Dřevo představuje obnovitelný zdroj energie, je to druh biomasy.

Transkript

1 11. Dřevo, materiálové vlastnosti. Dřevo a materiály na bázi dřeva, vlastnosti, třídy trvání zatížení, třídy provozu, charateristicé hodnoty pro výpočty, MSÚ, MSP. Dřevo představuje obnovitelný zdroj energie, je to druh biomasy. Druhy dřevin pro dřevěné onstruce: - jehličnaté: smr, jedle, borovice, modřín.. (další výjimečně: douglasa, jalovec...) - listnaté: dub, bu... (další výjimečně: aát, jilm, aštanovní, ovocné stromy...) Strutura dřeva: Dřevo je organicý, nehomogenní, anizotropní a hygrosopicý materiál. Tvoří jej buňy: u jehličňanů zejména vodivé cévy ve směru mene ( vlána ) zvané tracheidy, u listnáčů tracheje a další buňy, např. s vyztužovací funcí apod. dřeň letoruh Terminologie: jarní dřevo letní dřevo dřeňové paprsy ambium lýo tangenciální řez radiální řez NNK ocelové onstruce (11) 1

2 Vlastnosti dřeva Jsou různé pro směr: - rovnoběžně s vlány, - olmo vlánům (navíc různé v radiálním a tangenciálním směru). Fyziální vlastnosti: Objemová hmotnost (hustota) záleží na vlhosti. např. [g/m 3 ] čerstvý vlhost 15% vlhost 0% dub až smr Vlhost: Ovlivňuje změnu rozměrů, únosnost i další vlastnosti dřeva. Při nasycení činí cca 5 35 %, před použitím se dřevo vysouší, jina vzniají trhliny, popř. napětí. Tepelná vodivost, roztažnost (záleží na orientaci vlánům: ǁ, ): Dřevo má malou vodivost (izoluje), např. λ 0,15 W/mK (ocel má λ 50). Roztažnost α ǁ 0, ; α 0, Mechanicé vlastnosti dřeva (pevnost, modul pružnosti): Obecně jsou ovlivněny druhem dřeva, rozměry, vadami, zatížením, vlhostí. Charateristicé hodnoty jsou stanoveny podle tříd pevnosti v normách (viz dále). NNK ocelové onstruce (11)

3 Dřevo a materiály na bázi dřeva pro stavební onstruce Rostlé dřevo: desové řezivo (prna, fošny), hraněné řezivo (latě, hranoly), polohraněné řezivo, ulatina. Pro stavební účely musí být vysušeno (pro lepené prvy s vlhostí do 15 %, pro ryté onstruce do 0 %). Přeližované desy: Přeližy (z lichého počtu dýh lepených vzájemně olmo), laťovy a sendviče. dýha laťovový střed přeližy laťovy NNK ocelové onstruce (11) 3

4 Dřevovlánité desy Výroba z dřevních vláen s přídavem lepidla a aditiv zlepšující vlastnosti desy. Vyrábí se morou (výroba a lisování ve vodě) nebo suchou cestou. Je mnoho typů, např.: měé dřevovlánité desy (hobra), hobra DVD (dřevovlánité desy Sololit, Solola), MDF (Medium Density Fiberboard), HDF (High Density Fibreboard) spíše pro nábyte. sololit Dřevotřísové desy Výroba z tříse dřeva, slepením a slisováním. Mnoho typů podle výrobců. OSB desy (Oriented Strand Board) Vyrábí se lisováním velých ( 7cm) dřevních štepů ve 3 4 vrstvách, vrchní vrstvy s třísami směřují vesměs v podélném směru, lepí se prysyřicí a lisují. po lisování NNK ocelové onstruce (11) 4

