25-1

Строительная фанера

• Фанера - слоистый материал из нечетного числа слоев шпона, полученных из прямолинейных отрезков дерева (кряжей или чураков).
• Чурак - отрезок кряжа, соответствующий размеру форматного листа шпона с припуском на торцовку (2-3 см), кряж - с припуском 3 см на каждый чурак.
• Смежные слои шпона склеиваются взаимно перпендикулярным расположением волокон горячим или холодным прессованием.
• Фанера толще 15 мм называется фанерными плитами.
• Перекрестная структура фанеры снижает анизотропию свойств, а усушка и разбухание соответствуют древесине вдоль волокон.
• Фанера обладает высокой прочностью, малой массой (в 4 раза легче алюминия), низкой тепло- и звукопроводимостью, стойкостью к химически агрессивным средам и повышенной водостойкостью при использовании водостойких клеев.
• Коэффициент линейного температурного расширения фанеры низок (5 x 10^-6 мм/м°C) по сравнению со сталью (11,3 x 10^-6), алюминием (25 x 10^-6).

Виды строительной фанеры

• Строительная фанера включает фанеру, склеенную формальдегидным (ФК) или карбамидным клеем (не ниже V сорта).
• Бакелизированная фанера (ФБС) - с пропиткой наружных слоев и намазыванием спирторастворимыми смолами.
• ФБСВ - с пропиткой наружных слоев спирторастворимыми, а серединок водорастворимыми смолами.
• Фанерные плиты марок PFA относятся к строительной фанере.
• Качество сортов фанеры определяется качеством древесины и обработкой шпона наружных слоев.
• Данные для расчета строительной фанеры содержатся в СП-64.
• Влажность фанеры 5-10%, фанерных плит - не более 12%.
• Фанера ФСВ обладает повышенной водостойкостью для изготовления клееных конструкций.
• Фанера ФК - средней водостойкости, для конструкций внутри помещений (группы А1, А2 и Б1).
• Рекомендуется использовать клееную фанеру из хвойных пород (лиственница).
• Экономична клееная комбинированная фанера (наружные слои - березовый шпон, внутренние - хвойный).
• Металлизированная фанера: толщина 5±0,5 мм - 18+2 мм, длина 1,5-7,7 м, ширина 1,2-1,5 м, влажность 6-10%.
• Бакелизированная фанера отличается высокой прочностью и водостойкостью, используется для специальных конструкций и опалубки.
• Листы фанеры сортируют по толщине или калибруют для обеспечения прочности клеевого соединения.
• Декоративная фанера или фанера повышенной водостойкости с защитными покрытиями используется как сборно-разборная опалубка.
• Водостойкие покрытия: минеральное масло, полиуретановый лак, фенольная смола или крафт-бумага с фенолформальдегидными смолами или стеклоткань с водостойкими смоляными клеями.
• Опалубочная фанера может достигать длины до 20 м и выпускается из лиственных и хвойных пород с защитными покрытиями.
• Разработаны конструкции многооборотной опалубки из дощатого каркаса и обшивки из опалубочной фанеры.
• Строительная фанера используется для изготовления профильных фанерных элементов.

Положительные свойства древесины

• Небольшая плотность (зависит от породы и влажности).
  • Сосна, ель, кедр, пихта, осина, тополь: 500 кг/м³ (при 12% влажности)
  • Лиственница: 650 кг/м³
  • Береза, дуб, бук, клен, граб, акация, ясень: 700 кг/м³
• Высокая относительная прочность (отношение прочности на сжатие и изгиб к плотности выше, чем у стали, бетона и кирпича).
• Малый коэффициент теплопроводности (использование как конструкционного и теплоизоляционного материала).
• Незначительный коэффициент температурного расширения (отсутствие температурных швов в длинных сооружениях).
• Химическая стойкость (устойчивость к большинству органических кислот, фосфорной и соляной кислотам низкой концентрации при обычной температуре).
• Пластичность (возможность создания арочных конструкций).
• Упругость (хорошая амортизация динамических нагрузок).
• Хорошие акустические свойства.
• Отсутствие сезонных ограничений для строительных работ.
• Простота обработки (легко обрабатывается ручными и электрическими инструментами).

