Какие виды деревянных конструкций применяются в строительстве

Роль и значение дерева в строительстве

Известно, что по назначению деревянные строительные материалы довольно четко ранжированы на общестроительные и отделочные. Из первых возводят стены, перекрытия и другие конструкции, вторые используются в декоративных целях. Области взаимозаменяемости крайне ограничены. Так, например, толстой доской не обшивают стены даже из соображения улучшения звукоизоляции. А из тонкой вагонки не собирают каркас. Конечно, существуют отступления от правил, но реализация эксклюзивных решений всегда затратна и далеко не всегда оправдана. Не менее важно в строительстве, помимо данной классификации, четко ориентироваться в свойствах дерева и целесообразности его использования в определенной ситуации.

Ценные строительные свойства древесины определяют области ее эффективного использования. Малая плотность сухой древесины при сравнительно большой прочности и жесткости (вдоль волокон) делает целесообразным применение деревянных конструкций в покрытиях общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий. Экологическая чистота делает древесину особенно целесообразной для строительства жилья частного типа. В ограждающих частях отапливаемых зданий при этом хорошо используется малая теплопроводность сухой древесины поперек волокон.

Значение дерева в строительстве

Для несущих конструкций применяют сосну, ель, лиственницу, пихту, кедр. Лиственные породы — осина, березу, ольху, липу и тополь — применяют лишь в конструкциях временных зданий и сооружений, а также для устройства опалубки, лесов и подмостей. В наибольшей степени требованиям современного строительства отвечают клееные деревянные конструкции. Они позволяют повышать качество строительства и широко применять сборные детали любой формы и размеров. Клееные конструкции являются наиболее экономичными по расходу древесины.

Применение новых материалов типа водостойкой фанеры, древесностружечных и древесноволокнистых плит, древеснослоистых пластиков и фибролита позволяет использовать малопригодную для строительства древесину и отходы. Промышленное производство из высушенного материала и применение необходимых конструктивных и химических мероприятий по защите древесины от гниения и пожарной опасности создает условия для существенного повышения капитальности деревянных конструкций.

Отрицательные стороны деревянных сооружений

Хоть древесина и является надежным материалом, но неумелое обращение с ней приводит к ее полному разрушению. При грамотном монтаже, любая деревянная конструкция имеет длительный срок эксплуатации – от 10 до 20 лет.

Одна из основных ошибок начинающих строителей и, пожалуй, главных недостатков дерева – неустойчивость к высокой температуре. Данный органический материал начинает воспламеняться при температуре около 70-85 градусов, но многое зависит от породы использованного материала, а также вида детали, которая поддалась загоранию.

Второй минус – подверженность гниению. Внутри дерева содержится определенное количество влаги, которое может расти или напротив, уменьшаться. При избытке воды, деревянный элемент иссушается, покрывается трещинами и через некоторое время перестает держать прежнюю нагрузку.

В противоположном случае, дерево начинает гнить, что тоже приводит к разрушению сооружения.

Проблемы могут начаться, если разрушению поддается двутавр – «Н» — образный крепежный элемент. По своей прочности он превосходит даже швеллер, и вся основная нагрузка расположена на нем. Любые деформации или органические процессы разложение, происходящие с двутавром могут привести к необходимости капитального ремонта, а также обвалу конструкции, поэтому нужно быть внимательным и устранять потенциальные источники влаги. Рекомендуется устанавливать гидроизоляцию по всему потолку, а также полу.

Слишком массивная крыша может стать провокатором прогиба всей конструкции. Жесткой и твердость древесины гораздо меньше, чем у металла (за исключением дубовых балок), поэтому на ферме или ином сооружении нужно делать небольшую крышу, желательно с отсутствием чердака.

Это лишь небольшой перечень недостатков, имеются и другие факторы, к примеру, повреждение деревянных конструкций термитами, агрессивная химическая или органическая среда и т.д.

Но при грамотном монтаже и умной эксплуатации количество недостатков можно существенно уменьшить.

