Andrzej Marynowicz. Konstrukcje budowlane Budownictwo drewniane

Transkrypt

1 Andrzej Marynowicz Konstrukcje budowlane Budownictwo drewniane

2 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

3 Struktura, budowa i właściwow ciwości drewna Wykład nr 2

4 Struktura i budowa miazga (twórcza, C) rdzeń (F) twardziel (E) biel (D) wczesne drzewo kora (A) Budowa pnia drzewa

5 Struktura i budowa 1. Drewno jest naturalnym, organicznym, porowatym ciałem stałym. celuloza: 29-65% w drewnie budowlanym: 38-58% hemiceluloza: 20-40% lignina: 12-38% w dr. bud.: 20-31% garbniki: 2-8% 2. Kompozyt zbudowanym z chemicznych związków celulozy, hemicelulozy, ligniny i garbników. 3. Drewno jest silnie anizotropowe, głównie ze względu na wydłużony kształt komórek i sposób zorientowania ścianek. 4. Anizotropia wynika ze zróżnicowania rozmiaru komórek, poprzez sezon wzrostu i, po części, z preferowanego kierunku wzrostu pewnych typów komórek (np. komórki promieniowe).

6 Struktura i budowa Drewno otrzymujemy z dwu różnych kategorii roślin nazywanych drewnem twardym (okrytonasienne, drzewa liściaste) i drewnem miękkim (nagonasienne, drzewa iglaste)

7 Struktura i budowa 1. Drewno samo w sobie ma budowę włóknistą. 2. Komórki są długie i smukłe oraz są skierowane zgodnie z osią pnia. 3. Tworzą one słoje w drewnie, ale nie pierścienie wzrostu. 4. Są również odpowiedzialne za tworzenie się anizotropowych właściwości drewna z dużo większą sztywnością i wytrzymałością równolegle do słoi niż w poprzek słoi. 5. Możemy porównywać strukturę drzewa do pęku równoległych ździebeł słomy (reprezentującej włókna i słoje drewna), które są razem połączone z wykorzystaniem słabego kleju. silne przy obciążeniu równoległym do włókien słabe przy obciążeniu prostopadłym do włókien

8 Struktura i budowa Gęstość Wytrzymałość Skurcz Sztywność Kolor struktura i rozmiar komórek, zawartość wilgoci gęstość, zawartość wilgoci, rozmiar komórek struktura i rozmiar komórek, zawartość wilgoci gęstość, struktura komórek i rozmiar, zawartość wilgoci garbniki Odporność ogniowa Przewodność elektryczna Tłumienie mechaniczne gęstość, garbniki zawartość wilgoci, rozmiar komórek rozmiar komórek

9 Właściowości drewna Kierunkowość słojów a cechy mechaniczne N P sin P Q Θ + Q cos = n n Θ Właściwość Wytrzymałość na rozciąganie Wytrzymałość na ściskanie Wytrzymałość na zginanie Moduł sprężystości Twardość n 1, ,5 1, ,5-2 P/Q 0,04-0,07 0,03-0,40 0,04-0,10 0,04-0,12 0,06-0,10

10 Deformacje przy suszeniu Właściwości drewna

11 Właściwości drewna

12 Właściwości drewna Deformacje przy zawilgacaniu/suszeniu

13 Właściwości drewna 1. Gęstość jest najistotniejszą cechą fizyczną charakteryzującą drewno. 2. Większość właściwości mechanicznych drewna jest dodatnio skorelowanych z gęstością. 3. Ograniczenia co do gęstości są z tego powodu włączone bezpośrednio w wymagania klas wytrzymałości PN-EN 338 Drewno konstrukcyjne klasy wytrzymałości. ρ = m V Gęstość w funkcji wilgotności ρ w m m ( w) w ρ V V w w w 0 = = = 0 w 0 ( βv ) βv w m0, V0 β V - obj. zaw. wilgoci - masa i obj. w stanie suchym - współczynnik pęcznienia

14 Właściwości drewna 1. W naukach o drewnie i inżynierii: gęstość sucha ρ 0 i gęstośćρ 12 (przy 12 % zawartości wilgoci). 2. Wartości gęstości podane w EC5 są definiowane w temperaturze 20 C i względnej wilgotności 65 %. 3. Wartości ρ 12 odnoszone są w EC5 do średniej gęstości ρ 12,mean oraz gęstości charakterystycznej ρ 12,k zdefiniowanej poprzez 5-procentowy kwantyl. n 4. Dla danej skali wytrzymałości drewna, zakładamy że gęstość przedstawia rozkład normalny, ze współczynnikiem zmienności 10 % ρ 12,mean ρ ( 0.1 ρ12, mean ) mean 12, k = ρ12, mean ρ, ρ = to jest 5% pola pod wykresem

15 Właściwości drewna 1. Gęstośćρ c ścian komórek to około kg/m Gęstość drewna zależy dlatego od jego porowatości, zdefiniowanej jako ułamek objętościowy pustek międzykomórkowych. 3. Drewno konstrukcyjne ma suchą gęstość w zakresie od 300 do 550 kg/m 3, co daje ułamek objętości pustek w warunkach suchych od 0,80 do 0,63 (czyli porowatość).

16 Właściwości drewna Zawartość wilgoci w jest zdefiniowana jako stosunek masy usuwalnej wody (m w ) do suchej masy drewna (m 0 ) w = mw m m Zmiany w wymiarach są prawie liniowe przy wilgotności z zakresu od 5 do 20 % h = h 1 β + w w 100 ( ) gdzie h 1 i h 2 są wymiarami (grubość) przy zawartości wilgoci odpowiednio w 1 i w 2, β jest współczynnikiem pęcznienia (dodatni) lub skurczu (ujemny). Jednostki to %/%.

17 Właściwości drewna 1. Współczynnik objętościowyβ V może być przyjęty jako równy numerycznej wartości gęstości razy Np., objętość drewna o gęstości 400 kg/m3 pęcznieje 0,4 % na każdy 1% wzrostu zawartości wilgoci. 3. Dopuszczalne odchyłki wymiarowe przy deformacjach wilgotnościowych: Typ dystorsji Łuk Sprężyna Skręcenie Kołyska Skala wg klas wytrzymałości C18 i poniżej mm/25 mm szerokości Bez restrykcji Wyższe klasy mm/25 mm szerokości Maksymalne dystorsje (mm na 2 m długości) zgodnie z EN 518 i EN 519

18 Właściwości drewna