בעת תכנון, פיתוח או ייצור של מבני עץ, חשוב לדעת את תכונות החוזק של החומר - העמידות העיצובית של העץ, הנמדדת כקילוגרם אחד לסנטימטר רבוע. כדי ללמוד את האינדיקטורים, משתמשים בדגימות בגדלים סטנדרטיים, מנוסרים מלוחות או מעץ בדרגה הנדרשת, ללא פגמים חיצוניים, קשרים ופגמים אחרים. לאחר מכן, המדגם נבדק עבור עמידות בפני דחיסה, כיפוף, מתיחה.
סוגי עץ
עץ הוא חומר רב תכליתי הניתן לעיבוד בקלות ומשמש בתחומי ייצור שונים: בנייה, ריהוט, כלים וכלי בית אחרים. תחום היישום תלוי בסוג העץ בעל תכונות פיזיקליות, כימיות ומכניות שונות. בבנייה, עצי מחט כגון אשוח, ארז, אורן, לגש, אשוח הם פופולריים במיוחד. במידה פחותה, עצים נשירים - ליבנה, צפצפה, אספן, אלון, לוז, טיליה, אלמון, אשור.
זני מחטניים משמשים בצורה של עצים עגולים, עצים, לוחות לייצור כלונסאות תומכות, מסבכים, מוטות, גשרים, בתים, קשתות, מתקנים תעשייתיים ומבני בניין אחרים. חומרי עץ קשים מהווים רק רבע מהצריכה הכוללת. זה נובע מהתכונות הפיזיקליות והמכניות החמורות יותר של עץ הפרקט, ולכן הם מנסים לשמש לייצור מבנים עם עומסי נשיאה נמוכים. בדרך כלל הם הולכים לצמתי טיוטה ואובייקטים זמניים.
השימוש בעצים בבנייה מוסדר לפי הכללים בהתאם לתכונות הפיזיקליות והמכניות של העץ. מאפיינים אלה תלויים בלחות ובנוכחות של פגמים. עבור אלמנטים נושאי עומס, הלחות לא תעלה על 25%, למוצרים אחרים אין דרישות כאלה, אך ישנם תקנים לפגמי עץ ספציפיים.
הרכב כימי
ב-99% ממסת העץ הם חומרים אורגניים. הרכב החלקיקים היסודיים עבור כל הסלעים זהה: חנקן, חמצן, פחמן ומימן. הם יוצרים שרשראות ארוכות של מולקולות מורכבות יותר. עץ מורכב מ:
- צלולוזה הוא פולימר טבעי בעל דרגת פילמור גבוהה של מולקולות שרשרת. חומר יציב מאוד, אינו מתמוסס במים, אלכוהול או אתר.
- ליגנין הוא פולימר ארומטי בעל מבנה מולקולרי מורכב. מכיל כמות גדולה של פחמן. הודות לו, מופיעה צלייה של גזעי עצים.
- המיצלולוזה הוא אנלוגי של תאית רגילה, אך עם דרגת פילמור נמוכה יותר של מולקולות שרשרת.
- חלץחומרים - שרפים, מסטיקים, שומנים ופקטין.
התכולה הגבוהה של שרפים בעצים מחטניים משמרת את החומר ומאפשרת לו לשמור על תכונותיו המקוריות לאורך זמן, ועוזרת להתנגד להשפעות חיצוניות. מוצרי עץ בדרגה נמוכה עם מספר רב של פגמים משמשים בעיקר בתעשייה הכימית של העץ כחומר גלם לייצור נייר, עץ מודבק או מיצוי של יסודות כימיים כגון טאנינים המשמשים לייצור עור.
הופעה
לעץ יש את המאפיינים החיצוניים הבאים:
- צבע. תפיסה חזותית של ההרכב הספקטרלי המוחזר של האור. חשוב בבחירת בולי עץ כחומר גמר.
- הצבע תלוי בגיל ובסוג העץ, כמו גם בתנאי האקלים שבהם הוא גדל.
- Shine. היכולת להחזיר אור. השיעור הגבוה ביותר מצוי בעץ אלון, אפר, שיטה.
- טקסטורה. התבנית שנוצרה על ידי הטבעות השנתיות של הגזע.