5 Lepené lamelové dřevo Výroba z řeziva na automaticých linách (max. rozměr prvu 0,4 x x 35 [m]). Používají se obvyle melaminová lepidla, nastavení dély lamel zubovitým styem. Vrstvené dřevo (LVL Laminated Veneer Lumber, ob. zn. Kerto, Micro-Lam, Parallam, Intrallam). Výroba z dýh tl. 3, mm lepených souběžně (max. rozměr prvů 75x180x600 cm). Křížem vrstvené dřevo (CLT cross laminated timber) Desový systém obdobný formě přeližy, avša z pren ( 1 45 mm) spojovaných na linách lepením a zalisováním, popř. mechanicy. NNK ocelové onstruce (11) 5

6 Navrhování podle ČSN EN (Navrhování dřevěných onstrucí, Část 1-1: Obecná pravidla Společná pravidla a pravidla pro pozemní stavby) Rozlišuje se doba trvání zatížení a vlhost materiálu za provozu při 0 ºC: Třídy trvání zatížení: stálé dlouhodobé střednědobé rátodobé oamžiové trvá déle než 10 let 6 měsíců až 10 let 1 týden až 6 měsíců méně než 1 týden Třídy provozu (podle vlhosti provozu): třída provozu 1 vlhost > 65 % pouze něoli týdnů v roce třída provozu vlhost > 85 % pouze něoli týdnů v roce třída provozu 3 vyšší vlhost než u třídy Charateristicé hodnoty pevnostních vlastností Pro onstruční dřevo jsou uvedeny podle tříd v ČSN EN 338. Pro lepené lamelové dřevo jsou uvedeny podle tříd v ČSN EN Hodnoty jsou uvedeny v následujících tabulách. NNK ocelové onstruce (11) 6

7 Konstruční dřevo: Charateristicé hodnoty v MPa Hodnoty odpovídají dřevu při teplotě vzduchu 0 ºC a relativní vlhosti 65 %. Jehličnaté dřeviny třídy pevnosti: C14 C16 C18 C0 C C4 C7 C30 C35 C40 C45 C50 ohyb f m, tah ǁ s vlány f t,0, tah vlánům f t,90, 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 tla ǁ s vlány f c,0, tla vlánům f c,90,,0,,,3,4,5,6,7,8,9 3,1 3, smy f v, 3,0 3, 3,4 3,6 3,8 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 modul pružnosti E 0,mean , , ǁ s vlány [GPa] E 0,05 4,7 5,4 6 6,4 6,7 7,4 7,7 8 8,7 9, ,7 průměr modulu E 90,mean 0,3 0,7 0,30 0,3 0,33 0,37 0,38 0,40 0,43 0,47 0,50 0,53 pružnosti [GPa] průměr modulu G mean 0,44 0,5 0,56 0,59 0,63 0,69 0,7 0,75 0,81 0,88 0,94 1,00 ve smyu [GPa] průměrná hustota ρ mean [g/m 3 ] NNK ocelové onstruce (11) 7

8 Konstruční dřevo: Charateristicé hodnoty v MPa Hodnoty odpovídají dřevu při teplotě vzduchu 0 ºC a relativní vlhosti 65 %. Listnaté dřeviny třídy pevnosti: D18 D4 D30 D35 D40 D50 D60 D70 ohyb f m, tah ǁ s vlány f t,0, tah vlánům f t,90, 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 tla ǁ s vlány f c,0, tla vlánům f c,90, 7,5 7,8 8,0 8,1 8,3 9,3 10,5 13,5 smy f v, 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,5 5,0 modul pružnosti E 0,mean 9, ǁ s vlány [GPa] E 0,05 8 8,5 9, 10,1 10,9 11,8 14,3 16,8 průměr modulu E 90,mean 0,63 0,67 0,73 0,80 0,86 0,93 1,13 1,33 pružnosti [GPa] průměr modulu G mean 0,59 0,6 0,69 0,75 0,81 0,88 1,06 1,5 ve smyu [GPa] průměrná hustota ρ mean [g/m 3 ] NNK ocelové onstruce (11) 8

