Drewno konstrukcyjne

Bardzo duży samonośny drewniany dach. Zbudowany na Expo 2000 , Hanower, Niemcy
75-mieszkaniowy budynek mieszkalny, wykonany głównie z drewna, w Mission w Kolumbii Brytyjskiej

Drewno konstrukcyjne , zwane także drewnem masowym , drewnem kompozytowym , drewnem sztucznym lub płytą przemysłową , obejmuje szereg pochodnych produktów drzewnych , które są wytwarzane przez wiązanie lub mocowanie pasm, cząstek, włókien lub fornirów lub desek z drewna wraz z kleje lub inne metody mocowania w celu utworzenia materiału kompozytowego . Panele różnią się rozmiarem, ale mogą mieć wymiary powyżej 64 na 8 stóp (19,5 na 2,4 m), aw przypadku drewna klejonego krzyżowo (CLT) mogą mieć dowolną grubość od kilku cali do 16 cali (410 mm) lub więcej . Produkty te są konstruowane zgodnie z precyzyjnymi specyfikacjami projektowymi, które są testowane w celu spełnienia norm krajowych lub międzynarodowych oraz zapewniają jednolitość i przewidywalność ich parametrów konstrukcyjnych. Produkty z drewna konstrukcyjnego są wykorzystywane w różnych zastosowaniach, od budowy domów, przez budynki komercyjne, po produkty przemysłowe. Produkty mogą być stosowane do belek stropowych i belek, które zastępują stal w wielu projektach budowlanych. Termin drewno masowe opisuje grupę materiałów budowlanych, które mogą zastąpić elementy betonowe. Przyjęcie masowego drewna na szeroką skalę i zastąpienie stali i betonu w nowych projektach budowlanych średniej wysokości w nadchodzących dziesięcioleciach może pomóc w złagodzeniu zmian klimatu .

Zazwyczaj produkty z drewna inżynieryjnego są wykonane z tego samego drewna liściastego i miękkiego , które są używane do produkcji tarcicy . Skrawki tartaczne i inne odpady drzewne mogą być wykorzystywane do obróbki drewna złożonego z cząstek lub włókien drzewnych, ale całe kłody są zwykle używane do fornirów, takich jak sklejka , płyta pilśniowa o średniej gęstości (MDF) lub płyta wiórowa . Niektóre produkty z drewna inżynieryjnego, takie jak płyty OSB, mogą wykorzystywać drzewa z rodziny topoli, pospolitych, ale niekonstrukcyjnych gatunków.

Kompozyt drewno-plastik , jeden rodzaj drewna konstrukcyjnego

Alternatywnie, możliwe jest również wyprodukowanie podobnego bambusa z bambusa; oraz podobne przetworzone celulozowe z innych materiałów zawierających ligninę , takich jak słoma żytnia , słoma pszenna , słoma ryżowa , łodygi konopi , łodygi kenafu lub pozostałości trzciny cukrowej , w którym to przypadku nie zawierają prawdziwego drewna, ale raczej włókna roślinne .

Meble w paczkach są zwykle wykonane z drewna sztucznego ze względu na niskie koszty produkcji i niewielką wagę.

Rodzaje produktów

Produkty z drewna inżynieryjnego w sklepie Home Depot

Istnieje szeroka gama produktów z drewna konstrukcyjnego, zarówno do zastosowań konstrukcyjnych, jak i niekonstrukcyjnych. Ta lista nie jest wyczerpująca i ma na celu pomóc w kategoryzacji i rozróżnieniu różnych rodzajów drewna konstrukcyjnego.

Panele drewnopochodne

Drewniane panele konstrukcyjne to kolekcja płaskich produktów panelowych, szeroko stosowanych w budownictwie do poszycia, desek, szafek i stolarki oraz mebli. Przykłady obejmują sklejkę i płytę o wiórach zorientowanych (OSB). Niekonstrukcyjne panele drewnopochodne to produkty z płaskich paneli, stosowane w niekonstrukcyjnych zastosowaniach konstrukcyjnych i meblarskich. Panele niekonstrukcyjne są zwykle w ostatecznej postaci pokrywane farbą, fornirem lub papierem żywicznym. Przykłady obejmują płyty pilśniowe i płyty wiórowe.

Sklejka

Sklejka , drewniany panel konstrukcyjny, jest czasami nazywana oryginalnym produktem z drewna. Sklejka jest produkowana z arkuszy forniru krzyżowo laminowanego i łączona pod wpływem ciepła i ciśnienia za pomocą trwałych, odpornych na wilgoć klejów. Zmieniając kierunek słojów forniru z warstwy na warstwę lub „ustawiając krzyżowo”, maksymalizuje się wytrzymałość i sztywność panelu w obu kierunkach. Inne konstrukcyjne panele drewniane obejmują zorientowane płyty wiórowe i strukturalne panele kompozytowe.