- מיקרו-מבנה. נקבע לפי רוחב הטבעת ותכולת העץ השחור.
אינדיקטורים משמשים בהערכה חיצונית של איכות הרישום. בדיקה חזותית מגלה פגמים והתאמת החומרים לשימוש לאחר מכן.
פגמי עץ
למרות היתרונות הברורים על פני חומרים מסונתזים, לעץ, כמו לכל חומר גלם טבעי, יש חסרונות. נוכחות, דרגת ושטח הנגע מוסדריםמסמכים נורמטיביים. פגמי העץ העיקריים כוללים:
- תבוסה, ריקבון, פטריות ומזיקים;
- oblique;
- כיסי שרף;
- knots;
- סדקים.
הקשר מפחית את חוזק העצים, וחשוב במיוחד הוא מספרם, גודלם ומיקומם. קשרים מחולקים לסוגים:
- בריא. גדל בחוזקה יחד עם גוף העץ ושב חזק בכיסים, אין ריקבון.
- תפריט נפתח. מקלפים ונופלים לאחר ניסור החומר.
- חרמן. צבע כהה ובעל מבנה צפוף יותר ביחס לעץ השכן;
- כהה. קשרים עם השלב הראשוני של ריקבון.
- Loose - רקוב.
לפי המיקום, הקשרים מחולקים ל:
- stitched;
- clawed;
- overgrown;
- stepsons.
הלוכסן גם מפחית את חוזק הכיפוף של העץ ומאופיין בנוכחות סדקים ושכבות ספירלות בעץ העגול, בחומר המנוסר הן מכוונות בזווית לצלעות. מוצרים עם פגם כזה הם בדרגה נמוכה, המשמשים אך ורק כחיזוקים זמניים.
הגורמים לסדקים תלויים בתנאים חיצוניים ובמיני עץ. הם נוצרים כתוצאה מייבוש לא אחיד, כפור, מתח מכני וגורמים רבים אחרים. הם מופיעים גם על עצים חיים וגם על גזורים. בהתאם למיקום על הגזע ולצורה, סדקים נקראים:
- frosty;
- sernitsa;
- metics;
- התכווץ.
סדקים לא רק מפחיתים את איכות העץ, אלא גם תורמים לריקבון מהיר ולהרס של סיבים.
ריקבון נוצר כתוצאה מהדבקה בפטריות רקבוניות ואחרות המופיעות על עצים גדלים וכרותים. פטריות שחיות על גזעים חיים הן טפיליות, המדביקות את הטבעות השנתיות וגורמות להתקלפותן. מינים אחרים מתיישבים כבר על מבנים גמורים וגורמים לריקבון, דלמינציה, סדקים.
הסיבה להופעת אורגניזמים מזיקים היא סביבה נוחה להתרבותם: לחות מעל 50% וחום. על עץ מיובש היטב, מיקרואורגניזמים אינם מתפתחים. קטגוריה מיוחדת של מזיקים צריכה לכלול חרקים המעדיפים להתיישב במבני עץ, מבצעים בהם מהלכים, ובכך פוגעים בסיבים ומפחיתים את חוזקם.
לחות עץ
אחד המדדים החשובים לעמידות הנורמטיבית והעיצובית של עץ. זה משפיע על אחוז המים בסיבי תא המטען. לחות - אחוז ממסת הלחות לחומר יבש. נוסחת החישוב נראית כך: W=(m–m0)/m0 100, כאשר m היא המסה ההתחלתית של חומר העבודה, m 0 - משקל מדגם יבש מוחלט. הלחות נקבעת בשתי דרכים: על ידי ייבוש ושימוש במדדי לחות אלקטרוניים מיוחדים.
עץ מחולק למספר סוגים לפי תכולת הלחות:
- רטוב. עםתכולת לחות של יותר מ-100%, התואמת לשהייה ארוכה במים.
- חתוך טרי. עם תוכן של 50 עד 100%.
- יבש באוויר. עם תכולת מים בסיבים הנעה בין 15 ל-20%.
- חדר יבש. עם תכולת לחות של 8 עד 12%.
- יבש לגמרי. עם תכולת מים של 0%, מתקבל על ידי ייבוש ב-102°.