9 Lepené ombinované lamelové dřevo: Charateristicé hodnoty v MPa Hodnoty lze apliovat, poud zoušy podle EN 408 a EN1193 nedávají hodnoty menší. Pozn.: pro homogenní lamelové dřevo (de jsou všechny lamely ze stejné jaosti) jsou pevnosti označené písmenem h (např. GL 4h) a pevnosti mohou být vyšší (viz norma). třídy pevnosti: GL 4c GL 8c GL 3c GL 36c ohyb f m,g, pevnost v tahu f t,0,g, 14 16,5 19,5,5 f t,90,g, 0,35 0,40 0,45 0,50 pevnost v tlau f c,0,g, 1 4 6,5 9 f c,90,g,,4,7 3,0 3,3 pevnost ve smyu f v,g,,,7 3, 3,8 modul pružnosti ǁ E 0,g,mean E 0,g,0, modul pružnosti E 90,g,mean modul ve smyu G g,mean průměrná hustota ρ g, [g/m 3 ] NNK ocelové onstruce (11) 9

10 Globální analýza dřevěných onstrucí Výpočet vnitřních sil podle teorie 1. řádu se provádí pružnostní analýzou (LA) s průměrnými hodnotami modulů pružnosti E mean, G mean (viz předchozí tabuly). Pozn: Poud je průběh sil ovlivněn rozdělením tuhosti v onstruci (např. ompozitní prvy s rozdílnými vlastnostmi podle závislosti na čase), použijí se onečné průměrné hodnoty: Emean Gmean Emean, fin = Gmean, fin = 1+ψ ) 1+ψ ) ( def ( def de součinitel dotvarování def podle třídy provozu: třída provozu 1 3 rostlé dřevo 0,60 0,80,00 lepené lamelové dřevo 0,60 0,80,00 a ψ je součinitel pro vazistálou hodnotu proměnného zatížení. Výpočet vnitřních sil podle teorie. řádu se provádí pružnostní analýzou (GNA) s návrhovými hodnotami bez zohlednění dély trvání zatížení, tj.: Emean Gmean E d = G d = de γ M je uvedeno pro různé materiály γ M γ M dále (např. pro rostlé dřevo γ M =1,3, pro lepené lamelové dřevo γ M =1,5). NNK ocelové onstruce (11) 10

11 Mezní stavy únosnosti (MSÚ) Návrhová hodnota únosnosti (viz předešlé tabuly) obecně: R = d mod R γ M mod je modifiační součinitel zohledňující vliv trvání zatížení a vlhosti: materiál rostlé dřevo lepené lamelové dřevo třída provozu třída trvání zatížení stálé dlouhodobé střednědobé rátodobé oamžiové Pozn.: Pro průřezy malých rozměrů (pro rostlé dřevo < 150 mm, pro lamelové dřevo < 600 mm) lze charateristicé hodnoty f a f zvětšit součinitelem m, t,0, h (viz ČSN EN ). NNK ocelové onstruce (11) 11

12 Záladní případy namáhání Dílčí součinitele materiálu a únosnosti γ M : rostlé dřevo γ M = 1,3 lepené lamelové dřevo γ M = 1,5 LVL, OSB γ M = 1, spoje γ M = 1,3 ovové desy s prolisovanými trny γ M = 1,3 Tah ǁ s vlány: t,0, d f t,0,d de t,0,d, je návrhové napětí v tahu ǁ s vlány. Pozn.: Pro tah vlánům musí být uvážen vliv veliosti prvu. Tla ǁ s vlány: c,0, d f c,0,d de c,0,d, je návrhové napětí v tlau ǁ s vlány. NNK ocelové onstruce (11) 1