Płyta z wiórami zorientowanymi

Płyta OSB (Oriented Strand Board) to drewniana płyta konstrukcyjna wytwarzana z prostokątnych pasm drewna, które są zorientowane wzdłużnie, a następnie układane warstwami, układane w maty i łączone za pomocą odpornych na wilgoć, utwardzanych termicznie klejów. Poszczególne warstwy mogą być ułożone krzyżowo, aby zapewnić wytrzymałość i sztywność panelu. Podobnie jak w przypadku sklejki, większość płyt OSB jest dostarczana z większą wytrzymałością w jednym kierunku. Włókna drewna w najbardziej zewnętrznej warstwie po każdej stronie deski są zwykle ułożone w najsilniejszym kierunku deski. Strzałki na produkcie często określają najsilniejszy kierunek deski (w większości przypadków wysokość lub najdłuższy wymiar). Produkowana w ogromnych, ciągłych matach płyta OSB jest solidnym panelem o stałej jakości, bez zakładek, szczelin i pustych przestrzeni. Płyty OSB są dostarczane w różnych wymiarach, wytrzymałościach i poziomach wodoodporności.

Płyty OSB i sklejka są często używane zamiennie w budownictwie.

Płyta pilśniowa

Płyty pilśniowe o średniej gęstości (MDF) i płyty pilśniowe o dużej gęstości ( płyta pilśniowa pilśniowa lub HDF) są wytwarzane przez rozbicie pozostałości drewna twardego lub miękkiego na włókna drzewne, połączenie ich z woskiem i spoiwem żywicznym oraz formowanie paneli poprzez zastosowanie wysokiej temperatury i ciśnienia. MDF jest używany w zastosowaniach niekonstrukcyjnych.

Płyta wiórowa

Płyta wiórowa jest produkowana z wiórów drzewnych, wiórów tartacznych, a nawet trocin oraz żywicy syntetycznej lub innego odpowiedniego spoiwa, które jest prasowane i wytłaczane. Ostatnie badania wykazały, że z odpadów rolniczych, takich jak łuski ryżu czy perliczki, można wyprodukować trwałą płytę wiórową. Płyta wiórowa jest tańsza, gęstsza i bardziej jednolita niż konwencjonalne drewno i sklejka i zastępuje je, gdy koszt jest ważniejszy niż wytrzymałość i wygląd. Główną wadą płyty wiórowej jest to, że jest ona bardzo podatna na rozszerzanie się i odbarwianie pod wpływem wilgoci, zwłaszcza gdy nie jest pokryta farbą ani innym impregnatem. Płyta wiórowa jest używana w zastosowaniach niekonstrukcyjnych.

Strukturalne drewno kompozytowe

Strukturalna tarcica kompozytowa (SCL) to klasa materiałów wykonanych z warstw fornirów, pasm lub płatków połączonych klejami. W przeciwieństwie do drewnianych paneli konstrukcyjnych, strukturalne produkty z drewna kompozytowego mają na ogół wszystkie włókna słojów zorientowane w tym samym kierunku. Rodzina produktów z drewna inżynierskiego SCL jest powszechnie stosowana w tych samych zastosowaniach konstrukcyjnych, co konwencjonalna tarcica i drewno, w tym krokwie, nadproża, belki, belki stropowe, deski obrzeża, kołki i kolumny. Produkty SCL mają wyższą stabilność wymiarową i zwiększoną wytrzymałość w porównaniu z konwencjonalnymi produktami z drewna.

Fornir laminowany

Tarcica z forniru laminowanego (LVL) jest produkowana przez łączenie cienkich fornirów drewnianych w duży kęs, podobny do sklejki. Ziarno wszystkich fornirów w kęsie LVL jest równoległe do kierunku dłuższego (w przeciwieństwie do sklejki). Powstały produkt charakteryzuje się ulepszonymi właściwościami mechanicznymi i stabilnością wymiarową, które oferują szerszy zakres szerokości, głębokości i długości produktu niż konwencjonalna tarcica.

Pasmo równoległe

Tarcica równoległa (PSL) składa się z długich pasm forniru ułożonych równolegle i połączonych ze sobą za pomocą kleju w celu utworzenia gotowej sekcji konstrukcyjnej. Stosunek długości do grubości splotów w PSL wynosi około 300. Mocny, spójny materiał, ma wysoką nośność i jest odporny na naprężenia sezonowe, dzięki czemu dobrze nadaje się do stosowania jako belki i słupy do słupów i belek konstrukcyjnych oraz do belek, nadproży i nadproży do lekkich konstrukcji szkieletowych.

Laminowane pasmo

Tarcica z wiórów laminowanych (LSL) i tarcica z wiórów zorientowanych (OSL) są wytwarzane z wiórów drzewnych o wysokim stosunku długości do grubości. W połączeniu z klejem pasma są orientowane i formowane w dużą matę lub kęs i prasowane. LSL i OSL zapewniają dobrą siłę trzymania elementu złącznego i wydajność łącznika mechanicznego i są powszechnie stosowane w różnych zastosowaniach, takich jak belki, nadproża, kołki, deski obręczy i elementy frezarskie . LSL jest wytwarzany ze stosunkowo krótkich pasm - zwykle o długości około 1 stopy (0,30 m) - w porównaniu do pasm o długości od 2 do 8 stóp (0,61–2,44 m) używanych w PSL. Stosunek długości do grubości pasm wynosi około 150 dla LSL i 75 dla OSL.

dwuteowniki

Dwuteowniki to elementy konstrukcyjne w kształcie litery „ I ” przeznaczone do stosowania w konstrukcjach podłóg i dachów. Belka dwuteowa składa się z pasów górnych i dolnych o różnych szerokościach połączonych środnikami o różnych głębokościach. Kołnierze są odporne na typowe naprężenia zginające, a środnik zapewnia ścinanie . Belki dwuteowe są przeznaczone do przenoszenia ciężkich ładunków na duże odległości przy użyciu mniejszej ilości tarcicy niż belki stropowe z litego drewna o wymiarach niezbędnych do wykonania tego samego zadania. Od 2005 r. około połowa wszystkich podłóg z lekką drewnianą ramą była oparta na dwuteownikach. [ potrzebne źródło ]