Отрицательные свойства древесины

• Неоднородность строения и анизотропия (изменчивость показателей прочности и деформативности).
  • Основные пороки: сучки, косослой, трещины.
  • Сучки изменяют или прерывают волокна, снижая прочность.
  • Косослой снижает прочность при растяжении.
• Влияние влажности на физико-механические свойства.
  • С повышением влажности увеличивается плотность, снижаются прочность и деформационные характеристики.
  • Изменение влажности вызывает усушку, набухание, коробление и растрескивание.
• Гниение древесины.
  • Вызывается дереворазрушающими грибами при влажности более 18%, положительной температуре (5-50°C) и наличии воздуха.
  • Древесина с влажностью более 70% гниет медленно, в воде не гниет совсем.
  • Разрушение может происходить также из-за жизнедеятельности насекомых-древоточцев.
• Подверженность возгоранию (воспламенение при 150-170°C).
• Ползучесть (развитие деформации во времени без увеличения нагрузки).
  • Деформация ползучести может затухать или неограниченно увеличиваться, приводя к разрушению.
• Снижение прочности при длительном действии нагрузок.

Конструкционные пластмассы

• Основаны на синтетическом полимере (синтетическом связующем).
• К конструкционным относят пластмассы (кроме пенопластов) с пределом прочности при сжатии от 50 МПа.
• Плотность от 20 кг/м³ (пенопласты) до 2000 кг/м³ (стеклопластики).
• Химическая стойкость (сохранение свойств в коррозионных средах).
• Биостойкость (не подвержены гниению).
• Технологичность (возможность варьирования свойств, простота формообразования).
• Прочность и небольшая плотность, прочность и высокое светопропускание.
• Высокие электроизоляционные свойства.
• Легкая обрабатываемость (инструменты для обработки древесины).
• Возможность применения клееных и сварных соединений.
• Возможность получения тонких и прочных элементов из пленок и тканей.
• Недостатки: невысокий модуль упругости (деформативность), ползучесть, падение прочности при длительных нагрузках, невысокая поверхностная твердость, сгораемость, старение.
• Уменьшение деформативности: элементы с рациональным поперечным сечением, трехслойные, трубчатые конструкции, оболочки.
• Сгораемость и старение уменьшаются введением добавок или защитных покрытий.
• Некоторые полимеры обладают самозатухаемостью.
• Состав: полимерная смола, наполнители, красители, порообразователи.

Синтетические смолы

• Определяют основные технологические и эксплуатационные свойства.
• Типы смол: термопластичные и термореактивные.
• Термопластичные смолы: размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении (полиметилметакрилат, поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен).
  • Используются для листовых материалов (оргстекло, винипласт), клеев для пенопластов и пленок.
• Термореактивные смолы: переходят в твердое состояние один раз при отверждении (фенолоформальдегидные).
  • Используются для фанеры, стеклопластиков, пенопластов, клеев, древесных пластиков, фасонных деталей.
• Компоненты для формирования полимера: отвердители, катализаторы, пластификаторы, ингибиторы.
• Наполнители: древесная мука, цемент, стеклянные и асбестовые волокна, бумага, ткани (для улучшения свойств, теплостойкости, снижения стоимости).
• Красители: вводятся в массу материала, могут наноситься на наружный слой листового наполнителя.
• Порообразователи: для получения газонаполненных материалов (пенопластов).
• Полимерные материалы в конструкциях: стеклопластики, пенопласты, оргстекло, винипласт, древесные пластики, воздухонепроницаемые ткани и пленки, синтетические клеи.
• Неорганические материалы: алюминий, блокированная защищенная сталь, асбест, цемент.