13 Tla vlánům: c,90, d c,90 f c,90,d Fc,90,d de c,90,d je návrhové napětí v tlau Aef vlánům v dotyové ploše, c,90 součinitel pro soustředěný tla (1,0 4,0). Prostý šimý ohyb (momentové namáhání): f m,y,d m,y,d + m f m,z,d m,z,d 1 a současně m f m,y,d m,y,d + f m,z,d m,z,d 1 de m,y,d a m,z,d jsou návrhová napětí v ohybu hlavním osám, m = 0,7 pro obdélníové průřezy, pro ostatní m = 1,0. Smy: τ d f v,d de τ d je návrhové napětí ve smyu. Pozn.: Síly působící do vzdálenosti výšy nosníu od podpory se do posouvající síly neuvažují. NNK ocelové onstruce (11) 13

14 Vzpěrný tla: c,0, d c f c,0,d de součinitel (vzpěrnosti) c je menší z hodnot pro vybočení y nebo z: c,y = y + 1 y λ rel,y c,z = z + 1 z λ rel,y = 0, 5( 1+ β ( λ 0, ) + λ ) = 0, 5( 1+ β ( λ 0, ) + λ ) y c rel,y 3 rel,y z c rel,z 3 rel,z de pro rostlé dřevo β. = 0 ; pro lepené lamelové dřevo β c = 0,1 c, Štíhlosti: λ y = λ = z L cr,y i L y cr,z i z λy λ rel,y = π λz λ rel,z = π f E f E c,0, 0, 05 c,0, 0, 05 NNK ocelové onstruce (11) 14

15 Příčná a torzní stabilita při ohybu (lopení): m, d critfm,d de součinitel (lopení) crit se určí podle poměrné štíhlosti: crit = 1 pro crit =, 56 0, 75 crit 1 λ 1 = λ rel,m a poměrná štíhlost λ rel,m = f m, m,crit rel,m pro pro π m,crit = = W λ 0 75 rel, m, 0 rel, m,, 75 < λ 1 4 1, 4 < λ ef rel,m M y,crit 0, 05 z 0, 05 y E l I W G y I t Pozn.: Pro obdélníový průřez (bxh) z jehličnatého dřeva lze uvažovat Efetivní déla: pro prostý nosní onzervativně (podrobně viz Euroód) l ef = L. m,crit = 0, 78b h l ef E 0, 05 NNK ocelové onstruce (11) 15

16 Mezní stavy použitelnosti (MSP) Průhyby: Omezuje se oamžitý průhyb: w inst l/300 l/500 a onečný průhyb: w fin l/150 l/300 w c w inst w creep w fin... možné nadvýšení... oamžitý průhyb... od dotvarování... onečný průhyb Oamžitý průhyb se vypočte pro charateristicou ombinaci zatížení a průměrné hodnoty modulů pružnosti. Konečný průhyb se vypočte pro vazistálou ombinaci zatížení (viz souč. ψ ) s ohledem na dotvarování v čase. Pro prvy se stejným dotvarováním: u = u + u + Σu fin fin,g de pro stálé zatížení G: pro hlavní proměnné Q 1 : ostatní proměnná Q i : fin,q1 fin, Q i ( ) u fin, = u 1+ G inst,g def u fin, Q,1 = uinst,q,1( 1+ψ, 1 def ) u fin, Q,i = u inst,q,i ( ψ +ψ ) 0,i NNK ocelové onstruce (11) 16, i def ( def viz str. 10)

17 Pozn.: Pro průhyby prvů se spoji ve střihu se musí uvážit jejich proluz. Do výpočtů potom vstupuje modul proluzu K ser jednoho střihu, jehož hodnotu uvádí pro různé spojovací prostředy Euroód v čl Např. pro hřebíy (bez předvrtání) průměru d a dřevo hmotnosti ρ m platí: 1,5 0, 8 ρm d K ser= 30 Kmitání: U stropů obytných budov se má provést posouzení poud první vlastní frevence f 1 8 Hz, limit vša Euroód neuvádí. Pro vyšší frevenci f 1 je naznačeno ompliované posouzení, i dyž vysoá frevence evidentně není na závadu. NNK ocelové onstruce (11) 17