Konstrukcje budowlane Budownictwo drewniane

Transkrypt

1 Andrzej Marynowicz Konstrukcje budowlane Budownictwo drewniane Podstawowa literatura przedmiotu: [1] Kotwica J.: Konstrukcje drewniane w budownictwie tradycyjnym, Arkady, Warszawa 2004 [2] Neuhaus H.: Budownictwo drewniane, PWT, Rzeszów 2006 [3] Rudziński L.: Konstrukcje drewniane. Naprawy, wzmocnienia, przykłady obliczeń, Pol. Święt., Kielce 2008 Literatura uzupełniająca: [4] Kopkowicz F.: Ciesielstwo polskie, Arkady 2009 (reprint z 1958r.) [5] Wajdzik C., Dąbrowski J.: Tradycyjne więźby dachowe, WUP, Wrocław 2009 [6] Hoła J., Pietraszek P., Schabowicz K.: Obliczanie konstrukcji budynków wznoszonych tradycyjnie, DWE, Wrocław 2006 Strona internetowa: [1] Konstrukcje drewniane, Projekt Leonardo TEMTIS, Opole 2008 [2] Projektowanie konstrukcji drewnianych wg Eurokodu 5, Projekt Leonardo TEMTIS, Opole 2008

2 Drewno konstrukcyjne w budownictwie Wykład nr 3 Z punktu widzenia europejskiej inżynierii drewna wartości obliczeniowe nośności i wytrzymałości drewna konstrukcyjnego muszą być badane dla elementów pełnowymiarowych. Jednakże, techniczne cechy drewna, np. w Ameryce Północnej, zostały wyprowadzone na podstawie testów na małych,,,czystych" próbkach i dalszej adaptacji właściwości mechanicznych za pomocą innych współczynników (skali). Prowadzi to do wniosków, że ustalając właściwości mechaniczne drewna należy raczej mówić o wartościach,,inżynierskich" niż,,materiałowych". wytrz. na zginanie wytrz. rozc./ ścisk

3 Sortowanie 1. Drewno jest naturalnym surowcem z szerokim zakresem i wysokim rozproszeniem właściwości fizycznych i mechanicznych, zależnie od gatunku, genetyki, tempa wzrostu i warunków środowiskowych drzewa. 2. Aby móc wykorzystać potencjał danych właściwości drewna i użyć go jako element przenoszący obciążenia skutecznie i niezawodnie, drewno musi zostać posortowane. 3. Zależnie od wykorzystania produktu, proces sortowania może być wykonany z uwzględnieniem: wytrzymałości wyglądu wykonania końcowego (tzn. stabilności formy, rys, skręcenia itp.) Sortowanie wytrzymałości i sztywności są najważniejszymi aspektami oceny drewna, gdy wykorzystujemy go jako element przenoszący obciążenie. Sortowanie Cecha (charkterystyka wzrostu) Konsekwencja dla Wytrzymałości Sztywności Trwałości Wyglądu Sękowatość + ± + (Globalny) Kąt nachylenia słojów + Wzór słojów rocznych / - pozycja ( ) ( ) ( ) + Uszkodzenie (owady, grzyby) biologiczne (+) (+) + + Uszkodzenie mechaniczne + ( ) ( ) Pęknięcia (+) (+) (+) ( ) Deformacje, skręcenie + + Skróty: + silny wpływ, (+) istotny wpływ, ±średni wpływ, ( ) mały wpływ, bez wpływu Naturalne cechy drewna i ich wpływ na parametry mechaniczne i użytkowe

4 Sortowanie Optyczna ocena wytrzymałości 1. Metoda oceny wizualnej opiera się na korelacji występowania, wielkości i typu cech wzrostu, np. rozmiaru sęku, i właściwości mechanicznych. 2. Na ogół to jest zrobione,,ręcznie'' przez doświadczone osoby. Proste i łatwe do nauczenia się zasady, określane lokalnie, są zdefiniowane dla różnych klas wytrzymałościowych. 3. Obecna norma europejska EN 14081, cz. 1, określa tylko minimalne wymogi dla sortowania. 4. Następujące cechy powinny być określone wg tej normy jako minimalne: Ograniczenia dla cech obniżających wytrzymałość: sęki, nachylenie włókien, gęstości albo szybkości wzrostu, pęknięcia Ograniczenia cech mechanicznych: zanik, zniekształcenia (łuk, sprężyna, skręcenie) Ograniczenia cech biologicznych: uszkodzenia od grzybów Inne cechy: uszkodzenia mechaniczne Sortowanie Zalety i wady oceny wizualnej to: 1. Zasady są proste, łatwe w zrozumieniu i zastosowaniu, a zastosowanie nie wymaga wielkich umiejętności technicznych i kosztownego sprzętu 2. Jest to praca intensywna i nieefektywna ponieważ gęstość drewna (mająca duże znaczenie) jest jedynie szacowana. 3. Wyniki oceny zależą od uwagi i umiejętności osoby odpowiedzialnej za ocenę; dlatego zakres i obiektywność są tu ograniczone. 4. Jeśli zasady są stosowane poprawnie, metoda jest efektywna i tania. Specyfikacje przypisania krajowych klas wizualnych do systemu wytrzymałości z normy EN 338 można znaleźć w normie europejskiej EN 1912.

