Berechneter Holzwiderstand. Holzeigenschaften

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-18 04:03

Beim Entwerfen, Entwickeln oder Herstellen von Holzkonstruktionen ist es wichtig, die Festigkeitseigenschaften des Materials zu kennen - die Konstruktionsfestigkeit von Holz, die mit einem Kilogramm pro Quadratzentimeter gemessen wird. Zur Untersuchung der Indikatoren werden Proben in Standardgrößen verwendet, die aus Brettern oder Holz der erforderlichen Qualität ohne äußere Mängel, Äste und andere Mängel gesägt wurden. Als nächstes wird die Probe auf Druck-, Biege- und Dehnungsfestigkeit getestet.

Holzarten

Holz ist ein vielseitiger Werkstoff, der sich leicht verarbeiten lässt und in verschiedenen Produktionsbereichen Verwendung findet: Bauwesen, Möbel, Gebrauchsgegenstände und andere Haush altsgegenstände. Der Einsatzbereich hängt von der Holzart mit unterschiedlichen physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften ab. Im Bauwesen sind Nadelbäume wie Fichte, Zeder, Kiefer, Lärche, Tanne besonders beliebt. In geringerem Maße Laubbäume - Birke, Pappel, Espe, Eiche, Hasel, Linde, Erle, Buche.

Nadelbaumarten werden in Form von Rundholz, Schnittholz, Brettern zur Herstellung von Stützpfählen, Fachwerkträgern, Masten, Brücken, Häusern, Bögen, Industrieanlagen und anderen Baukonstruktionen verwendet. Hartholzmaterialien machen nur ein Viertel des Gesamtverbrauchs aus. Dies liegt an den schlechteren physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Laubhölzern, weshalb versucht wird, sie für die Herstellung von Konstruktionen mit geringer Traglast zu verwenden. Normalerweise gehen sie zu Entwurfs- und temporären Objektknoten.

Die Verwendung von Holz im Bauwesen wird durch die Vorschriften in Übereinstimmung mit den physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Holz geregelt. Diese Eigenschaften hängen von der Feuchtigkeit und dem Vorhandensein von Defekten ab. Für tragende Elemente sollte die Luftfeuchtigkeit 25 % nicht überschreiten, für andere Produkte gibt es solche Anforderungen nicht, aber es gibt Normen für bestimmte Holzfehler.

Chemische Zusammensetzung

Holz besteht zu 99% aus organischen Stoffen. Die Zusammensetzung der Elementarteilchen ist bei allen Gesteinen gleich: Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff. Sie bilden lange Ketten komplexerer Moleküle. Holz besteht aus:

• Cellulose ist ein natürliches Polymer mit einem hohen Polymerisationsgrad von Kettenmolekülen. Sehr stabile Substanz, löst sich nicht in Wasser, Alkohol oder Äther auf.
• Lignin ist ein aromatisches Polymer mit einer komplexen molekularen Struktur. Enthält eine große Menge Kohlenstoff. Dank ihm kommt es zur Verholzung von Baumstämmen.
• Hemicellulose ist ein Analogon der gewöhnlichen Cellulose, jedoch mit einem geringeren Polymerisationsgrad der Kettenmoleküle.
• ExtractiveSubstanzen - Harze, Gummen, Fette und Pektine.

Der hohe Geh alt an Harzen in Nadelbäumen schont das Material und lässt es lange Zeit seine ursprünglichen Eigenschaften beh alten, was dazu beiträgt, äußeren Einflüssen zu widerstehen. Minderwertige Holzprodukte mit einer hohen Anzahl von Fehlern werden hauptsächlich in der holzchemischen Industrie als Rohstoff für die Herstellung von Papier, Leimholz oder die Gewinnung chemischer Elemente wie Gerbstoffe, die bei der Lederherstellung verwendet werden, verwendet.

Aussehen

Holz hat folgende äußere Eigenschaften:

• Farbe. Visuelle Wahrnehmung der reflektierten spektralen Zusammensetzung des Lichts. Wichtig bei der Auswahl von Sägeblöcken als Veredelungsmaterial.
• Die Färbung hängt vom Alter und der Art des Baumes sowie von den klimatischen Bedingungen am Standort ab.
• Glanz. Die Fähigkeit, Licht zu reflektieren. Die höchste Rate wird bei Eiche, Esche und Akazie festgestellt.
• Textur. Das Muster der Jahresringe des Stammes.
• Mikrostruktur. Bestimmt durch Ringbreite und Spätholzanteil.