מים נמצאים בעץ בצורה קשורה וחופשית. לחות חופשית נמצאת בתאים ובחלל הבין תאי, קשורה - בצורה של קשרים כימיים.
השפעת הלחות על מאפייני העץ
ישנם מספר סוגים של מאפיינים בהתאם לתכולת הלחות במבנה העץ:
- הצטמקות היא ירידה בנפח סיבי עיסת העץ כאשר מסירים מהם מים קשורים. ככל שיותר סיבים, כך יותר לחות מהסוג הקשור. הסרת לחות לא נותנת אפקט כזה.
- עיוות - שינוי בצורת העצים בתהליך הייבוש. מתרחש כאשר בולי עץ אינם מיובשים או מנוסרים כראוי.
- ספיגת לחות - ההיגרוסקופיות של העץ או היכולת לספוג לחות מהסביבה.
- נפיחות - עלייה בנפח סיבי העץ כאשר החומר נמצא בסביבה לחה.
- ספיגת מים - יכולתו של עץ להגביר את הלחות שלו על ידי ספיגת נוזל מטפטף.
- צפיפות - נמדדת כמסה ליחידת נפח. ככל שהלחות עולה, הצפיפות עולה, ולהיפך.
- חדירות - היכולת להעביר מים דרך עצמה בלחץ גבוה.
לאחר ייבושהעץ מאבד מהאלסטיות הטבעית שלו והופך קשיח יותר.
Hardness
מקדם הקשיות נקבע בשיטת ברינל או במבחן היאנקי. ההבדל המהותי שלהם טמון בטכניקת המדידה. לדברי ברינל, מניחים כדור פלדה מוקשה על משטח עץ שטוח ומפעילים עליו כוח של 100 קילוגרם, ולאחר מכן מודדים את עומק החור שנוצר.
מבחן ה-Yankee משתמש בכדור של 0.4 אינץ' ומודד כמה כוח, בקילוגרמים, נדרש כדי לדחוף את הכדור חצי מקוטר לתוך העץ. בהתאם לכך, ככל שהתוצאה גבוהה יותר, העץ קשה יותר והמקדם גדול יותר. עם זאת, בתוך אותו מגוון, האינדיקטורים שונים, התלויים בשיטת החיתוך, הלחות וגורמים נוספים.
להלן טבלה של קשיות עצי ברינל ויאנקי עבור המינים הנפוצים ביותר.
| שם | Brinell hardness, kg/mm2 | Yankee hardness, פאונד |
| Acacia | 7, 1 | |
| Birch | 3 | 1260 |
| לבנה קרליאנית | 3, 5 | 1800 |
| Elm | 3 | 1350 |
| Pear | 4, 2 | |
| Oak | 3, 7-3, 9 | 1360 |
| Spruce | 660 | |
| Linden | 400 | |
| Larch | 2, 5 | 1200 |
| Alder | 3 | 590 |
| אגוז אירופאי | 5 | |
| אגוז ספרדי | 3, 5 | |
| Aspen | 420 | |
| פיר | 350-500 | |
| Rowan | 830 | |
| Pine | 2, 5 | 380-1240 |
| Cherry | 3, 5 | |
| עץ תפוח | 1730 | |
| Ash | 4-4, 1 | 1320 |
מטבלת קשיות העץ ניתן לראות ש:
- אספן, אשוח אשוח, אורן - עצים רכים מאוד;
- ליבנה, טיליה, אלמון ולגש הם עצים רכים;
- בוקיצה ואגוז בינוניים קשים;
- אלון, תפוח, אפר דובדבן, אגס ובעלי מקדם קשיות רגיל;
- בוק, ארבה וטקסוס הם זנים קשים מאוד.
פרקט עמידללחץ מכני ומשמש לרכיבים קריטיים של מבני עץ.
Density
צפיפות קשורה ישירות לתכולת הלחות של הסיבים. לכן, על מנת לקבל מדדי מדידה הומוגניים, הוא מיובש לרמה של 12%. עלייה בצפיפות העץ מביאה לעלייה במסה ובחוזק שלו. לפי הלחות, עץ מחולק למספר קבוצות:
- הסלעים בצפיפות הנמוכה ביותר (עד 510 ק"ג/מ"ר3). אלה כוללים אשוח, אורן, אשוח, צפצפה, ארז, ערבה ואגוז.