Drewno masowe

Drewno masowe, znane również jako drewno konstrukcyjne, to klasa dużych drewnianych elementów konstrukcyjnych stosowanych w budownictwie. Masowe elementy drewniane wykonane są z tarcicy lub fornirów sklejanych za pomocą klejów lub łączników mechanicznych. Niektóre rodzaje drewna masowego, takie jak drewno klejone i klejone, istnieją od ponad stu lat. Drewno masowe cieszy się rosnącą popularnością w ostatniej dekadzie ze względu na rosnące obawy dotyczące trwałości materiałów budowlanych oraz zainteresowanie prefabrykacją, budową poza placem budowy i modularyzacją, do których dobrze nadaje się drewno masowe. Zaletą różnych rodzajów drewna masowego jest krótszy czas budowy, ponieważ elementy są produkowane poza placem budowy i wstępnie wykończone do dokładnych wymiarów w celu prostego mocowania na miejscu. Wykazano, że drewno masowe ma właściwości konstrukcyjne konkurencyjne w stosunku do stali i betonu, otwierając możliwość budowania dużych, wysokich budynków z drewna. Szeroko zakrojone badania wykazały naturalne właściwości ognioodporne drewna masowego – przede wszystkim dzięki tworzeniu się warstwy zwęglonej wokół słupa lub belki, która zapobiega przedostawaniu się ognia do wewnętrznych warstw drewna. W uznaniu udowodnionych właściwości konstrukcyjnych i odporności ogniowej drewna masowego, Międzynarodowy Kodeks Budowlany, norma wzorcowa, która stanowi podstawę wielu przepisów budowlanych w Ameryce Północnej, przyjął nowe przepisy w cyklu norm z 2021 r., które zezwalają na stosowanie drewna masowego w budynkach o wysokiej wznieść konstrukcję do 18 pięter.

Drewno klejone krzyżowo

Drewno klejone krzyżowo (CLT) to wszechstronny wielowarstwowy panel wykonany z tarcicy. Każda warstwa desek jest ułożona prostopadle do sąsiednich warstw w celu zwiększenia sztywności i wytrzymałości. Jest stosunkowo nowy i zyskuje coraz większą popularność w budownictwie, ponieważ może być stosowany do dużych rozpiętości i wszelkich elementów konstrukcyjnych, np. stropów, ścian czy dachów.

Drewno klejone

Drewno klejone (glulam) składa się z kilku warstw drewna wymiarowego sklejonych ze sobą klejami odpornymi na wilgoć, tworząc duży, mocny element konstrukcyjny, który może być używany jako pionowe słupy lub poziome belki. Glulam może być również produkowany w zakrzywionych kształtach, co zapewnia dużą elastyczność projektowania.

Drewno klejone na kołki

Drewno klejone kołkami (DLT) jest mniej znanym rodzajem produktu z drewna masowego. Wykonuje się go, umieszczając obok siebie wiele desek z drewna iglastego, z których każda ma otwór, dzięki czemu kołek z twardego drewna może być wciskany przez wszystkie z nich. Gdy kołek z twardego drewna wysycha, aby osiągnąć równowagową zawartość wilgoci z drewnem iglastym, rozszerza się na otaczające deski, tworząc połączenie. Zastosowanie połączenia kołkowego eliminuje konieczność stosowania jakichkolwiek metalowych łączników lub klejów.

Drewno klejone gwoździami

Drewno klejone gwoździami (NLT) to masowy produkt drzewny składający się z równoległych desek mocowanych gwoździami. Można go używać do tworzenia podłóg, dachów, ścian i szybów wind w budynku. Jest to jeden z najstarszych rodzajów drewna masowego, używany w budownictwie magazynowym w okresie rewolucji przemysłowej . Podobnie jak DLT, nie stosuje się żadnych chemicznych klejów, a włókna drzewne są zorientowane w tym samym kierunku.

Podłoga z drewna klejonego

Panele podłogowe to rodzaj produktu podłogowego, podobnego do podłogi z twardego drewna, wykonanego z laminowanych warstw drewna lub kompozytu drewnopochodnego. Deski podłogowe są zwykle frezowane z profilem na pióro i wpust na krawędziach, aby zapewnić spójne połączenie między deskami.

Płytka

Lamela jest wierzchnią warstwą drewna, która jest widoczna po zamontowaniu. Zazwyczaj jest to przetarty kawałek drewna. Drewno można ciąć w trzech różnych stylach: piłowane płasko, ćwiartowane i ryftowe.