Indikatoren dienen der externen Beurteilung der Qualität des Holzeinschlags. Sichtprüfung zeigt Mängel und die Eignung der Materialien für die spätere Verwendung.

Holzfehler

Trotz der offensichtlichen Vorteile gegenüber synthetischen Materialien hat Holz, wie jeder natürliche Rohstoff, seine Nachteile. Das Vorhandensein, der Grad und die Fläche der Läsion werden reguliertnormative Dokumente. Die wichtigsten Holzfehler sind:

• Befall, Fäulnis, Pilze und Schädlinge;
• schräg;
• Harztaschen;
• Knoten;
• Risse.

Äste verringern die Festigkeit des Holzes, besonders wichtig ist ihre Anzahl, Größe und Lage. Knoten werden in Typen unterteilt:

• Gesund. Wachsen fest mit dem Baumkörper zusammen und sitzen fest in Taschen, haben keine Fäulnis.
• Dropdown. Nach dem Sägen des Materials abziehen und abfallen.
• Geil. Dunklere Farbe und dichtere Struktur im Vergleich zum Nachbarholz;
• Verdunkelt. Knoten im Anfangsstadium des Zerfalls.
• Loose - faul.

Knoten werden je nach Ort unterteilt in:

• genäht;
• gekratzt;
• überwuchert;
• Stiefsöhne.

Slant reduziert auch die Biegefestigkeit des Holzes und zeichnet sich durch das Vorhandensein von Rissen und spiralförmigen Schichten im Rundholz aus, im gesägten Material sind sie schräg zu den Rippen gerichtet. Produkte mit einem solchen Fehler sind minderwertig und werden ausschließlich als temporäre Befestigungen verwendet.

Die Ursachen von Rissen hängen von den äußeren Bedingungen und der Holzart ab. Sie entstehen durch ungleichmäßige Trocknung, Frost, mechanische Beanspruchung und viele andere Faktoren. Sie erscheinen sowohl auf lebenden als auch auf geschnittenen Bäumen. Risse heißen je nach Lage am Stamm und Form:

• frostig;
• sernitsa;
• metics;
• shrink.

Risse mindern nicht nur die Holzqualität, sondern tragen auch zum schnellen Verfall und zur Zerstörung von Fasern bei.

Fäulnis entsteht durch Infektion mit Fäulnispilzen und anderen Pilzarten, die auf wachsenden und gefällten Bäumen vorkommen. Pilze, die auf lebenden Stämmen leben, sind Parasiten, die die Jahresringe infizieren und zum Ablösen bringen. Andere Arten setzen sich bereits auf fertigen Strukturen ab und verursachen Fäulnis, Delamination, Rissbildung.

Der Grund für das Auftreten von Schadorganismen ist eine günstige Umgebung für ihre Fortpflanzung: Feuchtigkeit über 50% und Hitze. Auf gut getrocknetem Holz entwickeln sich keine Mikroorganismen. Zu einer besonderen Kategorie von Schädlingen gehören Insekten, die sich bevorzugt in Holzkonstruktionen ansiedeln, sich darin bewegen und dabei die Fasern beschädigen und ihre Festigkeit verringern.

Holzfeuchte

Einer der wichtigsten Indikatoren für die normative und gest alterische Beständigkeit von Holz. Es beeinflusst den Wasseranteil in den Fasern des Stammes. Feuchtigkeit - Prozentsatz der Feuchtigkeitsmasse zu trockenem Material. Die Berechnungsformel sieht folgendermaßen aus: W=(m–m₀)/m₀ 100, wobei m die Anfangsmasse des Werkstücks ist, m 0 _{- Gewicht der absoluten Trockenprobe. Die Feuchtigkeit wird auf zwei Arten bestimmt: durch Trocknen und mit speziellen elektronischen Feuchtigkeitsmessgeräten.}

Holz wird je nach Feuchtigkeitsgeh alt in verschiedene Arten eingeteilt:

• Nass. MitFeuchtigkeitsgeh alt von über 100 %, was einem langen Aufenth alt im Wasser entspricht.
• Frisch geschnitten. Mit einem Geh alt von 50 bis 100 %.
• Lufttrocknen. Mit einem Faserwassergeh alt von 15 bis 20 %.
• Raumtrocken. Mit einem Feuchtigkeitsgeh alt von 8 bis 12 %.
• Völlig trocken. Mit 0 % Wassergeh alt, erh alten durch Trocknen bei 102°.

