Дерево как строительный материал: Древесина как строительный материал

Древесина как строительный материал

Древесина использовалась в качестве строительного материала в течение тысяч лет, уступая только камню с точки зрения его богатой и легендарной истории в мире строительства. Химические свойства древесины по своей сути сложны, но даже несмотря на эту проблему, люди успешно использовали уникальные характеристики древесины для создания, казалось бы, неограниченного множества структур и форм. Этот исключительно универсальный материал обычно используется для строительства домов, укрытий и лодок, но он также широко используется в индустрии мебели и домашнего декора.

Возможно, одним из самых больших преимуществ использования древесины в качестве строительного материала является то, что он является природным ресурсом, что делает его доступным и экономически целесообразным. Он необычайно прочен по отношению к его весу и обеспечивает хорошую изоляцию от холода. Древесина хорошо поддается механической обработке и может быть обработана ​​во все виды форм и размеров, чтобы соответствовать практически любой конструкции.

Древесина также является прекрасным примером экологически устойчивого продукта; она является биологически разлагаемым и возобновляемым, и имеет самый низкий углеродный след любого сопоставимого строительного материала. Кроме того, для получения древесины не требуется использование высокоэнергетических ископаемых видов топлива, в отличие от других обычных строительных материалов, таких как кирпич, сталь или пластик.

Дерево — это универсальное сырье и единственный возобновляемый строительный материал. Деревянные конструкции обычно характеризуются сочетанием различных компонентов, которые вместе обеспечивают максимально возможную несущую способность, тепловую, акустическую и влагоизоляцию, огнестойкость и длительный срок службы.

Увеличение доли древесины в строительстве может способствовать сокращению использования других строительных материалов, таких как бетон, сталь и кирпич. Эти строительные материалы поступают не из возобновляемого сырья, они требуют большой энергии для их производства и влекут за собой более высокие выбросы углекислого газа.

Долгосрочный план ЕС по конкурентоспособной экономике с низким уровнем выбросов углерода называется «дорожной картой 2050». Главной движущей силой этого перехода будет энергоэффективность. Низкоуглеродная экономика будет иметь гораздо большую потребность в возобновляемых источниках энергии, энергоэффективном производстве строительных материалов, энергоэффективных сооружениях и низкоэнергетических видах транспорта.

Какие бывают типы деревьев с точки зрения заготовки древесины?

Деревья делятся на экзогенные и эндогенные типы в зависимости от способа роста.

Экзогенные деревья растут снаружи. Горизонтальный срез такого дерева состоит из колец. Это годичные кольца, по ним определяют возраст дерева. Древесина, полученная из большинства экзогенных деревьев пригодна для многих инженерных целей и широко используются в строительстве. Экзогенные деревья подразделяются на хвойные и лиственные породы.

Хвойные породы, которые также называют вечнозелеными является источником мягкой древесины. Древесина этих деревьев светлого цвета, легкая по весу, с низкой плотностью и легко воспламеняющаяся. Примеры хвойных пород: сосна, пихта, секвойя, ель, кедр и т.д.

Деревья лиственных пород — поставщик твердой древесины. Этот типа деревьев имеет, как правило, листья большого размера, осенью они опадают и весной вырастают. Лиственные деревья наиболее пригодны для строительных целей. Древесина лиственных деревьев темного цвета, плотная, тяжелая и более устойчивая к возгоранию. Примеры: клен, красное дерево, дуб, тик, грецкий орех  и т.д.

Эндогенные деревья — это деревья, растущие внутри, они имеют волокнистую массу в центре. Древесина этих деревьев полезна в некоторых ограниченных инженерных целях. Примеры таких деревьев: бамбук, пальма, тростник и т.д.

Деревянные строительные элементы

Конструкционные элементы из дерева являются одними из старейших типов, используемых в строительстве. Основные преимущества деревянных строительных элементов конструкции — возможность использования местных материалов, небольшие габариты и транспортабельность. В современном строительстве есть два основных типа деревянных конструктивных элементов: построенные без клея, с частями из брусков и досок, имеющие гибкие соединения с колышками или гвоздями (например, металлические и деревянные трехгранные сегментированные фермы и составные балки) и клееные конструкционные элементы из клееной древесины, изготовленные на заводах.