Rodzaje rdzenia/podłoża

  1. Konstrukcja ze sklejki drewnianej („rdzeń warstwowy”): wykorzystuje wiele cienkich warstw drewna sklejonych ze sobą. Ziarno drewna każdej warstwy przebiega prostopadle do warstwy znajdującej się pod nią. Stabilność uzyskuje się dzięki zastosowaniu cienkich warstw drewna, które mają niewielką lub żadną reakcję na zmiany klimatyczne. Dodatkową stabilizację drewna zapewnia równy nacisk wzdłużny i poprzeczny wywierany przez prostopadłe do siebie warstwy.
  2. Konstrukcja z rdzeniem palcowym: Podłogi drewniane z rdzeniem palcowym są wykonane z małych kawałków frezowanego drewna, które biegną prostopadle do górnej warstwy (lameli) drewna. Mogą być 2-warstwowe lub 3-warstwowe, w zależności od ich przeznaczenia. Jeśli jest trójwarstwowa, trzecią warstwą jest często sklejka biegnąca równolegle do lameli. Stabilność uzyskuje się dzięki słojom biegnącym prostopadle do siebie, a rozszerzanie się i kurczenie drewna jest zmniejszane i przenoszone do środkowej warstwy, co zapobiega powstawaniu szczelin lub zagłębień w podłodze.
  3. Płyta pilśniowa: Rdzeń składa się z płyty pilśniowej o średniej lub dużej gęstości. Podłogi z rdzeniem z płyty pilśniowej są higroskopijne i nigdy nie należy ich narażać na działanie dużej ilości wody lub bardzo wysokiej wilgotności - rozszerzanie się spowodowane wchłanianiem wody w połączeniu z gęstością płyty pilśniowej spowoduje utratę jej formy. Płyta pilśniowa jest tańsza niż drewno i może emitować wyższe poziomy szkodliwych gazów ze względu na stosunkowo wysoką zawartość kleju.
  4. Technologiczna konstrukcja podłogi, która jest popularna w niektórych częściach Europy, to lamele z twardego drewna, rdzeń z drewna iglastego ułożony prostopadle do lameli oraz końcowa warstwa spodnia z tego samego szlachetnego drewna, z którego wykonano lamele. Czasami na tylną warstwę stosuje się inne szlachetne gatunki drewna liściastego, ale muszą one być kompatybilne. Wielu uważa, że ​​jest to najbardziej stabilna podłoga inżynierska.

Inne rodzaje drewna modyfikowanego

W ostatnich latach wprowadzono nowe techniki w dziedzinie inżynierii drewna. Naturalne drewno jest przetwarzane w laboratoriach za pomocą różnych zabiegów chemicznych i fizycznych w celu uzyskania dostosowanych właściwości mechanicznych, optycznych, termicznych i przewodzących poprzez wpływ na strukturę drewna.

Drewno zagęszczone

Zagęszczone drewno można uzyskać za pomocą mechanicznej prasy na gorąco do sprasowania włókien drzewnych, czasami w połączeniu z chemiczną modyfikacją drewna. Wykazano, że procesy te zwiększają gęstość trzykrotnie. Oczekuje się, że ten wzrost gęstości zwiększy proporcjonalnie wytrzymałość i sztywność drewna. Nowsze badania połączyły procesy chemiczne z tradycyjnymi mechanicznymi metodami prasowania na gorąco. Te procesy chemiczne rozkładają ligninę i hemicelulozę , które naturalnie występują w drewnie. Po rozpuszczeniu pozostałe pasma celulozy są mechanicznie prasowane na gorąco. Wykazano, że w porównaniu z trzykrotnym wzrostem wytrzymałości obserwowanym w przypadku samego prasowania na gorąco, drewno poddane obróbce chemicznej daje 11-krotną poprawę. Ta dodatkowa wytrzymałość pochodzi z wiązań wodorowych utworzonych między wyrównanymi nanowłókien celulozy.

Zagęszczone drewno posiadało właściwości wytrzymałości mechanicznej porównywalne ze stalą stosowaną w budownictwie, otwierając drzwi do zastosowań zagęszczonego drewna w sytuacjach, w których drewno o zwykłej wytrzymałości zawodzi. Z ekologicznego punktu widzenia drewno wymaga znacznie mniej dwutlenku węgla do wytworzenia niż stal.

Drewno wydajne termicznie

Usuwanie ligniny z drewna ma kilka innych zastosowań, poza zapewnianiem korzyści konstrukcyjnych. Delignifikacja zmienia mechaniczne, termiczne, optyczne, płynne i jonowe właściwości i funkcje naturalnego drewna i jest skutecznym podejściem do regulacji jego właściwości termicznych, ponieważ usuwa przewodzący ciepło składnik ligniny, jednocześnie generując dużą liczbę nanoporów w ścianach komórkowych które pomagają ograniczyć zmiany temperatury. Delignifikowane drewno odbija większość padającego światła i wydaje się białe. Białe drewno (znane również jako „nanodrewno”) ma wysokie zamglenie odbicia, a także wysoką emisyjność w zakresie fal podczerwonych . Te dwie cechy generują pasywny chłodzenia radiacyjnego , ze średnią mocą chłodzenia 53 W⋅m -2 w okresie 24 godzin, co oznacza, że ​​drewno to nie „absorbuje” ciepła, a zatem emituje tylko ciepło w nim zawarte. Co więcej, białe drewno nie tylko ma niższą przewodność cieplną niż drewno naturalne i ma lepsze parametry termiczne niż większość dostępnych na rynku materiałów izolacyjnych . Modyfikacja mezoporowatej drewna jest odpowiedzialna za zmiany parametrów użytkowych drewna.