Wasser ist im Baum in gebundener und freier Form vorhanden. Freie Feuchtigkeit wird in den Zellen und im Zellzwischenraum gebunden – in Form chemischer Bindungen.

Einfluss von Feuchtigkeit auf Holzeigenschaften

Es gibt verschiedene Arten von Eigenschaften, abhängig vom Feuchtigkeitsgeh alt in der Holzstruktur:

• Schwindung ist eine Abnahme des Volumens von Zellstofffasern, wenn ihnen gebundenes Wasser entzogen wird. Je mehr Fasern, desto mehr Feuchtigkeit des gebundenen Typs. Das Entfernen von Feuchtigkeit hat keinen solchen Effekt.
• Warping - eine Veränderung der Form des Holzes während des Trocknungsprozesses. Tritt auf, wenn Stämme nicht richtig getrocknet oder gesägt werden.
• Feuchtigkeitsaufnahme - die Hygroskopizität von Holz oder die Fähigkeit, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen.
• Quellung - eine Zunahme des Volumens von Holzfasern, wenn sich das Material in einer feuchten Umgebung befindet.
• Wasseraufnahme - die Fähigkeit des Holzes, seine eigene Feuchtigkeit zu erhöhen, indem es tropfende Flüssigkeit aufnimmt.
• Dichte - gemessen als Masse pro Volumeneinheit. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit steigt die Dichte und umgekehrt.
• Permeabilität - die Fähigkeit, Wasser unter hohem Druck durch sich selbst zu leiten.

Nach dem TrocknenHolz verliert seine natürliche Elastizität und wird steifer.

Härte

Der Härtekoeffizient wird nach der Brinell-Methode oder dem Yankee-Test bestimmt. Ihr grundlegender Unterschied liegt in der Messtechnik. Laut Brinell wird eine gehärtete Stahlkugel auf eine flache Holzoberfläche gelegt und mit 100 Kilogramm Kraft beaufschlagt, wonach die Tiefe des entstandenen Lochs gemessen wird.

Der Yankee-Test verwendet einen 0,4-Zoll-Ball und misst, wie viel Kraft in Pfund erforderlich ist, um den Ball um den halben Durchmesser in den Baum zu drücken. Je höher das Ergebnis, desto härter der Baum und desto größer der Koeffizient. Innerhalb derselben Sorte unterscheiden sich jedoch die Indikatoren, die von der Schnittmethode, der Feuchtigkeit und anderen Faktoren abhängen.

Unten ist eine Tabelle der Brinell- und Yankee-Holzhärte für die häufigsten Holzarten.

Name	Brinellhärte, kg/mm2	Yankee-Härte, Pfund
Akazie	7, 1
Birke	3	1260
Karelische Birke	3, 5	1800
Elm	3	1350
Birne	4, 2
Eiche	3, 7-3, 9	1360
Fichte		660
Linde		400
Lärche	2, 5	1200
Erle	3	590
Europäischer Nussbaum	5
Spanische Walnuss	3, 5
Aspen		420
Tanne		350-500
Eberesche		830
Kiefer	2, 5	380-1240
Kirsche	3, 5
Apfelbaum		1730
Asche	4-4, 1	1320

Aus der Holzhärtetabelle geht hervor:

• Espe, Fichte, Tanne, Kiefer - sehr weiche Bäume;
• Birke, Linde, Erle und Lärche sind Weichhölzer;
• Ulme und Walnuss sind mittelhart;
• Eiche, Apfel, Kirschesche, Birne und haben einen normalen Härtekoeffizienten;
• Buche, Robinie und Eibe sind sehr harte Sorten.

Hartholz ist langlebigmechanischer Beanspruchung und wird für kritische Bauteile von Holzkonstruktionen verwendet.

Dichte

Die Dichte steht in direktem Zusammenhang mit dem Feuchtigkeitsgeh alt der Fasern. Um homogene Messindikatoren zu erh alten, wird es daher auf einen Geh alt von 12 % getrocknet. Eine Erhöhung der Dichte von Holz führt zu einer Erhöhung seiner Masse und Festigkeit. Je nach Feuchtigkeit wird Holz in mehrere Gruppen eingeteilt:

• Gestein mit der niedrigsten Dichte (bis zu 510 kg/m³³). Dazu gehören Tanne, Kiefer, Fichte, Pappel, Zeder, Weide und Walnuss.
• Rote mit mittlerer Dichte (im Bereich von 540-750 kg/m³). Dazu gehören Lärche, Eibe, Ulme, Birke, Buche, Birne, Eiche, Esche, Eberesche, Apfel.
• Gesteine mit hoher Dichte (mehr als 750 kg/m³). Diese Kategorie umfasst Birke und Stock.