Наиболее эффективными деревянными конструктивными элементами являются клееные, которые обладают рядом важных преимуществ. Они позволяют получить монолитные элементы практически любого размера и с любой формой поперечного сечения, которые имеют высокие несущую способность, прочность и огнеупорность. Еще одним преимуществом является то, что материал, состоящий из различных видов малогабаритных пиломатериалов, можно очень эффективно использовать. Структурные элементы из клееной древесины лучше всего использовать в качестве кровли и покрытий для производственных, сельскохозяйственных и общественных зданий (спортивные, выставочные), а также для некоторых промышленных зданий и сооружений (в том числе с химически агрессивной средой). Также они используются при строительстве шахтных сооружений, мостов, эстакад, зданий и сооружений на Крайнем Севере, в удаленных и сильно лесных районах, а также в сейсмоустойчивом строительстве.

Инструменты для работы с деревом:

Как выбрать электролобзик

Дерево как строительный материал — Построй свой дом

Дерево — это строительный материал, многообразно применяющийся в строительстве в течение тысяч лет. Конструкции крыш, стен, перекрытий, лестниц делаются часто из дерева. Во внутренней отделке дерево — также часто применяемый материал. Наряду с этим дерево применяется при устройстве опалубки.

Области применения природного сырья — древесины расширяются дальнейшей переработкой древесины в древесные строительные материалы, такие, как стружечные, волокнистые плиты и фанера. Причиной для многостороннего применения являются выгодные технические свойства, прекрасный внешний вид и экологические преимущества.

Чтобы правильно использовать дерево и древесные материалы, необходимы знания о росте и строении древесины, а также о свойствах различных пород дерева и различных типов древесных материалов.

Рост и строение древесины

Дерево само создает необходимые для своего роста вещества. Для этого оно через складчатые отверстия на нижней стороне листов забирает из воздуха углекислый газ. Кроме того, оно забирает из земли за счет всасывающей силы корней воду и передает ее до самых листьев. Перемещение воды происходит за счет отсоса, который возникает при испарении воды в листьях и который поддерживается диффузией и капиллярным действием.

Вода содержит питательные соли и микроэлементы, также, как, например, азот, фосфор, калий, кальций, магний и железо, которые необходимы рева для построения органических веществ и для поддержания жизни дерева. Дерево превращает с помощью зелени листвы (хлорофилла) и солнечного света воду и углекислый газ в сахар и крахмал и при этом выделяет кислород. Вместе с питательными солями из них образуется целлюлоза и другие органические вещества, такие как лигнин, смолы и жиры. Химическое превращение воспринятых веществ в органические вещества называют фотосинтезом, при этом необходима солнечная энергия (рис. «Питание дерева»).

Рост деревьев в наших широтах начинается весной и длится до конца лета и осени. В течение зимы рост замирает. Рост в длину начинается с появлением концевых и ростовых почек ствола, сучьев и веток. В почках находятся зоны роста или вегетации, в которых клетки непрерывно делятся и удлиняют ствол и ветви.

Рост в толщину происходит в камбие. Этот тонкий слой роста окружает древесную часть дерева и образует вовнутрь клетки древесины, а наружу — клетки мочала или луба. Так же, как и при росте в длину, клетки делятся и расширяются. В лубяной части строительные вещества транспортируются вниз в зоны роста и в накопительные клетки ветвей, ствола и корней. Лубяной слой образует снаружи корку, отмершие части которой называют древесной корой (рис. «Рост в толщину»).

Клетки древесины

Клетки древесины должны выполнять различные задачи, и поэтому их строение различно. Лиственные и хвойные деревья имеют различное клеточное строение. Соседние клетки связаны между собой узелками-порами. Поры — это сгруппированные попарно проницаемые тонкие места в стенках клеток, обеспечивающие перемещение воды и веществ между клетками.

В лиственной древесине поры состоят в основном из очень тонкого сетчатого волокнистого плетения с очень маленькими отверстиями, допускающими обмен веществ за счет диффузии.

В хвойной древесине поры называются придворными порами. В них между отверстиями в стенках клетках (порами) находится проницаемая средняя пластинка и запирающим слоем (торус) (рис. «Узелки — поры клетки хвойной древесины»). При повреждениях дерева и при высыхании упавших деревьев происходит закрытие пор. Поэтому некоторые породы хвойных деревьев трудно поддаются пропитке.

Древесная масса хвойной древесины состоит в основном из трахеидов. Эти клетки, которые встречаются только у хвойной древесины, придают дереву прочность и берут на себя транспортировку соков вверх. Они вытянуты в длину и образуют более 95% массы древесины. Питательные и способствующие росту вещества откладываются в расположенных преимущественно поперек направления волокон накопительных клетках.