Białe drewno można również poddać procesowi prasowania, podobnie jak w przypadku drewna zagęszczonego, co zwiększa jego właściwości mechaniczne w porównaniu z drewnem naturalnym (8,7 razy większa wytrzymałość na rozciąganie i 10 razy większa wytrzymałość). Termiczne i strukturalne zalety nanodrzewa czynią go atrakcyjnym materiałem do energooszczędnego budownictwa. Jednak zmiany dokonane we właściwościach strukturalnych drewna, takie jak wzrost porowatości strukturalnej i częściowo izolowane celulozowe , pogarszają wytrzymałość mechaniczną materiału. Aby poradzić sobie z tym problemem, zaproponowano kilka strategii, z których jedna polega na dalszym zagęszczaniu struktury, a druga na wykorzystaniu sieciowania . Inne sugestie obejmują hybrydyzację naturalnego drewna z innymi cząstkami organicznymi i polimerami w celu poprawy jego termoizolacyjnych .

Drewno nadające się do formowania

Stosując podobne techniki modyfikacji chemicznej jak drewno zagęszczane chemicznie, drewno można uczynić niezwykle podatnym na formowanie za pomocą kombinacji delignifikacji i obróbki szokowej wodą. Jest to nowa technologia i nie jest jeszcze stosowana w procesach przemysłowych. Jednak wstępne testy wykazują obiecujące korzyści w postaci ulepszonych właściwości mechanicznych, przy czym formowane drewno wykazuje wytrzymałość porównywalną z niektórymi stopami metali.

Przezroczyste kompozyty drzewne

Przezroczyste kompozyty drewniane to nowe materiały, obecnie wytwarzane tylko w skali laboratoryjnej, które łączą przezroczystość i sztywność w procesie chemicznym, który zastępuje związki pochłaniające światło, takie jak lignina , przezroczystym polimerem.

Korzyści dla środowiska

Wraz ze wzrostem globalnej populacji w takim tempie, jakie jest obecnie, pojawi się ogromne zapotrzebowanie na nowe mieszkania, budynki komercyjne i infrastrukturę, aby wszyscy mogli się utrzymać. Głównymi materiałami używanymi do budowy tych budynków są stal i beton, ale emitują tony dwutlenku węgla (CO 2 ) do atmosfery, co nie jest dobre dla środowiska. Materiałem, który może potencjalnie zmniejszyć emisję dwutlenku węgla, jest drewno konstrukcyjne, jeśli zastępuje ono beton stalowy jako główny materiał w konstrukcji budynków. Budynki wykonane z drewna konstrukcyjnego nie tylko pochłaniają dwutlenek węgla , ale wytwarzają również mniej emisji w procesie produkcyjnym niż stal i cement, które emitują dużo CO2 w wyniku procesów chemicznych związanych z ich produkcją. Na przykład w 2014 r. produkcja stali i cementu wyniosła odpowiednio około 1320 megaton (Mt) CO2 i 1740 Mt CO2 , co stanowiło około 9% światowych emisji CO2 w tym roku . W badaniu, w którym nie wzięto pod uwagę potencjału sekwestracji węgla drewna inżynieryjnego, stwierdzono, że do 2050 r. można wyeliminować około 50 Mt CO 2 e (ekwiwalent dwutlenku węgla) przy pełnym wykorzystaniu hybrydowego systemu budowlanego wykorzystującego drewno inżynieryjne i stal. Biorąc pod uwagę dodatkowe skutki, jakie sekwestracja węgla może mieć w całym okresie użytkowania materiału, redukcje emisji w przypadku drewna konstrukcyjnego są jeszcze bardziej znaczące, ponieważ drewno laminowane, które nie jest spalane pod koniec swojego cyklu życia, pochłania około 582 kg CO 2 / m 3 , podczas gdy żelbet emituje 458 kg CO 2 /m 3 , a stal 12,087 kg CO 2 /m 3 .

Nie ma silnego konsensusu co do pomiaru potencjału sekwestracji węgla przez drewno. W ocenie cyklu życia sekwestrowany węgiel jest czasami nazywany węglem biogennym. ISO 21930, norma regulująca ocenę cyklu życia, wymaga, aby węgiel biogenny z produktu drzewnego mógł być uwzględniony jako wkład ujemny (tj. sekwestracja węgla), jeśli produkt drzewny pochodzi z lasu zarządzanego w sposób zrównoważony. Zasadniczo oznacza to, że drewno musi posiadać certyfikat FSC lub SFI, aby kwalifikować się jako sekwestrator dwutlenku węgla.

Zalety

Produkty z drewna konstrukcyjnego są wykorzystywane na różne sposoby, często w zastosowaniach podobnych do produktów z litego drewna :