Стеклопластики

• Материал из синтетического связующего и стеклянного волокна-наполнителя.
• Изготовление: в неотвержденную смолу вводят стекловолокно, затем смолу отверждают.
• Достоинства: высокая прочность, модуль упругости, светопропускание, химическая стойкость, радиопрозрачность.
• Недостатки: старение и горючесть.
• Применение: светопроницаемые элементы, стойкие в химически агрессивных средах элементы, для конструкций, ограждающих радиоприборы.
• Стеклянное волокно: предел прочности при растяжении в 20-40 раз больше, чем у массивного стекла.
• Виды стеклопластиков: с прямолинейными непрерывными волокнами и с рублеными стекловолокнами.
• Элементарные волокна: диаметр 6-20 мкм, получают из расплавленной стеклянной массы.
• 100-200 элементарных волокон объединяют в нити, несколько десятков нитей объединяют в жгуты.
• Стекловолокно чувствительно к воздействию влаги, механическим повреждениям.

Стекловолокнистые наполнители

• Прямолинейные непрерывные волокна (в виде жгутов-резков длиной 50 мм).
• Рубленое стекловолокно (получают путем нарезания жгутов и распыления отрезков стекловолокна).
• Синтетическое связующее: придает монолитность, обеспечивает стабильность формы, распределение усилий между волокнами, защиту волокон от воздействий.
• Свойства стеклопластика зависят от вида наполнителя, содержания стекловолокна, механических свойств связующего и прочности соединения стекловолокна и связующего.
• Высокие механические свойства у стеклопластиков, армированных прямолинейным непрерывным стекловолокном (до 1000 МПа).
• В направлении поперечном расположению волокон, прочность невелика.
• Анизотропные материалы: стеклопластики, армированные в одном или по двум взаимно перпендикулярным направлениям.
• Изотропные материалы: стеклопластики, армированные рубленым стекловолокном (прочность 60-120 МПа).

Светопроницаемость стеклопластиков

• Некоторые марки имеют высокий коэффициент светопропускания (до 85%).
• Зависит от светопропускания смолы и стеклянного волокна, близости коэффициентов преломления этих компонентов.
• Полиэфирные смолы обладают наибольшим светопропусканием.
• Стеклопластики пропускают свет рассеянно, обеспечивая равномерную освещенность.
• Высокая ударная прочность.
• Стойкость против старения (введение добавок), свойства остаются неизменными в течение 15-20 лет.
• В зависимости от состава, стеклопластики являются сгораемыми и трудно сгораемыми.
• Светопрозрачные пластики выпускаются в больших объемах (плоский и волнистый стеклопластик полиэфирный листовой).
• Изготовление на установках непрерывного действия (листы толщиной 1,5-2,5 мм, продольный или поперечный гофр).
• Размеры волн стеклопластиковых листов увязаны с размерами асбестоцементных листов и листов из алюминиевых сплавов.
• Светонепроницаемые стеклопластики: марки АГ4С и В (волокно прямолинейное в виде нити или лент), для изделий в химически агрессивных средах.

Пенопласты

• Газонаполненные пластмассы с замкнутыми или сообщающимися ячейками, стенки которых состоят из твердой пластмассы.
• Небольшая плотность (10-200 кг/м³), низкая теплопроводность и достаточная прочность.
• Эффективны в трехслойных панелях в качестве среднего слоя (плотность 30-100 кг/м³).
• Используются термопластичные и термореактивные полимеры (полистирольные, поливинилхлоридные, фенолоформальдегидные, полиуретановые).
• Технологии изготовления: прессовая (пенопласты на основе термопластичных смол), беспрессовая (термореактивные смолы), технология заливочных пенопластов.
• Заливочные пенопласты: в требуемый объем заливается смесь, которая вспенивается.
• Механические свойства зависят от вида полимера, технологии вспенивания и плотности. Чем выше плотность, тем больше прочность.
• Теплостойкость: 60-70°C (термопласты), 100-130°C (термореактивные смолы).
• Разгораемость зависит от природы полимера и добавок (PSBS и FRP1 являются трудно сгораемыми и самозатухающими).

