая плита весьма гигроскопична, набухает по толщине и теряет прочность, поэтому во влажных условиях применять ДВП не рекомендуется. Прочность сверхтвердых плит ДВП плотностью не менее 950 кг\м³ при растяжении составляет около 25 МПа.

Древесностружечные плиты (ПС и ПТ) получают путем горячего прессования древесных стружек, перемешанных, вернее опыленных фенолоформальдегидными смолами.

Древесностружечные плиты в зависимости от плотности подразделяют на:

легкие =350-500 кг\м³

средние ПС =500-650 кг\м³

тяжелые ПТ =650-800 кг\м³

Прочность плит ПТ и ПС при растяжении составляет соответственно 3,6-2,9 МПа и 2,9-2,1 МПа. ПС и ПТ являются дешевым и доступным материалом, он широко используется в строительстве в качестве перегородок, подвесных потолков. Влагопоглощение плит колеблется в широких пределах, при этом они разбухают по толщине на 30-40% [1].



4. Общие положения

1 ДК подразделяют (классифицируют) по основным признакам: функциональному назначению, условиям эксплуатации, сроку службы.

2 При проектировании ДК следует руководствоваться требованиями СП 70.13330, предусматривать их защиту от увлажнения, биоповреждения, от коррозии (для конструкций, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред) в соответствии с нормами по проектированию защиты строительных конструкций от коррозии СП 28.13330, от воздействия огня в случае пожара в соответствии с [1], а также с учетом сейсмических воздействий при строительстве в сейсмических районах согласно СП 14.13330.

3 ДК должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности (1-я группа предельных состояний) и по деформациям, не препятствующим нормальной эксплуатации (2-я группа предельных состояний), с учетом характера и длительности действия нагрузок.

4 ДК следует проектировать с учетом особенностей изготовления, а также условий их эксплуатации, транспортирования и монтажа.

5 ДК в условиях постоянного или периодического длительного нагрева допускается применять, если температура окружающего воздуха не превышает 50°С. Для конструкций из клееной древесины (далее - КДК) температура выше 35°С допускается при относительной влажности воздуха не менее 50%.

6 Долговечность ДК должна быть обеспечена конструкционными мерами в соответствии с указаниями раздела 9 и, в необходимых случаях, защитной обработкой, предусматривающей их предохранение от увлажнения, биоповреждения и возгорания [2].



5. Материалы

1 Для изготовления ДК следует применять древесину преимущественно хвойных пород. Древесину твердых лиственных пород следует использовать для нагелей, подушек и других деталей.

Примечание - Для конструкций деревянных опор воздушных линий электропередачи следует применять древесину сосны и лиственницы, а для конструкций опор линий электропередачи напряжением 35 кВ и менее, за исключением элементов стоек и приставок, заглубленных в грунт, и траверс, допускается применять древесину ели и пихты.

2 Качество древесины, используемой для элементов несущих ДК, должно соответствовать дополнительным требованиям, указанным в приложении Б.

Прочность древесины соответствующих сортов или классов прочности должна быть не ниже нормативных сопротивлений, приведенных в приложении В.

3 В зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации (классов условий эксплуатации) следует предъявлять требования к максимальным значениям эксплуатационной влажности древесины и учитывать зависимость ее прочности от этих значений [2].



6. Применение древесины и пластмасс

Конструкции из дерева и пластмасс относятся к классу легких строительных конструкций, применение которых является одним из важных направлений на пути повышения эффективности и ускорения строительного производства. Деревянные конструкции являются надежными, легкими и долговечными. На основе клееных деревянных конструкций сооружают здания с покрытиями как малых, так и больших пролетов. Из цельных лесоматериалов строят небольшие жилые дома, общественные и производственные здания. Из конструкционных пластмасс можно создавать ограждающие конструкции общественных и производственных зданий. Они являются очень легкими и могут быть прозрачными. Эти конструкции водостойки и не подвержены опасности загнивания.

Деревянные конструкции люди начали применять еще в глубокой древности. К преимуществам древесины можно можно отнести многое. Древесина это:

1) единственный легкодоступный самовозобновляющийся строительный материал;

2) тносительно легкий и прочный материал, особенно в направлении вдоль ее волокон, где действуют наибольшие усилия от внешних нагрузок;

3) микропористый материал с хорошими гигиеническими свойствами, что важно для стен и покрытий жилых малоэтажных домов;

4) легкообрабатываемый материал, что облегчает и упрощает изготовление деревянных конструкций;

5) стойкий материал, который сопротивляется разрушительному воздействию слабых химических агрессивных сред и поэтому деревянные конструкции успешно эксплуатируются в зданиях химической промышленности, где быстро разрушаются металлические конструкции;

6) материал, который выдерживает ударные и циклические нагрузки, поэтому деревянные конструкции достаточно надежны в зданиях и сооружениях, расположенных в сейсмоопасных районах;

7) хорошо склеиваемый материал. Древесина надежно склеивается водостойкими синтетическими клеями. Благодаря этому изготовляют клеедеревянные элементы крупных сечений, больших длин, измеряемых десятками метров, и разных форм - гнутых, ломаных и др. Из таких элементов делают конструкции больших пролетов. Из древесины путем склеивания листов получают водостойкую строительную фанеру, из которой изготовляют легкие клеефанерные конструкции.