- אדומים עם צפיפות בינונית (בטווח של 540-750 ק"ג/מ"ר3). אלה כוללים לגש, טקסוס, בוקיצה, ליבנה, אשור, אגס, אלון, אפר, רואן, תפוח.
- סלעים עם צפיפות גבוהה (יותר מ-750 ק"ג/מ"ר3). קטגוריה זו כוללת ליבנה ומניות.
להלן טבלת צפיפות עבור מיני עצים שונים.
| שם הגזע | צפיפות סלע, ק"ג/מ"ר3 |
| Acacia | 830 |
| Birch | 540-700 |
| לבנה קרליאנית | 640-800 |
| Beech | 650-700 |
| Cherry | 490-670 |
| Elm | 670-710 |
| Pear | 690-800 |
| Oak | 600-930 |
| Spruce | 400-500 |
| Willow | 460 |
| Cedar | 580-770 |
| מייפל אירופאי | 530-650 |
| מייפל קנדי | 530-720 |
| field maple | 670 |
| Larch | 950-1020 |
| Alder | 380-640 |
| Walnut | 500-650 |
| Aspen | 360-560 |
| פיר | 350-450 |
| Rowan | 700-810 |
| לילך | 800 |
| שזיף | 800 |
| Pine | 400-500 |
| צפצפה | 400-500 |
| Thuya | 340-390 |
| דובדבן ציפורים | 580-740 |
| Cherry | 630 |
| עץ תפוח | 690-720 |
למיני מחטניים יש את הצפיפות הנמוכה ביותר, ואילו למינים הנשירים יש את הצפיפות הגבוהה ביותר.
Stability
ההתנגדות המחושבת של עץ כוללת דבר כזה כמו יציבות לחשיפה ללחות. המעלה נמדדת בסולם של חמש נקודות כאשר לחות האוויר משתנה:
- חוסר יציבות. דפורמציה משמעותית מופיעה אפילו עם שינוי קל בלחות.
- יציבות ממוצעת. מופיעה מידה ניכרת של עיוות עם שינוי קל בלחות.
- יציבות יחסית. מופיעה מידה קלה של עיוות עם שינוי קל בלחות.
- יציבות. אין עיוות נראה לעין עם שינוי קל בלחות.
- יציבות מוחלטת. אין דפורמציה לחלוטין אפילו עם שינוי גדול בלחות.
להלן טבלת יציבות של מיני עצים נפוצים.
| שם הגזע | דרגת יציבות |
| Acacia | 2 |
| Birch | 3 |
| לבנה קרליאנית | 3 |
| Beech | 1 |
| Cherry | 4 |
| Elm | 2 |
| Pear | 2 |
| Oak | 4 |
| Spruce | 2 |
| Cedar | 4 |
| מייפל אירופי | 2 |
| מייפל קנדי | 2 |
| שדה מייפל | 1 |
| Larch | 2-3 |
| Alder | 1 |
| American Walnut | 4 |
| אגוז ברזיל | 2 |
| Walnut | 4 |
| אגוז אירופאי | 4 |
| אגוז ספרדי | 3 |
| Aspen | 1 |
| פיר | 2 |
| צפצפה | 1 |
| דובדבן ציפורים | 1 |
| Cherry | 2 |
| עץ תפוח | 2 |
הנתונים מחושבים עבור עץ עם תכולת לחות של 12%.
מאפיינים מכניים
איכות העץ נקבעת לפי האינדיקטורים הבאים:
- עמידות בפני שחיקה - יכולת העץ להתנגד לבלאי בזמן חיכוך. עם עלייה בקשיות החומר, הבלאי שלו פוחת עם התפלגות לא אחידה על פני המדגם. תכולת הלחות של העץ משפיעה גם על עמידות הבלאי. ככל שהוא נמוך יותר, ההתנגדות גבוהה יותר.