Преимущества разнообразных видов деревянных конструкций в строительстве

Преимущества деревянных конструкций весьма значительны. Строительство из дерева хорошо обеспечено материалами. Наша страна богата лесами, и древесины заготовляется достаточно для возведения нужного количества деревянных зданий и сооружений; химическая промышленность выпускает достаточно клеев для их склеивания. Обеспечено деревянное строительство и металлом для соединений.

Прочность всех видов деревянных конструкций вполне достаточна для выдерживания больших нагрузок, действующих на покрытия, мосты и эстакады. Вес деревянных конструкций значительно меньше веса конструкций из железобетона и камня. Они не нуждаются в массивных опорах и фундаментах. Легкие сборные деревянные конструкции могут доставляться в самые отдаленные районы страны.

При изготовлении различных видов деревянных конструкций не встречаются какие то затруднения и не требуется спец оборудования: деревянные элементы легко обрабатываются и отлично склеиваются.

Простые конструкции из дерева легко изготовить непосредственно на стройплощадке с помощью простейших ручных и электрических инструментов и простых соединений не болтах и гвоздях.

Легкие виды деревянных конструкций имеют малую теплопроводность и хорошо защищают помещения от наружной температуры (жары или холода), лучше сопротивляются разъедающему действию многих химических веществ, чем металл и бетон, и поэтому успешно используются в химическом строительстве.

На повторяющиеся и динамические нагрузки деревянные конструкции тоже работают лучше других материалов и поэтому успешно служат в мостах и меньше страдают от землетрясений.

Защита деревянных конструкций от гниения

Ранее упоминалось о том, что главной проблемой дерева является подверженность органическому разложению – гниению. В целом, это главная проблема любого строителя, как обеспечить длительный эксплуатационный срок материалу, склонному к разложению.

На стадии строительства, можно пропитать древесину специальным раствором, который удерживает уже имеющуюся влагу и не пропускает новую. Однако процесс все равно будет запущен, так как внутренняя жидкость начнет разрушать элемент изнутри.

Чтобы понять, как защитить деревянную конструкцию от нападения влаги, для начала стоит понять, каким бывает увлажнение:

• Погодное. Происходит вследствие таянья снега или дождя, густого тумана при наличии механических повреждений, отверстий или небольших трещин в кровле здания;
• Капиллярное. При неправильной установке гидроизоляции, а также повреждения в ней;
• Биологическое. Увлажнение за счет содержащейся внутри деревянного элемента влаги;
• Конденсат. В процессе испарения пара образуется жидкость, которая оседает на любых предметах и поверхностях. Чрезмерное содержание пара особо опасно для дерева, так как жидкость, содержащаяся в нем, проникает внутрь дерева, провоцируя процесс разложения изнутри.

По нормативным актам, исходная составляющая жидкости имеющейся в древесине не должна превышать 12%. Древесина с большим процентом содержания влаги должна использоваться лишь в хорошо обогреваемом помещении.

Итак, рассмотрим основные профилактические мероприятия, для защиты деревянных конструкций от разрушения:

• Применение в качестве основного материала иссушенные балки для изготовления клееных деревянных конструкций;
• На время установки, а также транспортировки нужно максимально защитить деревянную конструкцию от влаги;
• Монтирование и эксплуатация в хорошо отапливаемом помещении (рекомендуется круглосуточное отопление) с отсутствием чердачного помещения, а также подвальной комнаты;
• Применение качественной гидроизоляции более чем в 70% помещения. Особое внимание стоит уделить потолку, полу и кровле дома;
• Обеспечение должной системы вентилирования (при отсутствии свежего воздуха, влага в несколько раз быстрее разрушает дерево);
• Грамотное расположение гидроизоляции следом за теплоизоляцией. Теплоизолирующий материал должен быть расположен непосредственно с самой холодной стороны помещения, а вслед за ним – изолирующая жидкость материя.