Органическое стекло и винипласт

• Термопластичные материалы для светопрозрачных элементов (купола, волнистые листы).
• Органическое стекло: прозрачный или окрашенный листовой материал из полиметилметакрилата.
• Изготавливается в формах из полированных листов силикатного стекла.
• Достоинства: высокая прочность, светопропускание, проницаемость для ультрафиолетовых лучей, высокая ударная прочность, медленное старение.
• Недостатки: невысокая теплостойкость, невысокая поверхностная твёрдость, лёгкая повреждаемость.
• Техническое оргстекло: размеры листов до 1,5-1,7 мм, толщина 0,8-40 мм.
• Прочность при 20°C: растяжение - 55 МПа, сжатие - 80 МПа; светопропускание до 92%.
• Винипласт: светопроницаемый и окрашенный в слабые цветные тона, листовой неармированный материал.
• Волнистые листы: толщина 1-2 мм, ширина до 1200 мм.
• Особенности: самозатухаемость, высокая химическая стойкость и меньшая стоимость.
• Недостатки: меньшее светопропускание, желтоватый оттенок, более интенсивное старение, невысокая теплостойкость, хрупкость при отрицательных температурах.

Воздухонепроницаемые ткани

• Для изготовления пневматических строительных конструкций.
• Ткани состоят из текстиля и эластичных покрытий.
• Текстиль: из высокопрочных синтетических волокон (полиамидные, полиэфирные).
  • Полиамидные волокна (капрон): высокая прочность, значительная растяжимость, малая стойкость против старения.
  • Полиэфирные волокна (лавсан): менее растяжимы, более стойки против старения.
• Текстиль имеет полотняное переплетение (основа - вдоль рулона, уток - поперёк).
• Покрытие: обеспечивает воздухонепроницаемость, плотность связи, защиту от старения.
  • Применяют резину на основе синтетических каучуков, эластичный пластифицированный поливинилхлорид.
• Размеры полотен: ширина до 1 м, длина до 20 м, толщина 1-2 мм, масса 0,5-1,5 кг/м2.
• Число слоев текстиля: однослойные и многослойные (до 3).
  • Многослойные ткани: параллельно дублированные, диагонально дублированные (под углом 45°).
• Промышленность выпускает: У-93 (однослойная), У-92 (двуслойная), 109F (двуслойная), 110F (трёхслойная).
• Свойства зависят от свойств текстиля и покрытий.
• Прочность зависит от прочности нити и текстиля вдоль действующей линии растяжения (вдоль основы выше, чем вдоль утка).
• Прочность параллельно дублированных тканей близка к суммарной прочности слоев.
• Диагональные слои повышают прочность не более чем на 10%, но повышают сопротивление сдвигу и разрыву.
• Максимальная прочность многослойных тканей на растяжении не достигает 200 кг/см.
• Деформативность значительна (предельная растяжимость - 30%).
• Старение происходит из-за воздействия кислорода, озона, солнечного света, влажности и температуры.
• Ткани сохраняют свои свойства при температуре до 50°C.
• Теплостойкость тоже достаточно высока и они могут эксплуатироваться при температуре дo 100°C.
• Недостатки: сгораемость и лёгкая повреждаемость.

Древесные пластики

• Древесно-слоистые пластики (ДСП): спрессованный шпон, пропитанный термореактивными смолами.
  • Марки: ДСП-Б (волокна от 1,5 до 1,2 слоев перпендикулярно волокнам остальных слоев), ДСП-В (волокна каждого слоя перпендикулярны волокнам смежных слоев).
  • Плотность: 1250-1300 кг/м³
  • Прочность при растяжении: ДСП-В составляет соответственно 260 и 140 мегапаскалей.
  • Высокая водостойкость, легко обрабатываются.
  • Ограниченное использование из-за высокой стоимости (небольшие детали и элементы соединений).
• Древесно-волокнистые плиты (ДВП): измельченные древесные волокна, скрепленные канифольной эмульсией и синтетическими связующими.
  • Рекомендуется применять плиты твердые и сверхтвердые. Менее плотные виды плит используют главным образом в строительства благодаря которым увеличивают их плотность и прочность.
  • Сверхтвердые плиты: толщина 3-4 мм, длина 1200-3600 мм, ширина 1000-1800 мм.
  • Твердые плиты: плотность не менее 850 кг/м³, прочность около 20 мегапаскалей, толщина 3-6 мм.
  • Применяют в качестве обшивок панели для перегородок и ребристый средний слой трехслойных панелей и подвесных потолков.
  • ДВП должны быть антисептированы.
• Древесно-стружечные плиты: горячее прессование древесных стружек, пропитанных термореактивными смолами.
  • Конструкционные плиты: тяжелые (ПТ, 650-800 кг/м³) и средней плотности (ПС, 500-650 кг/м³).
  • Прочность при растяжении: ПТ - 3,6-2,9 МПа, ПС - 2,9-2,1 МПа.
  • Толщина: 6-32 мм
  • Ширина: от 1,5 до 1750
  • Длина: до 3,5 метров.
  • Применяют для перегородок и подвесных потолков.

