Строение, пороки и качество древесины

В результате растительного происхождения и условий произ­растания дерева древесина имеет трубчатое слоистоволокнистое строение. Основную массу древесины составляют древесные волок­на, расположенные вдоль ствола. Они состоят из удлиненных пу­стотелых оболочек отмерших клеток (трахеидов почти прямоуголь­ной формы, средней ширины 50 мкм и длины 3 мм) органических веществ (целлюлозы и лигнина).

Древесные волокна располагаются концентрическими слоями вокруг оси ствола, которые называют годичными слоями потому, что каждый слой нарастает в течение года. Они хорошо заметны в виде ряда колец на поперечных разрезах стволов, особенно хвой­ных деревьев, и по их количеству можно определить возраст де­рева. Каждый годичный слой состоит из двух частей. Внутренний более широкий и светлый слой состоит из мягкой ранней древеси­ны, образующейся весной, когда дерево растет быстро. Клетки ранней древесины имеют более тонкие стенки и широкие полости. Наружный узкий темный слой состоит из более твердой поздней древесины, образующейся летом. Клетки поздней древесины имеют более толстые стенки и узкие полости. Плотность и прочность дре­весины зависят от относительного содержания в ней поздней древе­сины, которое у сосны, например, колеблется от 10 до 30% (рис. 2.2).

Средняя часть стволов сосны, кедра и лиственницы имеет более темный цвет, содержит больше смолы и называется ядром. Сред­няя часть стволов ели и пихты содержит меньше воды и состоит из так называемой спелой древесины. Кроме этих основных частей в древесине имеются горизонтальные сердцевинные лучи, мягкая сердцевина, смоляные ходы, сучки, и снаружи она покрыта мягкой корой.

Качество лесоматериалов определяется в основном степенью од­нородности строения древесины, от которой зависит ее прочность.

f)

Неоднородность строения древесины возникает в процессе роста дерева, хранения лесоматериалов на складах, сушки, обработки и в процессе эксплуатации конструкций. Степень однородности дре­весины определяется размерами и количеством участков, где од­нородность ее строения нарушена и прочность снижена. Такие участки на­зывают пороками. Основными недопу­стимыми пороками древесины являют­ся гниль, червоточина и трещины в зо» нах скалывания в соединениях.

Наиболее распространенными и не­избежными пороками древесины явля­ются сучки — заросшие остатки быв­ших ветвей дерева. Основные волокна древесины ствола, ранее образовав­шие сучок, затем обходят его, отклоня­ясь в этом месте от своего продольного направления и образуя так называе­мый завитод. Сучки являются допуска­емыми, но строго ограничиваемыми по­роками.,

Наклон волокон (прежний косо­слой) относительно оси элемента тоже является распространенным и допуска­емым с ограничениями пороком. Он образуется в результате природного винтообразного расположения волокон в стволе, а также при распиловке бре­вен в результате их сбега. Трещины, возникающие при высыхании древесины, тоже отно­сятся к числу ограниченно допускаемых пороков. К порокам отно­сятся также мягкая сердцевина, выпадающие сучки и другие ме­нее распространенные нарушения однородности строения древе» сины.

Качество лесоматериалов определяется сортом (отборным, I, II, III и IV), устанавливаемым в зависимости от вида, величины, расположения и количества пороков. Однако такая общая клас­сификация не полностью учитывает действительное влияние поро­ков на работу элементов деревянных конструкций при различных видах напряженного состояния. Поэтому все элементы деревянных конструкций разделяются на три категории качества — I, II и III в соответствии с табл. 2, каждая из которых содержит свои ограничения по порокам, указанные в табл. 3 и 4 СНиП Категория I включает наиболее ответственные и напряженные растянутые элементы. Их прочность больше всего зависит от по­роков древесины. Это отдельные растянутые стержни и доски ра­стянутых зон клееных балок высотой сечения более 50 см. В них сумма поперечных размеров сучков в сечении не должна превы-

Рис. 2.2. Строение хвойной дре­весины:

а — поперечное сечение ствола; б — пласть доски; в — микрострук­тура; / — годовые слои; 2 — ядро; 3 — заболонь; 4 — сердцевина; 5 — ранние слои; 6 — позднние слои; 7 — клетки-трахеиды

Рис. 2.3. Категории элементов по качеству древесины

I—Ill — категории; / — сучки; 2 — наклон волокои

шать 'Л ширины или диаметра элемента, а наклон волокон должен быть не более 7% в пиломатериале и 10% в бревне (рис. 2.3).

Категория II включает сжатые и изгибаемые элементы. Их прочность меньше зависит от пороков, поскольку при изгибе и потере устойчивости максимальные напряжения действуют только в крайних зонах сечений. Это отдельные сжатые стержни, доски-крайних зон клееных балок высотой менее 50 см, доски крайней сжатой зоны и рас­тянутой зоны, расположен­ной выше досок I категории в клееных балках высотой более 50 см, и доски край­них зон прочих клееных сжатых, изгибаемых и сжа­то-изгибаемых стержней. В них сумма поперечных раз­меров сучков,, в сечении не должна превышать ^! /з ши­рины элемента или диамет­ра, а наклон волокон дол­жен быть не более 10% в пиломатериалах и 15% в бревне.

Категория III включает доски менее напряженных средних клееных сжатых, изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов, а также мало ответственные элементы настилов и обрешеток, от ко­торых не зависит прочность конструкции в целом. В них сумма поперечных размеров сучков не должна превышать '/2 ширины сечения, а наклон волокон не должен превосходить 15%.

Зоны по высоте клееных балок принимаются равными не ме­нее 0, 17 высоты сечения и не менее высоты двух досок. Размеры сучков поперек волокон суммируются на длине 20 см. Более под­робно ограничения пороков по категориям элементов указаны в упомянутых таблицах норм.