Это далеко не всего способы сохранения деревянной конструкции от пагубного воздействия жидкости. Стоит помнить, что даже малейшее количество влаги способно стать провоцирующим фактором разрушающего процесса. Для балок, двутавра и крепежных элементов рекомендуется использовать специальное лаковое покрытие, которое обеспечит полную защиту от внешних факторов увлажнения, при этом сохранив необходимое количество жидкости внутри.

Это оптимальный и очень экономный вариант.

Основные изделия из дерева

Строительный ассортимент представлен следующими изделиями из древесины:

• 
  Бревно — строительный материал круглого сечения ручной или механизированной обработки. Бревно ручной рубки более долговечно в незащищенной снаружи конструкции, чем «оцилиндровка».
• «Оцилиндровка» (оцилиндрованное бревно) — бревно идеальной геометрии, которой добиваются механизированной обработкой. Оно существенно дороже бревна ручной рубки.
• Калиброванное бревно — бревно ручной рубки, отобранное по диаметру. Сруб из калиброванного бревна выглядит аккуратно. При диаметре бревна менее 25 сантиметров для зимнего проживания стены необходимо утеплить.
• Брус — деревянный материал квадратного или прямоугольного сечения. Благодаря ровным поверхностям он удобнее в отделке, чем бревно. Стены дома из бруса толщиной менее 20 сантиметров требуют утепления.
• Лафет — промежуточный вариант между бревном и брусом. Фактически это бревно с двумя параллельными плоскими сторонами.
• Брусок — пиломатериал прямоугольного сечения, толщиной до 100 миллиметров и шириной не более двойной толщины. Данный материал используется для создания каркасных конструкций и обрешеток.
• Доска — пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной более двойной толщины. Доски изготовляются из бревен или брусьев. Используются в строительстве, в мебельной промышленности, в производстве тары.

Различают несколько типов распиловки дерева в результате которой получается данное разнообразие изделий. При радиальной распиловке получаются износостойкие прочные доски высокого качества с равномерной текстурой. При тангенциальной — с красивой неоднородной текстурой и рисунком колец, но с меньшей прочностью.

Какую выбрать древесину

Считается, что лучшая строительная древесина — северная. В чем секрет северного леса? На севере лето короткое и прохладное, а влажность низкая. Годовой прирост древесины в северных широтах происходит медленнее. Как следствие — большая плотность, прочность материала, способность противостоять воздействию влаги, соответственно и большая долговечность.

Визуально северное дерево отличается большим количеством годовых колец в поперечном разрезе, их близким расположением друг к другу. Рисунок колец хорошо виден с торца доски, бревна, бруса. Только следует иметь в виду: наряду с распиловкой вдоль ствола, называемой радиальной, существует еще и тангенциальный распил, производимый под углом к центральной оси дерева. Чем больше угол, тем шире становятся годичные кольца и расстояния между ними, но видны они уже не со стороны торцов, а на пласти, продольной широкой стороне. Тангенциальная распиловка часто применяется при производстве декоративных отделочных материалов.

Определение влажности древесины

Не менее важным при выборе оптимального дерева для строительства является влажность материала. Остаточная влажность пиломатериалов (отборного, первого, второго и третьего сорта) не должна превышать 22%. Такое или более низкое значение достигается в процессе долговременного хранения или искусственной сушки. Проблема в том, что доска или брус из свежесрубленного дерева могут повести себя весьма коварно. Уменьшения линейных размеров, коробления, растрескивания невысушенная древесина не избежит, в результате чего даже аккуратно выполненная работа потребует переделки.

Существует технологическое правило, когда требуется строить рубленые дома не за один, а за два сезона. Год требуется выждать именно для того, чтобы стены прошли естественную усадку. Иначе перекосятся двери, потрескаются стекла в окнах, полы и потолки окажутся  все в щелях.

Если нет желания и возможности растягивать стройку на два года, тогда нужно использовать древесину уже выдержанную или прошедшую специальную обработку.

Термически обработанные и клееные материалы, характеризующиеся остаточной влажностью порядка 12 — 15 %, значительно ускоряют процесс строительства. Естественно, они дороже обычного дерева. Но в свою очередь термообработанная древесина минимально впитывает влагу, что расширяет возможности ее применения. Также она подходит для устройства террасных настилов, площадок перед бассейном, отделки саун и бань.