  • Drewno masowe (MT) jest lekkie, co pozwala na łatwe przenoszenie, produkcję i transport drewna. Dzięki temu jest opłacalny i łatwy w użyciu na miejscu.
  • MT oferuje większą wytrzymałość i sztywność (w oparciu o stosunek wytrzymałości do masy), zwiększoną stabilność wymiarową i jednolitość konstrukcji.
  • W porównaniu ze stalą/betonem budynki budowane metodą MT zużywają do 15% mniej energii ze względu na mniejszą ilość energii potrzebnej do wytworzenia tych produktów z drewna.
  • Budynki MT oszczędzają średnio 20-25% czasu w porównaniu z konwencjonalnymi budynkami stalowo-betonowymi i 4,2% kosztów kapitałowych.
  • Produkty MT pochłaniają węgiel i przechowują go w sobie przez cały okres użytkowania. Używanie tego zamiast betonu i stali w budynkach zmniejszy emisje zawarte w budynkach.
  • Korzystanie z MT daje szacunkowe oszczędności około 20% węgla zawartego w materiale w porównaniu ze stalą lub betonem. Wynika to z faktu, że MT jest znacznie lżejszy w porównaniu z tymi dwoma materiałami, więc transport maszyn na miejsce i po dostarczeniu jest mniej intensywny.
  • Produkty MT charakteryzują się również wysokim poziomem szczelności i niskimi współczynnikami przewodnictwa cieplnego, co oznacza, że ​​powietrze z wnętrza nie może się wydostać, a ciepło nie jest łatwo tracone.
  • Budynki zbudowane przez MT bardzo dobrze radzą sobie z wstrząsami sejsmicznymi, ponieważ mają mniej więcej połowę masy i połowę sztywności w porównaniu z budynkami z betonu zbrojonego, których właściwości są pożądane. Połowa sztywności sprawia, że ​​budynki MT są plastyczne, co prowadzi do odporności na odkształcenia boczne bez uszczerbku dla integralności strukturalnej budynku.
  • MT jest do pewnego stopnia ognioodporny. Chociaż jest uważany za materiał palny, MT pali się powoli iw przewidywalny sposób. Podczas spalania na zewnątrz tworzy się zwęglona warstwa, która chroni wewnętrzne warstwy drewna. Jednak gdy zwęglona warstwa odpadnie, wewnętrzne warstwy zostaną odsłonięte, co może zagrozić integralności materiału.

Wszystkie produkty z drewna masowego oferują różnego rodzaju korzyści, które można zobaczyć w następujący sposób:

  • CLT: Zapewnia wysoką stabilność wymiarową, wysoką wytrzymałość i sztywność oraz jest łatwy w produkcji.
  • Glulam: oferuje wysoką wytrzymałość i sztywność, jest wydajny strukturalnie i może być wytwarzany w skomplikowanych kształtach.
  • NLT: Nie wymaga żadnego specjalistycznego sprzętu do produkcji, jest opłacalny i łatwy w obsłudze.
  • DLT: Zapewnia wysoką stabilność wymiarową, jest łatwy i bezpieczny w produkcji i nie wymaga stosowania metalowych łączników ani kleju.
  • SCL: Jest w stanie wytrzymać większe obciążenia w porównaniu z litym drewnem i nie jest podatny na kurczenie się, pękanie lub wypaczanie.

W niektórych zastosowaniach produkty z drewna konstrukcyjnego mogą być preferowane w stosunku do litego drewna ze względu na pewne zalety komparatywne:

  • Ponieważ drewno konstrukcyjne jest dziełem człowieka, można je zaprojektować tak, aby spełniało wymagania dotyczące wydajności specyficzne dla danego zastosowania. Wymagane kształty i wymiary nie wpływają na wymagania drzewa źródłowego (długość lub szerokość drzewa)
  • Produkty z drewna konstrukcyjnego są wszechstronne i dostępne w szerokiej gamie grubości, rozmiarów, klas i klas trwałości ekspozycji, dzięki czemu produkty te idealnie nadają się do stosowania w nieograniczonych zastosowaniach budowlanych, przemysłowych i domowych.
  • Produkty z drewna inżynierskiego są projektowane i wytwarzane w celu maksymalizacji naturalnej wytrzymałości i sztywności drewna. Produkty są bardzo stabilne, a niektóre oferują większą wytrzymałość konstrukcyjną niż typowe drewniane materiały budowlane.
  • Drewno klejone warstwowo ( glulam ) ma większą wytrzymałość i sztywność niż drewno o porównywalnych wymiarach, a funt za funt jest mocniejsze niż stal.
  • Panele z drewna konstrukcyjnego są łatwe w obróbce przy użyciu zwykłych narzędzi i podstawowych umiejętności. Można je ciąć, wiercić, frezować, łączyć, kleić i mocować. Sklejkę można wyginać, tworząc zakrzywione powierzchnie bez utraty wytrzymałości. Duże rozmiary paneli przyspieszają budowę, zmniejszając liczbę elementów, które należy przenosić i instalować.
  • Produkty z drewna inżynieryjnego są bardziej efektywnym wykorzystaniem drewna, ponieważ mogą być wykonane z drewna, które ma wady, gatunki niewykorzystane lub mniejsze kawałki drewna, co umożliwia również wykorzystanie mniejszych drzew
  • Drewniane kratownice są konkurencyjne w wielu zastosowaniach dachowych i stropowych, a ich wysoki stosunek wytrzymałości do masy pozwala na duże rozpiętości, oferując elastyczność w układach podłóg.
  • zrównoważonego projektowania zalecają stosowanie drewna inżynieryjnego, które można wyprodukować ze stosunkowo małych drzew, zamiast dużych kawałków litej tarcicy wymiarowej , co wymaga wycięcia dużego drzewa.

Niedogodności

  • Podobnie jak w przypadku drewna litego, w przypadku wystawienia na działanie wysokiej wilgotności lub termitów nastąpi biodeterioracja i/lub rozkład grzybów, co zmniejszy integralność strukturalną i trwałość produktu z drewna; zasadniczo drewno zacznie gnić.
  • Budzi obawy dotyczące potencjalnego powszechnego wylesiania, ale można go złagodzić za pomocą planu zrównoważonej gospodarki leśnej.
  • Budynki MT są podatne na oscylacje powodowane przez wiatr ze względu na względną elastyczność materiału MT, która może powodować dyskomfort dla osób przebywających w budynku.