Пример HTML-страницы

Древесная масса лиственных деревьев не имеет такой простой структуры, как у более рано появившихся на земле хвойных деревьев. Лиственная древесина наряду с опорными и накопительными клетками имеет специальные вытянутые в длину проводящие клетки, которые проводят сок и могут быть названы трахеями, сосудами или порами (табл. «Древесные клетки в лиственной древесине»). Величина и распределение этих проводящих клеток имеют большое влияние на структуру древесины. Поэтому различают крупнопористую, мелкопористую древесину, а также древесину с кольцевыми порами и с неравномерно распределенными порами (рис. «Крупнопористая древесина с кольцевыми порами»). Мелкопористая древесина — например, у лесного и красного бука, а также у клена; к крупнопористым относятся, например, дуб и ясень.

Строение древесины

Образовавшиеся при росте в толщину древесные клетки окружают в виде колец отмершие трубочки сердцевины, из которых развилось дерево. Появившиеся весной и в начале лета древесные клетки более широкие и тонкостенные и имеют более светлый цвет (ранняя древесина). Поэтому дерево мягкое и легкое. Образованные в конце лета клетки — толстостенные, более узкие и более темного цвета (поздняя древесина). Поэтому поздняя древесина соответственно тверже и тяжелее, чем ранняя древесина.

Полный рост в толщину за один год состоит, таким образом, из ранней древесины и поздней древесины и образует годовое кольцо. По числу годовых колец можно определить возраст дерева, если их сосчитать на срезе у самой земли (рис. «Поперечный распил ствола с годовыми кольцами»). Деревья из тропических регионов растут не в годовом ритме и поэтому не имеют строения в виде годовых колец.

Внешние годовые кольца служат для транспортировки воды и соков дерева. Эта часть дерева называется заболонью. У большого числа пород деревьев с увеличением возраста наступает изменение ядра. Более старые внутренние годовые кольца принимают на себя проводку воды и соков и заполняются откладывающимися в древесине веществами, такими, как дубильные и красящие вещества, смола, воск и жир. Эти темные внутренние слои называют древесиной ядра. Древесина ядра тяжелее, прочнее и долговечнее заболони.

Деревья, имеющие наряду с заболонью древесину ядра, называют деревьями с ядровой древесиной. К ним относятся, например, сосна, лиственница, дуб (рис. «Заболонная составляющая древесины»).

У некоторых видов деревьев заболонь идет от сердцевины до камбия насквозь. К этим равномерным по твердости заболоневым деревьям относятся, например, граб обыкновенный, липа, береза и клен.

Пример HTML-страницы

У других видов деревьев имеет место образование древесины ядра, но при этом не наступает изменение цвета. Эту древесину, например у пихты, ели и красного бука (бука лесного), называют древесиной спелых пород.

Если ствол дерева разрезать в разных направлениях, то можно ясно увидеть строение древесины (рис. «Плоскости распила полнотелого дерева»). Различают:

• Поперечный или лобовой распил
• Сердцевина, годовые кольца, луб и кора видны в виде колец. Соответственно, видны древесина ядра, заболонь, сердцевинные лучи и поры.
• Радиальный или зеркальный распил
• Годовые кольца образуют параллельные полоски. Иногда они видны из-за разрезанных сердцевинных лучей («зеркал»).
• Хордовый или тангенциальный распил
• Вследствие омоложения ствола возникает параболический рисунок, называемый тангенциальностью.

Если в распилах видны более широкие годовые кольца, получившиеся вследствие буйного роста, говорят о грубогодичной древесине. Тонкие годовые кольца образуют тонкогодичную древесину. Тонкогодичная древесина — особенно ценная, так как она мало деформируется при усушке.

Состав древесины

Древесные клетки состоят из стенок клеток и водянистого содержимого, так называемого клетчатого сока (протоплазмы), который у свежей древесины может составлять больше половины древес-ной массы.

Древесина (ее материал) образуется деревянным каркасом стенок клеток. Она состоит у всех пород деревьев из одинакового количества химических элементов, из которых образуются различные соединения (рис. «Химический состав древесной субстанции»). Составляющие материала древесины — это целлюлоза и целлюлозо-подобные материалы (семицеллюлозы), лигнин и вещества, содержащиеся в древесине, такие как смола, терпентин, жир, воск, красители и неорганические микроэлементы.

• Целлюлоза — образует каркас древесины.
• Лигнин — обеспечивает прочность на сжатие (одревление).
• Вещества, содержащиеся в клетках древесины, — влияют на окраску, запах, стойкость против насекомых и грибков.

Экологическое значение дерева

Содержание и уход за лесом не только имеют экономическое значение, но и экологически очень целесообразны, так как леса способствуют сохранению жизненного пространства для людей, животных и растений и тем самым вносят важный вклад в защиту окружающей среды. Наряду с функцией использования и защиты лес служит также местом отдыха для людей.