- Deformability - היכולת להחזיר צורה לאחר היעלמות הכוחות הפועלים. כאשר עץ נדחס,דפורמציה של חומר העבודה, אשר נעלמת עם העומס. האינדיקטור העיקרי לעיוות הוא גמישות, אשר עולה עם תכולת הלחות של העץ. עם ייבוש הדרגתי, גמישות אובדת, מה שמוביל לירידה בהתנגדות לעיוותים.
- גמישות - היכולת הטבעית של עץ להתכופף בעומסים. מינים נשירים יש ביצועים טובים, עצי מחט במידה פחותה. היכולות הללו חשובות בייצור מוצרים מכופפים, שתחילה מרטיבים ולאחר מכן מכופפים ומייבשים.
- חוזק פגיעה - היכולת לספוג כוח פגיעה מבלי לשתות עץ. הבדיקה מתבצעת באמצעות כדור פלדה, אשר נשמט על חומר העבודה מגובה. זנים נשירים מראים תוצאות טובות יותר מאשר עצי מחט.
עומסים קבועים פוגעים בהדרגה בתכונות העץ ומובילים לעייפות החומר. אפילו העץ העמיד ביותר אינו מסוגל לעמוד בפני השפעות חיצוניות.
מפרט רגולטורי
אינדיקטורים של התנגדות נורמטיבית נחוצים לייצור סוגים שונים של מבנים. עץ נחשב מתאים אם האינדיקטורים אינם נמוכים מהערכים המחושבים. בבדיקות, משתמשים רק בדגימות סטנדרטיות עם תכולת לחות של לא יותר מ-15%. עבור עץ עם ערך לחות שונה, נעשה שימוש בנוסחה מיוחדת לעמידות עיצובית, ולאחר מכן המחוונים מומרים לערכים סטנדרטיים.
בעת תכנון מבני עץ, חשוב לדעת את ערכי החוזק האמיתיים של חומר המקור. במציאות, הם פחותים מאלה הנורמטיביים שהתקבלו בדגימות בדיקה. נתוני התייחסותמתקבל על ידי טעינה ועיוות של דוגמאות בגדלים סטנדרטיים.
מאפייני עיצוב
ההתנגדות העיצובית של עץ היא הלחצים במישורים שונים של דוגמאות עץ שנוצרו על ידי עומסים מסוימים שעץ יכול לעמוד בהם בכל פרק זמן עד שהוא נהרס לחלוטין. נתונים אלה שונים עבור מתיחה, דחיסה, כיפוף, גזירה וריסוק.
נתונים בפועל מתקבלים על ידי הכפלת הנתונים הנורמטיביים במקדמי תנאי העבודה.
| שם | מקדם עמידות עץ עיצוב | ||
| מתח לאורך סיבים | מתח על פני הסיבים | Chipping | |
| Larch | 1, 2 | 1, 2 | 1 |
| ארז סיבירי | 0, 9 | 0, 9 | 0, 9 |
| Pine | 0, 65 | 0, 65 | 0, 65 |
| פיר | 0, 8 | 0, 8 | 0, 8 |
| Oak | 1, 3 | 2 | 1, 3 |
| מייפל, אש | 1, 3 | 2 | 1, 6 |
| Acacia | 1, 5 | 2, 2 | 1, 8 |
| אשור, ליבנה | 1, 1 | 1, 6 | 1, 3 |
| Elm | 1 | 1, 6 | 1 |
| צפצפה, אלמון, אספן, linden | 0, 8 | 1 | 0, 8 |
תנאי העבודה מושפעים מרשימה שלמה של גורמים. המקדמים לעיל לוקחים בחשבון גורמים כאלה. כל חשיפה ללחות על מבנים גורמת להפחתה בביצועים הסופיים.
מסקנה
כאשר מתכננים מבני עץ, חשוב להכיר את האינדיקטורים המחושבים של החומרים המשמשים בבנייה. צמתים בודדים יחוו עומסים קבועים או זמניים שיכולים להוביל להרס מוחלט שלהם. הנתונים המצוינים ב- GOST ו- SNiP הושגו על ידי בדיקת דגימות סטנדרטיות. עם זאת, הערכים בפועל יהיו שונים מאוד מהנורמטיביים. לכן, הנוסחאות שמספקות התקנים משמשות לחישובים.