Деревянные конструкции имеют также существенные недостатки:

1) при неправильном применении и эксплуатации, в результате длительного увлажнения они разрушаются. Однако современные конструктивные и химические методы защиты от гниения обеспечивают их сохранность при многолетней эксплуатации;

2) деревянные конструкции являются сгораемыми. Однако современные деревянные конструкции из элементов крупных сечений имеют предел огнестойкости выше, чем у некоторых других конструкций. Они могут быть дополнительно защищены от возгорания специальными покрытиями.

Схемы выдающихся древних деревянных конструкций, созданных в России представлены на рисунке 1



Рисунок 1 а ? проект моста через р. Неву в Санкт-Петербурге (авт. И. П. Кулибин); б ? ферма покрытия Московского Манежа (авт. А. А. Бетанкур); в ? ферма моста через р. Мету на Московско-Петербургской железной дороге (авт. Д. И. Журавский); г ? сетчатая башня в г. Орске (авт. В. Г. Шухов)



7. Элементы деревянных и пластмассовых конструкций

Элементами деревянных конструкций служат доски, брусья, бруски, бревна цельных сечений с размерами, указанными в сортаментах пиленых и круглых лесоматериалов. Они могут быть самостоятельными конструкциями, например балками или стойками, а также стержнями более сложных конструкций. Деревянные элементы рассчитывают по методу предельных состояний, изложенному с учетом всех особенностей работы древесины и условий работы конструкций. Усилия, действующие в элементах конструкций, и их прогибы определяются общими методами строительной механики. В результате их расчета решается ряд практических задач проектирования деревянных конструкций.

Проверка прочности и прогиба элемента заключается в определении напряжений в сечениях, которые не должны превышать расчетных сопротивлений древесины, а также его прогибов, которые не должны быть больше предельных, допускаемых нормами. Подбор сечений при проектировании новых деревянных конструкций заключается в определении таких размеров элемента, при которых его прочность и устойчивость будут достаточны для восприятия действующих усилий, а прогибы будут не больше предельных. Несущую способность элемента определяют чаще всего при обследовании конструкций во время их эксплуатации. Для этого рассчитывают наибольшие нагрузки и усилия, которые может выдерживать элемент принятых размеров, чтобы при этом расчетные сопротивления древесины и предельные прогибы не были превышены.

Деревянные элементы рассчитывают на растяжение, сжатие, изгиб, растяжение или сжатие с изгибом, смятие и скалывание в соответствии с СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции». Приводимые ниже расчетные сопротивления соответствуют древесине сосны и ели. В соответствии с этими же нормами производится расчет деревянных изгибаемых элементов по прогибам [3].

8. Краткий исторический обзор строительства из древесины. Современное состояние конструкции из дерева и пластмасс. Достоинства кдк перед дк, мк и жбк. Примеры сооружений из дк

История применения деревянных конструкций насчитывает много веков и теряется в глубине тысячелетий. Первобытные люди строили из деревянных стволов каменными топорами небольшие примитивные жилища на земле и на сваях, небольшие ограды и мосты. Строители древнего Рима строили деревянные дома, храмы и мосты уже через крупные реки. Особенно широко применялись деревянные конструкции в нашей, богатой лесами стране. В средние века практически все жилые дома, дворцы, большинство храмов и крепостей строились деревянными со стенами из круглых бревен.

В конце XVII в. под Москвой в селе Коломенское был построен великолепный загородный дворец царя Алексея Михайловича. В 1738 г. был построен деревянный шпиль башни высотой 72 м здания Адмиралтейства в Петербурге. В XVIII в. началось широкое строительство деревянных стержневых конструкций из брусьев, бревен и досок.

В начале XIX в. в России при строительстве Московского Манежа были разработаны и впервые применены в покрытии большепролетные деревянные брусчатые треугольные стропильные фермы пролетом 50 м, которые сохранились до наших дней.

В начале XX в. В. И. Шухов разработал первые деревянные пространственные конструкции. В Нижнем Новгороде был построен под его руководством первый предложенный им деревянный свод пролетом 21 м из трех слоев досок, соединенных гвоздями. В 50-е годы началось производство клееных деревянных констукций. Развитие эти прогрессивных конструкций оказалось возможным благодаря производству клеев на основе синтетических полимерных смол высокой прочности, водостойких и не подверженных гниению. Сначала применялись фенолформальдегидные клеи, в дальнейшем более надежные резорциновые клеи при склеивании древесины и эпоксидные клеи при склеивании древесины с металлами. Появилась клееная водостойкая фанера.