В последнее время довольно распространено строительство домов из клееного бруса. Это относительно новый продукт. Его производят путем склеивания предварительно высушенных заготовок или ламелей. Древесные волокна ламелей в слоях располагаются перпендикулярно относительно друг друга. Качественный клееный материал характеризуется идеальной стабильностью размеров, лучшей теплоизоляцией, большей прочностью, чем традиционные пиломатериалы.

Критерии выбора пиломатериалов

При выборе пиломатериалов обязательно смотрят на сортность, внешний вид и остаточную влажность. Если у вас нет специального прибора для измерения влажности древесины, ее уровень можно оценить по звуку, который издают доски при постукивании. Сухие звучат четко, а влажные глухо.

Критерии сортности (качества) определяются ГОСТом. Доска бывает пяти сортов, а брус только четырех. Для капитального строительства, в основном, подходят лишь отборный и первый сорт. Остальные нежелательны из-за наличия определенных дефектов.

Дефекты древесины

Дефекты дерева

• Гниль — на гнилом материале присутствуют более темные и рыжеватые места, гнилая древесина рыхлая и хрупкая.
• Грибок — виден серо-черный или голубоватый отлив на поверхности. Сам грибок не влияет на прочность дерева, но способствует его гниению. Лечится обработкой антисептиками.
• Заболонь — молодой, активно растущий слой ствола, окружающий ядро, часто отличающийся по цвету. Дефектом считается внутренняя заболонь.
• Закомелистость — частичное присутствие в материале древесины основания ствола, которая отличается иной структурой  и большей твердостью.
• Обзол — участок коры на кромках пиломатериала. Как следствие — неидеальная геометрия изделия. В дальнейшем возможно заражение дерева насекомыми-древоточцами, грибком.
• Прорость — живая или мертвая кора внутри дерева, образовавшаяся из-за его механического повреждения.
• Трещина — результат разрыва волокон. Одни образуются из-за климатических воздействий на живое дерево, другие — в процессе сушки пиломатериалов.
• Червоточины — поражения древесины в результате жизнедеятельности короеда. Снижают прочность материала.

Высшие сорта древесины

Самый дорогой отборный сорт допускает минимальное наличие сучков и торцевых трещин, а погрешность линейных размеров (непараллельность пластей) устанавливается в пределах 1 %. То есть геометрия высшего сорта практически идеальна. Какие либо болезни древесины исключены.

Первый сорт может иметь практически такую же безупречную геометрию, но допускает наличие здоровых сучков и трещин в несколько большем процентном соотношении. Возможно наличие специфических древесных пятен, таких как заболонные или грибные. Возможна и плесень на поверхности, характерная для летнего периода продаж, но занимаемая дефектами площадь не более 10 %. Гниль не допускается. Возможен незначительный обзол.

Бюджетные сорта

Основное преимущество пиломатериала второго сорта — низкая цена. Но даже второй сорт грешит уже существенным креном пластей и кромок, присутствием смоляных кармашков. Допускается значительный обзол, поражение грибком, наличие небольших пятен синеватого цвета. Подобные дефекты не проблема, если речь идет о временно возводимых конструкциях или скрытых элементах, таких как обрешетка. Также можно использовать обрезные доски второго сорта при изготовлении опалубки или строительных лесов.

Третий сорт древесины

Третий сорт допускает те же дефекты, что и второй, но в больших количествах. Возможно наличие и таких пороков, как прорости, гнилые сучки, червоточины. Допускаются пластевые и сквозные  трещины, в том числе выходящие на торец. В связи с этими признаками физические свойства древесины резко ухудшаются. Подобный материал годится лишь для строительства времянок, изготовления тары и опалубки.

Древесина самого низкого качества, четвертого сорта, не имеет ограничений по влажности, количеству обзолов, допускает червоточины, гниль, покоробленность по пласти и кромке.