5 Sortowanie Maszynowa ocena wytrzymałości 1. W trakcie maszynowego sortowania wytrzymałości, oprócz parametrów klasyfikacji wizualnej, są brane pod uwagę główne parametry wpływające na wytrzymałość drewna (gęstość i moduł sprężystości). 2. W konsekwencji, drewno może być ocenione z wyższą wiarygodnością i może wykorzystane bardziej efektywnie 3. Proces jest wykonany przez maszyny, a opiera się zwykle na następujących zjawiskach fizycznych: Mechaniczne (zginanie, próbne obciążenie) Drgania (pomiary częstotliwości własnych i ultradźwięki) Radiografia (promienie X, mikrofale) Optyka (kamery CCD, pomiary laserowe) Inne (pomiary przewodności cieplnej, uderzenia, itp.) Sortowanie Zalety i wady oceny mechanicznej to: 1. Klasyfikacja jest powtarzalna i obiektywna, prowadzi do większej dokładności oceny w wyższych klasach wytrzymałości 2. Szybkość sortowania może być znacznie podwyższona (do 300 m/min) 3. Wyposażenie jest drogie, wprowadzenie go ma sens jedynie w przedsiębiorstwach z dużą zdolnością produkcyjną. 4. Maszyny muszą być utrzymywane w dobrym stanie i remontowane, poza tym maszyny i/lub produkty muszą być kontrolowane przez wewnętrzny i zewnętrzny nadzór. 5. Personel musi być wysoko wykwalifikowany. 6. Akredytowane są jedynie urządzenia małogabarytowe. Specyfikację maszyn sortujących można znaleźć w normach EN (Część 1,2,3 i 4).

6 Sortowanie 1. Proces oceny wytrzymałości daje bardziej homogeniczne i wyskalowane właściwości mechaniczne i umożliwia definiowanie klas (patrz Rys). 2. Dla europejskiego systemu wytrzymałości określonego w EN 338, stablicowane są charakterystyczne wartości dla gatunków drewna miękkiego (iglaste... C) i twardego (liściaste... D). coniferous deciduous Właściwości mechaniczne 1. Charakterystyczną cechą drewna konstrukcyjnego jest tego anizotropia. 2. Nie dotyczy to wyrobów drewnianych przetworzonych (EWP), które są mniej więcej homogeniczne, jeśli chodzi o zachowanie materiału i wartości parametrów 3. Wyżej wymienione jest konsekwencją podstawowych kroków podczas produkcji drewna konstrukcyjnego: korowanie piłowanie suszenie planowanie (heblowanie, jeśli konieczne) kształtowanie uchwytów i połączeń (tylko niekiedy) klejenie na szerszej stronie (dla niektórych wyrobów; ale mniej niż 4 elementy)

7 Właściwości mechaniczne 1. Należy zauważyć, że charakterystyczne wartości wskazywane w tabeli EC5 są połączone z wymiarami odniesienia (dla litego drewna: szerokość b=150mm dla wytrzymałości na rozciąganie, wysokość h=150 mm dla wytrzymałości na zginanie) z powodu "efektu wymiaru". 2. Dla innych (mniejszych) wymiarów w procesie projektowym, mogą być wymagane współczynniki k l i k h, które uwzględniają ten efekt. 3. Dla wymiarów większych przyjmuje się współczynniki k=1. k h kh 150 = min. h 1,3 600 = min. h 1,1 0,2 0, Pale i drewno okrągłe 1. Dla wyrobów tych jedynym procesem jest korowanie, ale czasami jest dopuszczalne cięcie wzdłuż osi południkowej, dla zredukowania efektu skurczu i pęcznienia. 2. Należy uniknąć uszkodzenia naturalnej struktury włókien, np. przez zmianę przekroju poprzecznego. 3. W efekcie, może być osiągnięty wzrost właściwości na zginanie i rozciąganie o ok. 20% w porównaniu do drewna ściętego.