Wszystkie produkty z drewna masowego mają różne wady, które można zobaczyć w następujący sposób:

  • CLT i Glulam: Oba mają wysokie koszty.
  • NLT: Wykonanie jest pracochłonne i istnieje znaczny potencjał błędu ludzkiego.
  • DLT: Ma ograniczoną wielkość i grubość panelu.
  • SCL: Ma ograniczone wymiary i grubość paneli i jest bardziej odpowiedni dla niskich budynków.

W porównaniu z litym drewnem przeważają następujące wady:

  • Do ich wytworzenia wymagają więcej energii pierwotnej niż drewno lite.
  • Kleje stosowane w niektórych produktach mogą być toksyczne. Problemem związanym z niektórymi żywicami jest uwalnianie formaldehydu w produkcie końcowym, często obserwowane w przypadku produktów związanych z mocznikiem i formaldehydem .

Nieruchomości

Sklejka i płyta OSB mają zwykle gęstość 560–640 kg/m 3 (35–40 funtów/stopę sześcienną). Na przykład poszycie ze sklejki o grubości 9,5 mm ( 3/8 cala) lub ( . poszycie z płyty OSB ma zwykle gęstość powierzchniową 4,9–5,9 kg/m2 1–1,2 funta/stopę kwadratową) Wiele innych drewnopochodnych ma gęstość znacznie wyższą niż płyta OSB.

Kleje

Rodzaje klejów stosowanych w drewnie sztucznym obejmują:

Bardziej inkluzywnym terminem są kompozyty strukturalne . Na przykład siding z cementu włóknistego jest wykonany z cementu i włókna drzewnego, podczas gdy płyta cementowa to płyta cementowa o niskiej gęstości, często z dodatkiem żywicy, pokryta siatką z włókna szklanego .

Obawy zdrowotne

Podczas gdy formaldehyd jest niezbędnym składnikiem metabolizmu komórkowego u ssaków , badania powiązały długotrwałe wdychanie gazów formaldehydowych z rakiem. Stwierdzono, że opracowane kompozyty drewniane emitują potencjalnie szkodliwe ilości formaldehydu na dwa sposoby: nieprzereagowany wolny formaldehyd i chemiczny rozkład klejów żywicznych. W przypadku dodania nadmiernych ilości formaldehydu do procesu, nadmiar nie będzie miał żadnego dodatku do wiązania i może z czasem wyciekać z produktu drzewnego. Tanie kleje mocznikowo-formaldehydowe (UF) są w dużej mierze odpowiedzialne za emisje zdegradowanej żywicy. Wilgoć rozkłada słabe cząsteczki UF, powodując potencjalnie szkodliwe emisje formaldehydu. McLube oferuje środki antyadhezyjne i uszczelniacze do płyt przeznaczone dla producentów, którzy stosują kleje UF o obniżonej zawartości formaldehydu i kleje melaminowo-formaldehydowe. Wielu producentów płyt o wiórach zorientowanych (SB) i sklejki stosuje fenol-formaldehyd (PF), ponieważ fenol jest znacznie skuteczniejszym dodatkiem. Fenol tworzy wodoodporne wiązanie z formaldehydem, które nie ulega degradacji w wilgotnym środowisku. Nie stwierdzono, aby żywice PF stwarzały znaczące zagrożenie dla zdrowia ze względu na emisje formaldehydu. Podczas gdy PF jest doskonałym klejem, przemysł drzewny zaczął przechodzić na spoiwa poliuretanowe, takie jak pMDI, aby osiągnąć jeszcze większą wodoodporność, wytrzymałość i wydajność procesu. PMDI są również szeroko stosowane w produkcji sztywnych pianek poliuretanowych i izolatorów do chłodnictwa. PMDI przewyższają inne kleje żywiczne, ale są bardzo trudne do uwolnienia i powodują gromadzenie się na powierzchni narzędzi.

Łączniki mechaniczne

Niektóre produkty z drewna konstrukcyjnego, takie jak DLT, NLT i niektóre marki CLT, można montować bez użycia klejów przy użyciu łączników mechanicznych lub stolarki. Może to obejmować profilowane, łączone deski blokujące, metalowe mocowania, gwoździe lub kołki do drewna.

Przepisy budowlane i normy

Przez lata w budynkach stosowano drewno masowe, do Międzynarodowego Kodeksu Budowlanego (IBC) dodano i przyjęto przepisy, aby stworzyć dla nich standardy prawidłowego użytkowania i postępowania. Na przykład w 2015 r. CLT zostało włączone do IBC. IBC 2021 to najnowsze wydanie przepisów budowlanych, w którym dodano trzy nowe przepisy dotyczące budownictwa z materiałów drewnianych. Nowe trzy typy konstrukcji, IV-A, IV-B i IV-C, pozwalają na stosowanie drewna masowego w budynkach o odpowiednio do 18, 12 i dziewięciu kondygnacjach.