Неорганические материалы применяемые в сочетании с конструкционными пластмассами

• Алюминиевые сплавы, защищенная от коррозии сталь, асбестоцемент (и цсп) .
• Защищенная сталь: листы с защитным покрытием.
• Блокировка: нанесение защитной пластмассовой поливинилхлоренной плёнки (0,20-0,35 мм).
  • Лучшая атмосфера стойкости достигается, если пленка нанесена на предварительно оцинкованную поверхность стального листа.
  • Блокировка обеспечивает высокую адгезию, долговечность при истирании и не препятствует технологическим операциям.
• Другие способы защиты: эмалировка, алюминирование, окраска водостойкими красками.
• Алюминий (деформируемые сплавы): марка зависит от химического состава, сочетания поставки и термической обработки.
  • Средняя плотность 2,7 т/м³, модуль упругости 23 x 10^-6.
  • Свойства определяются маркой и состоянием поставки (прочность, коррозионная стойкость, технологичность, возможность сварки, эстетические качества).
  • В условных конструкциях алюминий используется в виде листов для обшивок, в виде профилей для обрамления панелей и устройства стыков.
• Асбестоцемент: смесь асбестовых волокон и цементного камня.
  • Плотность: 1600-2000 кг/м³, не горюч, недорогой.
  • Недостатки: хрупкость, невысокая прочность при растяжении, гигроскопичность.
  • Изделия: плоские листы, плиты (для обшивок трехслойных панелей), профили (для обрамления панелей).
  • Листы могут быть прессованными и непрессованными, марки от 200 до 400, толщина 6-10 мм.

Горение и защита деревянных конструкций

• Горение древесины: термическое разложение при высокой температуре с образованием горючих газов (CO, CO2, CH4 и др.).
• Древесина - сгораемый органический материал, но малая теплопроводность ограничивает горение наружными слоями.
• Предел огнестойкости: время, в течение которого нагруженный элемент сохраняет несущую способность при температуре пожара.
  • Крупные сечения имеют более высокие пределы огнестойкости.
• Воспламенение происходит при длительном нагревании (150°C) или быстром нагревании при более высокой температуре.
• Окружающий воздух (кислород) обогащает процесс горения и способствует распространению пламени.
• Конструкции из отдельных досок с зазорами нагреваются быстрее, чем монолитные.
• Цель защиты от возгорания - повышение предела огнестойкости.
• Это достигается мероприятиями конструктивной и химической защиты.
• Конструктивная защита: ликвидация условий для возникновения и расширения пожаров.
  • Недопустимо применение древесины в производственных зданиях с горячими процессами.
  • Разделение деревянных строений на части противопожарными преградами.
  • Отсутствие сообщающихся полостей с тягой воздуха в ограждающих конструкциях.
  • Использование массивных элементов.

Химическая защита от возгорания

• Применение в случаях, когда от ограждающих деревянных конструкций требуется повышенная степень огнестойкости.
• Противопожарные пропитки и окраска (антиперенами).
• Антиперены: вещества, которые плавятся или разлагаются при нагреве, образуя огнезащитные пленки или газовые оболочки, препятствующие доступу кислорода.
  • Пропитка производится под давлением в автоклавах, обычно с одновременной пропиткой антисептиками.
• Защитные краски: на основе жидкого стекла, суперфосфата и других веществ.
  • При нагревании пленки вспучиваются, создавая воздушную прослойку.