8 Pale i drewno okrągłe Wymiary Długość: do 20m (zależnie od możliwości transportowych) Średnice: od małych (80 mm) aż do 500 mm, zależnie od gatunku drewna Zastosowanie 1. Pale i drewno okrągłe są prawie wyłącznie wykorzystane na elementy obciążone podłużnie, jak np. słupki i krzyżulce kratownic. 2. Są często stosowane w budynkach rolniczych, mostach przy wyrębie lasu i w powszechnie spotykanych budowlach, takich jak słupy telefoniczne, rusztowania, a także jako pale do fundamentowania budynków. 3. Produkt jest tani, łatwy do zorganizowania, jednak ma swoje wady w projektowaniu, a w szczególności połączeń (trwałość). Gatunki drewna Mogą być stosowane wszystkie dostępne gatunki drewna miękkie (świerk, sosna, jodła, modrzew, daglezja zielona, itp.) i twarde (dąb, buk, jesion, klon, robinia, orzech itp). Drewno lite Właściwości mechaniczne 1. Mechaniczne właściwości podczas ściskania i rozciągania gatunków drewna miękkiego, jak również przy zginaniu, rosną wraz ze wzrostem odległości od środka deski do rdzenia pnia, głównie z powodu mniejszych sęków, lecz także z powodu większej gęstości w zewnętrznych strefach pnia. 2. W konsekwencji, przepiłowane drewno o wysokiej wytrzymałości i sztywności powinno być otrzymane z zewnątrz pnia, podczas gdy elementy o dużej wymaganej odporności na ścinanie powinny być wycięte z wewnętrznych części pnia (ważne dla glulamu!). 3. Lite drewno jest zazwyczaj wizualnie sortowane (na wytrzymałość) w myśl krajowych norm (jeśli istnieją!). 4. Dla pomostów rusztowaniowych, a w szczególności desek do wykorzystania na glulam, jest stosowane sortowanie maszynowe drewna piłowanego (PN- EN 14081).

9 Drewno lite Sortymenty Drewno lite Wymiary

10 Drewno lite Gatunki drewna W Europie, stosowane są w przeważającej mierze lokalne gatunki drewna miękkiego, takie jak: świerk, jodła, sosna i modrzew, jak również bywa używana daglezja zielona. Coraz częściej są wykorzystane gatunki twardego drewna: szczególnie dąb, buk, jak również jesion i grochodrzew (robinia). KVH (Drewno Konstrukcyjne z lub bez łączników na wręby klinowe) KVH i GLT Szerokość [mm] Grubość [mm] przekroje dostępne jako standardowe przekroje nie dostępne jako standardowe

11 KVH (Drewno Konstrukcyjne z lub bez łączników na wręby klinowe) Zależenie od przekroju poprzecznego drewna nie łączonego, dostępne są jako standardowe długości 5m, oraz 14m dla elementów łączonych na wczepy klinowe. Przy specjalnych zamówieniach możliwe są długości do 18m. Zastosowanie Drewno konstrukcyjne jest wykorzystany podobnie jak drewno lite: na słupy, dźwigary, belki podłużne i inne elementy nośne. Szczególnie jest wykorzystane do budowy widocznych elementów wewnątrz pomieszczeń oraz jako części konstrukcji dachowych. Gatunki drewna Zazwyczaj drewno konstrukcyjne jest wykonane ze świerku. Sosna, jodła i modrzew również mogą być używane jako gatunki do produkcji KVH i GLT. Belki DUO/TRIO Belki DUO i TRIO są zbudowane z dwóch lub trzech elementów Drewna Konstrukcyjnego szczególnie KVH które są sklejone swoimi szerszymi bokami w sposób podobny do produkcji glulamu (drewna klejonego). To daje tą przewagę, że proces suszenia może być wykonany na względnie małych przekrojach poprzecznych, podczas gdy KVH może być stosowane dla większych przekrojów poprzecznych. Z powodu względnie szerokiego obszaru klejonego, który powoduje silniejsze wewnętrzne naprężenia z powodu różnic wilgotności, belki DUO i TRIO są zatwierdzone tylko do wykorzystania w klasach użytkowalności 1 i 2.

12 Belki DUO/TRIO Belka Duo Wys., h [mm] (prost. do węzła klejonego) Grubość, b [mm] (prostopadle do węzła klejonego) przekroje dostępne jako standardowe przekroje nie dostępne jako standardowe Belki DUO/TRIO Belka Trio Wys., h [mm] (prost. do węzła klejonego) Grubość, b [mm] (prostopadle do węzła klejonego) przekroje dostępne jako standardowe przekroje nie dostępne jako standardowe