В 1980 г. в Архангельске был построен Дворец Спорта. Несущие конструкции его главного покрытия, разработанные при участии М. Ю. Заполя, представляют собой сегментные клеедеревянные арки без затяжек, опертые на железобетонные рамы пристроек. Арки имеют пролет 63 м и сечение 32 X 160 см.

Современное состояние. Основным направлением развития конструкций из дерева в нашей стране является разработка, производство и применение новых клеедеревянных конструкций. Типы конструкций должны быть унифицированы. Заводское производство должно обеспечивать массовое изготовление клеедеревянных конструкций любых требуемых форм и размеров. Клеедеревянные конструкции достаточно стойки против гниения и горения и должны шире применяться в таких отраслях народного хозяйства, как сельскохозяйственные складские, производственные и животноводческие здания, промышленные здания со слабой химически агрессивной средой, общественные здания крупных размеров (спортивные, зрелищные, торговые) и автодорожные мосты.

В перспективе будет расширяться изготовление и применение простейших клеедеревянных балок и арок. Будут находить рациональное применение клеедеревянные рамы и фермы, ребристые и сетчатые купола, клеефанерные балки, плиты и панели.

Пластмассовые конструкции, называемые также конструкциями с применением пластмасс, начали разрабатываться, изготовляться и применяться в нашей стране и за рубежом примерно с середины XX в.

Значительное распространение в нашей стране получили трехслойные плиты и панели покрытий и стен промышленных зданий. Они состоят из среднего пенопластового слоя и наружных слоев из листового материала -- металла, асбестоцемента или фанеры. Наиболее эффективны плиты и панели с наружными слоями из тонких алюминиевых листов толщиной порядка 1 мм, масса которых не превосходит 20 кг/м²

Пневматические конструкции представляют собой замкнутые оболочки из воздухонепроницаемой ткани или пленки, внутри которых воздух находится под постоянным избыточным давлением.

Они имеют небольшую массу (около 1 кг/м²), могут перевозиться любым видом транспорта в сложенном виде и устанавливаются на опорный контур в считанные дни. Сущест также пневмовантовые и тентовые конструкции.

Достоинства. Деревянные строительные конструкции являются надежными, легкими и долговечными. На основе клееных деревянных конструкций сооружаются здания с покрытиями как малых, так и больших пролетов.

Древесина -- мало твердый материал и легко обрабатывается, что облегчает и упрощает изготовление деревянных конструкций. Древесина стойко сопротивляется разрушительному воздействию слабых химических агрессивных сред, и поэтому деревянные конструкции успешно эксплуатируются в зданиях химической промышленности, где быстро разрушаются металлические конструкции. Древесина стойко выдерживает ударные и циклические нагрузки, и поэтому деревянные конструкции достаточно стойки в мостах и при землетрясениях.

Древесина надежно склеивается водостойкими синтетическими клеями. Благодаря этому изготовляются клеедеревянные элементы крупных сечений, больших длин,

Из конструкционных пластмасс можно создавать ограждающие конструкции общественных и производственных зданий. Они являются очень легкими и могут быть прозрачными. Эти конструкции водостойки и не подвержены опасности загнивания [4].



Заключение

По окончании исследований древесины и пластмасса можно прийти к следующему заключению, что эти 2 материала - наиболее широко распространены в мире, имеют многовековой опыт применения в строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Несмотря на перечисленные недостатки, рассматриваемых видов материалов, они продолжают пользоваться огромным спросом, что повышает его востребованность. Мало кто поспорит с тем, что они являются одним из величайших изобретений человечества, которое раскрыло большие возможности во многих сферах.

К тому же, сами по себе пластик и дерево безвредны, опасными являются только вспомогательные вещества пластика, используемые при изготовлении для придания дополнительных свойств. Наиболее безопасным видом пластмасс считается полиэтилен и полипропилен. Поэтому при их использовании можно не опасаться за своё здоровье.

В зависимости от их достоинств и недостатков можно сложить определенные положительные выводы по их специальному применению и назначению в зависимости от их свойств в строительстве домов и конструкций.



Список литературы

1. Строительные материалы и изделия: учеб. пособие / В. С. Руднов [и др.] ; под общ. ред. доц., канд. техн. наук И. К. Доманской. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2018. 203, [1] с.

2. СП 64.13330.2017

3. Сетков В.И., Сербии Е.П. Строительные конструкции: Учебник. 2-е изд., доп. и испр. М.: ИНФРА-М, 2005. 448 с.

4. https://studfile.net/preview/9247681/.

Размещено на Allbest.ru