Гниение и защита деревянных конструкции

• Гниение: разрушение древесины дереворазрушающими грибами.
  • Грибы развиваются из спор.
  • Гифы разрушают клеточные оболочки, древесина окрашивается, покрывается трещинами и распадается.
• Условия для гниения: умеренно положительная температура (5-50°C), достаточная влажность, наличие воздуха.
  • Защита от гниения: исключение одного из условий, необходимых для жизнедеятельности грибов
• Стерилизация: уничтожение грибов и их спор высокой температурой.
  • Прогрев при температуре выше 80 градусов приводит к гибели всех присутствующих в ней спор домовых грибов.
• Конструктивная защита: обеспечение эксплуатации с влажностью ниже опасного уровня.
  • Полная водонепроницаемость кровли. Кровля должна иметь необходимые уклоны и в ней не должно выше уровня пола и грунта. Защита
  • Защита от конденсационной влаги (пароизоляция).
  • Хорошее проветривание древесины (осушающие продухи).
  • Проектирование без зазоров и щелей.
• Химическая защита: пропитка или покрытие антисептиками (водорастворимыми и маслянистыми).
  • Водорастворимые антисептики: бесцветные, без запаха, безвредные для людей (фтористые и кремниев, фтористы и натрий).
  • Маслянистые антисептики: имеют сильный неприятный запах и вредны для здоровья, используются для защиты конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе, в земле и над водой.
• Внесение антисептиков: пропитка под давлением в автоклаве, в горячих-холодных ваннах, нанесение на поверхность горячего раствора или пасты.
• Защита от насекомых: температурные и химические способы.
  • Химическая защита от загнивания, особенно маслянистыми антисептиками, одновременно надежно защищает ее и от жуков-точильщиков.
  • Для стрепления жуков и их личинок в древесине эксплуатируемых применяют окуривание ее ядовитыми газами и впрыскивание входа из жуков растворов ядовитых веществ

Коррозия и защита деревянных конструкций

• Коррозия древесины: разрушение под воздействием химически агрессивных веществ (кислот, щелочей, солей).
• Активность зависит от концентрации агрессивной среды и температуры.
• Слабая агресси массивная я среда оказывают лишь незначительное поверхностное воздействие.
• Средние и сильные агрессивные среды вызывают разрушение (изменение цвета, растворение целлюлозы, ослабление волокон.
• Защита: конструктивные и защитные мероприятия.
• Конструктивная защита: использование смолистой хвойной древесины, клееные или брусчатые сечения с минимальной поверхностью контакта с агрессивной средой, минимальное количество узловых соединений и металлических креплений.
• Защитные покрытия: лакокрасочные покрытия.
• В средних и сильных агрессивных средах - герметичные оболочки из химически стойких материалов.

Основы расчета элементов конструкции по предельным состояниям

• Расчет элементов конструкции по методу предельных состояний (состояние, за пределами которого эксплуатация невозможна).
• Виды предельных состояния:
  • По несущей способности, прочности и устойчивости (расчет на расчетной нагрузке).
  • По деформациям, прогибам и перемещениям (расчет на нормативной нагрузке).
• Основной принцип инженерного расчета: условие неразрушимости (предельная нагрузка должна быть меньше или равна наименьшей несущей способности конструкции, вычисленной с учетом рассеяния).
• Расчетные сопротивления определяются умножением основных расчетных сопротивлений на соответствующие коэффициенты.
• Расчетные сопротивления LVL бруса из одноправленного шпона представлены в таблице 5.2.
• Расчетные сопротивления LVL бруса из одноправленного шпона представлены в таблице 5.3.
• Расчетные сопротивления древесины, сосны и ели при длительном действии статической нагрузки умножаются на коэффициенты МП при расчете расчетных сопротивлений для древесины других пород. Коэффициенты при расчете МП для других пород древесины представлены в таблице 5.4.
• Клееные деревянные конструкции должны соответствовать ГОСТу 20850.
• Для конструкции эксплуатируемых при установившейся температуре воздуха до плюс 35 градусов умножается еще на коэффициент mt.
• Расчетные сопротивления, приведенные в таблице 5.1, 5.2 и 5.3, следует разделить на коэффициенты надежности по сроку службы.
• Упругие характеристики LVL при расчете по предельным состояниям второй группы вдоль волокон следует принимать по таблице 5 11.