Леса необходимы для обеспечения экологического равновесия, так как они существенно способствуют поддержанию чистоты воздуха и улучшению климата, а также защите ландшафта.

• Деревья связывают углекислый газ поглощением СO₂ и выделением кислорода в воздух. Содержание СO₂ в атмосфере и связанный с ним парниковый эффект уменьшается.
• Леса связывают частицы пыли и копоти.
• Почва защищается от переноса силами природы (эрозии), и предотвращается образование карста и оврагов.
• Ограничивается образование снежных лавин, камнепадов и оползней.
• Лес долго сохраняет влажность почвы и медленно отдает воду. Это создает сбалансированный климат и уменьшает понижение уровня грунтовых вод. Опасность наводнений, в особенности при таянии снегов, ограничивается.

Применение дерева в строительстве целесообразно с точки зрения защиты окружающей среды также и потому, что дерево — возобновляемое сырье, и поэтому другими сырьевыми материалами, запасы которых ограничены, можно пренебречь.

Кроме того, при изготовлении, переработке и уничтожении отходов дерево требует немного энергии. Так как дерево — относительно легкий материал, который почти везде имеется в наличии, затраты энергии на его транспортировку также малы. За счет дальнейшей переработки остатков древесины исключаются ее отходы.

Пример HTML-страницы

Древесина: строительный материал для высотных зданий

• Опубликовано: 11 июля 2017 г.

• Гвидо Виммерс ¹  

Материалы для обзора природы
том 2 , Номер статьи: 17051 (2017)
Процитировать эту статью

• 1454 доступов

• 63 Цитаты

• 4 Альтметрический

• Сведения о показателях

Предметы

• Гражданское строительство
• Машиностроение
• Конструкционные материалы

Древесина имеет большой потенциал в качестве строительного материала, поскольку она прочная и легкая, экологически чистая и может использоваться в сборных домах. Однако только изменения в строительных нормах сделают древесину конкурентоспособной со сталью и бетоном.

Древесина не является новым строительным материалом; на самом деле, это один из самых старых. Почти на каждом континенте и почти в каждой культуре древесина использовалась для строительства жилья на протяжении многих тысяч лет. В прошлом древесина обычно использовалась для строительства больших сооружений, таких как храмы, башни и мосты. Однако, за исключением небольших жилых домов в Северной Америке, некоторых частях Азии и Скандинавии, использование дерева в строительстве сегодня очень редко: во многих частях мира дерево было заменено кирпичом, сталью и бетоном. Страх перед огнем, вероятно, является самой большой причиной отказа от дерева как строительного материала и замены его негорючими материалами. Тем не менее, некоторые из материалов, используемых для замены дерева, хотя и негорючие, по иронии судьбы могут хуже работать в случае пожара (например, сталь обычно выходит из строя быстрее, чем дерево, и может расширяться, вызывая более быстрое разрушение), факт, который в значительной степени игнорируется. строительной отраслью, владельцами зданий и регулирующими органами.

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение

Соответствующие статьи

Статьи открытого доступа со ссылками на эту статью.

• Влияние частичной делигнификации на зависимость напряжения от деформации при поперечном сжатии.

  • Матиас Якоб
  • и Вольфганг Гиндл-Альтмуттер

  Журнал материаловедения
  Открытый доступ
  01 января 2023 г.

• Многомасштабные определяющие упругие отношения без потерь с искусственным интеллектом

  • Джабер Резаи Мианруди
  • , Шахед Резаи
  •  … Дирк Раабе

  npj Вычислительные материалы
  Открытый доступ
  12 апреля 2022 г.

• Показатели качества бревен с плантаций Eucalyptus nitens, влияющие на объем и восстановление стоимости конструкционных пиломатериалов

  • Мишель Балассо
  • , Марк Хант
  •  … Джулианна О’Рейли-Вапстра

  Европейский журнал древесины и изделий из дерева
  Открытый доступ
  15 февраля 2022 г.

Варианты доступа

Подпишитесь на этот журнал

Получите 12 цифровых выпусков и онлайн-доступ к статьям

118,99 € в год

всего 9,92 € за выпуск

Узнать больше

Взять напрокат или купить эту статью

Пользуйтесь только этой статьей столько, сколько вам нужно рассчитываются во время оформления заказа

Информация об авторе

Авторы и филиалы

1. Университет Северной Британской Колумбии, 3333 University Way, Prince George, V2N 4Z9, Британская Колумбия, Канада

   Гвидо Виммерс

Авторы

1. Гвидо Виммерс

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

Автор, ответственный за корреспонденцию

Гвидо Виммерс.

Декларация этики

Конкурирующие интересы

Автор не заявляет об отсутствии конкурирующих интересов.