Następujące normy odnoszą się do produktów z drewna konstrukcyjnego:

  • EN 300 — Płyty o wiórach zorientowanych (OSB) — Definicje, klasyfikacja i specyfikacje
  • EN 309 — Płyty wiórowe — Definicja i klasyfikacja
  • EN 338 – Drewno konstrukcyjne – Klasy wytrzymałości
  • EN 386 — Drewno klejone warstwowo — wymagania użytkowe i minimalne wymagania produkcyjne
  • EN 313-1 — Sklejka — Klasyfikacja i terminologia Część 1: Klasyfikacja
  • EN 313-2 — Sklejka — Klasyfikacja i terminologia Część 2: Terminologia
  • EN 314-1 — Sklejka — Jakość klejenia — Część 1: Metody badań
  • EN 314-2 — Sklejka — Jakość klejenia — Część 2: Wymagania
  • EN 315 — Sklejka — Tolerancje wymiarów
  • EN 387 – Drewno klejone warstwowo – połączenia klinowe – wymagania eksploatacyjne i minimalne wymagania produkcyjne
  • EN 390 - Drewno klejone warstwowo — wymiary — dopuszczalne odchylenia
  • EN 391 — Drewno klejone warstwowo — próba ścinania linii kleju
  • EN 392 — Drewno klejone warstwowo — Próba ścinania linii kleju
  • EN 408 — Konstrukcje drewniane — Drewno konstrukcyjne i drewno klejone warstwowo — Oznaczanie niektórych właściwości fizycznych i mechanicznych
  • EN 622-1 — Płyty pilśniowe — Specyfikacje — Część 1: Wymagania ogólne
  • EN 622-2 — Płyty pilśniowe — Specyfikacje — Część 2: Wymagania dotyczące płyt pilśniowych
  • EN 622-3 — Płyty pilśniowe — Specyfikacje — Część 3: Wymagania dotyczące płyt średnich
  • EN 622-4 — Płyty pilśniowe — Specyfikacje — Część 4: Wymagania dotyczące płyt miękkich
  • EN 622-5 — Płyty pilśniowe — Specyfikacje — Część 5: Wymagania dotyczące płyt produkowanych na sucho (MDF)
  • EN 1193 — Konstrukcje drewniane — Drewno konstrukcyjne i drewno klejone warstwowo — Oznaczanie wytrzymałości na ścinanie i właściwości mechanicznych w kierunku prostopadłym do włókien
  • EN 1194 — Konstrukcje drewniane — Drewno klejone warstwowo — Klasy wytrzymałości i określanie wartości charakterystycznych
  • EN 1995-1-1 — Eurokod 5: Projektowanie konstrukcji drewnianych — Część 1-1: Ogólne — Wspólne reguły i reguły dotyczące budynków
  • EN 12369-1 — Płyty drewnopochodne — Wartości charakterystyczne dla projektów konstrukcyjnych — Część 1: Płyty OSB, wiórowe i pilśniowe
  • EN 12369-2 — Płyty drewnopochodne — Wartości charakterystyczne dla projektów konstrukcyjnych — Część 2: Sklejka
  • EN 12369-3 — Płyty drewnopochodne — Wartości charakterystyczne dla projektów konstrukcyjnych — Część 3: Płyty z litego drewna
  • EN 14080 — Konstrukcje drewniane — Drewno klejone warstwowo — Wymagania
  • EN 14081-1 — Konstrukcje drewniane — Drewno konstrukcyjne o przekroju prostokątnym o stopniowanej wytrzymałości — Część 1: Wymagania ogólne
  • ISO 21930:2017 – Zrównoważony rozwój budynków i obiektów inżynierii lądowej i wodnej – Podstawowe zasady dotyczące deklaracji środowiskowych wyrobów budowlanych i usług

Przykłady masowych konstrukcji drewnianych

Plyscrapers

Plyscrapers to drapacze chmur, które są częściowo lub w całości wykonane z drewna. Na całym świecie zbudowano wiele różnych drapaczy chmur, w tym Ascent MKE i budynek Stadthaus .

Budynek Ascent MKE został wybudowany w 2022 roku w Milwaukee w stanie Wisconsin i jest najwyższym wieżowcem, w którym zastosowano elementy z drewna o różnej masie w połączeniu ze stalą i betonem. Ten drapacz chmur ma 87 metrów wysokości i 25 pięter.

Stadthaus to budynek mieszkalny wybudowany w 2009 roku w Hackney w Londynie . Ma 9 pięter sięgających 30 metrów wysokości. Wykorzystuje panele CLT jako ściany nośne i „płyty” podłogowe.

Mosty

Most Mistissini zbudowany w Quebecu w Kanadzie w 2014 roku ma 160 metrów długości i składa się zarówno z belek klejonych warstwowo, jak i paneli CLT. Most został zaprojektowany do przechodzenia przez przełęcz Uupaachikus.

Most dla pieszych Placer River zbudowany na Alasce w Stanach Zjednoczonych w 2013 roku. Ma 85 metrów długości i znajduje się w Chugach National Forest . Ten most zawiera glulam, ponieważ został użyty do stworzenia kratownic.

Konstrukcje parkingowe

Garaż parkingowy Glenwood CLT w Springfield w stanie Waszyngton będzie miał powierzchnię 19 100 metrów kwadratowych (206 000 stóp kwadratowych) i będzie wyposażony w CLT. Będzie miał 4 kondygnacje i pomieści 360 miejsc parkingowych. Parking jest jednak w budowie od grudnia 2022 r., A rok zawodów nie jest jeszcze znany.

Notatki

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Engineered_wood&oldid=1137031282 ”