Права и разрешения

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Эту статью цитирует

• Призыв к эффективному использованию дерева в строительстве

  • Максимилиан Прамрайтер
  • Тобиас Неннинг
  • Йоханнес Коннерт

  Материалы Nature Reviews (2023)

• Влияние частичной делигнификации на зависимость напряжения от деформации при поперечном сжатии.

  

  • Маттиас Якоб
  • Вольфганг Гиндл-Альтмуттер

  Журнал материаловедения (2023)

• Получение ультраогнестойких древесных материалов с механическим усилением и водостойкостью путем биомиметической минерализации карбонатного апатита

  • Дэн Мэн
  • Кайхао Ван
  • Шэн Чжан

  Целлюлоза (2023)

• Многомасштабные определяющие упругие отношения без потерь с искусственным интеллектом

  • Джабер Резаи Мианруди
  • Шахед Резаи
  • Дирк Раабе

  npj Расчетные материалы (2022)

• Высокие механические свойства и превосходная анизотропия двойного синергетического сетчатого геля из древесных волокон для сенсоров, взаимодействующих между человеком и компьютером.

  

  • Сюэвэнь Хань
  • Сяошуай Хань
  • Цзюньвэнь Пу

  Целлюлоза (2022)

Преимущества использования дерева в строительстве

Что может сделать древесина?

РЫНОЧНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАТОР

Будь тем, кто расширился.

Эстетические, биофильные и другие преимущества использования древесины позволяют выделиться на рынке и повысить общую стоимость проекта.

Древесина может внести свой вклад в торговое предложение проекта и создать теплую, красивую среду, которая понравится новому поколению экологически мыслящих сотрудников, жителей и жильцов. Некоторые строители и застройщики сообщают о более высоких ставках продаж, аренды и/или аренды деревянных зданий по сравнению с аналогичными конструкциями из недеревянного дома.

Добавленная стоимость

Деньги растут на деревьях.

Застройщик Clay Creative, деревянного офисного здания в Портленде, штат Орегон, сообщает, что арендаторы были готовы платить на 7 долларов больше за квадратный фут, чем аналогичное недеревянное строение, расположенное через реку в центре города.

Смотреть видео

Clay Creative

Фото: Christian Columbres | Mackenzie Architects

Посмотреть проект

Быстро и эффективно

Дерево-экономика.

Древесина — это экологически чистый, ценный строительный материал. Строительство из дерева эффективно, часто выполняется быстрее, чем с использованием других систем, и его можно строить круглый год практически в любом климате. Древесина часто может быть получена из лесов Северной Америки и часто дешевле, чем альтернативные строительные материалы. Он легко доступен и, как правило, доставляется быстрее, чем другие материалы.

New Energy Works Tomorrowland интерьер

Фото: Скотт Хеменуэй

ADAPTABLE

Дерево сделает все для вас.

Древесина также хорошо подходит для дополнений и модернизации. Деревянные системы можно относительно легко демонтировать, а материалы можно использовать в другом месте.

Квартиры тамплиеров

Фото: Промышленная фотография | Lintack Architects Inc.

Посмотреть проект

Обучение и готовность

Эксперты по эффективности.

Роберт Альварадо

Исполнительный директор

Региональный совет плотников Северной Калифорнии

Наши члены обучены, квалифицированы и готовы к работе».

Обучение подрядчиков WoodWorks

Готова ли ваша команда к меняющейся среде застройки? Подготовьтесь к работе с массивной древесиной.

Узнайте об обучении подрядчиков

СОВРЕМЕННЫЙ МНОГОСЕМЕЙНЫЙ ДОМ

Естественная среда обитания человека.

Поскольку многие города борются с кризисом доступного жилья, древесина может сыграть важную роль, улучшив доступ к экономичным, удобным и безопасным жилым помещениям.

U of W Mercer Court / Elm Hall

Фото: Benjamin Benschneider | Mahlum Architects

Посмотреть проект

Многоквартирные проекты.

ВЫНОС НА ПРОСТРАНСТВЕ

Био-чувство хорошее!

Это привело к увеличению использования таких материалов, как дерево, в качестве ключевого элемента биофильного и научно обоснованного дизайна. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что люди чувствуют себя лучше, когда воздействуют на дерево в здании, и многие дизайнеры ссылаются на теплые и естественные свойства дерева как на причину его использования.

Хотите знать, почему нам нравится дерево? Прочитайте этот технический документ.

CLT Демонстрационный проект пассивного дома

Placetailor

Посмотреть проект

Привнесите внешнее внутрь с помощью этих советов по биофильному дизайну.