Unten ist eine Dichtetabelle für verschiedene Baumarten.

Name der Rasse	Gesteinsdichte, kg/m3
Akazie	830
Birke	540-700
Karelische Birke	640-800
Buche	650-700
Kirsche	490-670
Elm	670-710
Birne	690-800
Eiche	600-930
Fichte	400-500
Weide	460
Zeder	580-770
Europäischer Ahorn	530-650
Kanadischer Ahorn	530-720
Feldahorn	670
Lärche	950-1020
Erle	380-640
Walnuss	500-650
Aspen	360-560
Tanne	350-450
Eberesche	700-810
Flieder	800
Pflaume	800
Kiefer	400-500
Pappel	400-500
Thuya	340-390
Vogelkirsche	580-740
Kirsche	630
Apfelbaum	690-720

Nadelarten haben die niedrigste Dichte, während Laubarten die höchste Dichte haben.

Stabilität

Der berechnete Widerstand von Holz beinh altet so etwas wie Stabilität bisFeuchtigkeit ausgesetzt. Der Grad wird auf einer fünfstufigen Skala gemessen, wenn sich die Luftfeuchtigkeit ändert:

1. Instabilität. Bereits bei einer geringfügigen Änderung der Luftfeuchtigkeit treten erhebliche Verformungen auf.
2. Durchschnittliche Stabilität. Bei einer leichten Änderung der Luftfeuchtigkeit tritt eine merkliche Verformung auf.
3. Relative Stabilität. Bei einer leichten Änderung der Luftfeuchtigkeit tritt eine leichte Verformung auf.
4. Stabilität. Keine sichtbare Verformung bei leichter Feuchtigkeitsänderung.
5. Absolute Stabilität. Selbst bei großer Feuchtigkeitsänderung gibt es absolut keine Verformung.

Unten ist ein Stabilitätsdiagramm gängiger Holzarten.

Name der Rasse	Stabilitätsgrad
Akazie	2
Birke	3
Karelische Birke	3
Buche	1
Kirsche	4
Elm	2
Birne	2
Eiche	4
Fichte	2
Zeder	4
Europäischer Ahorn	2
Kanadischer Ahorn	2
Feldahorn	1
Lärche	2-3
Erle	1
Amerikanische Walnuss	4
Paranuss	2
Walnuss	4
Europäischer Nussbaum	4
Spanische Walnuss	3
Aspen	1
Tanne	2
Pappel	1
Vogelkirsche	1
Kirsche	2
Apfelbaum	2

Die Werte sind für Holz mit einem Feuchtigkeitsgeh alt von 12 % berechnet.

Mechanische Eigenschaften

Die Holzqualität wird durch folgende Indikatoren bestimmt:

• Verschleißfestigkeit - die Fähigkeit von Holz, Verschleiß durch Reibung zu widerstehen. Mit zunehmender Härte des Materials nimmt sein Verschleiß mit einer ungleichmäßigen Verteilung über die Oberfläche der Probe ab. Auch der Feuchtigkeitsgeh alt des Holzes beeinflusst die Verschleißfestigkeit. Je niedriger er ist, desto höher ist der Widerstand.
• Verformbarkeit - die Fähigkeit, die Form nach dem Verschwinden der einwirkenden Kräfte wiederherzustellen. Wenn Holz komprimiert wird,Verformung des Werkstücks, die mit der Belastung verschwindet. Der Hauptindikator für die Verformbarkeit ist die Elastizität, die mit dem Feuchtigkeitsgeh alt des Holzes zunimmt. Bei allmählicher Trocknung geht die Elastizität verloren, was zu einer Abnahme der Verformungsbeständigkeit führt.
• Flexibilität - die natürliche Fähigkeit von Holz, sich unter Belastung zu biegen. Laubbaumarten haben eine gute Leistung, Nadelbäume in geringerem Maße. Diese Fähigkeiten sind wichtig bei der Herstellung von gebogenen Produkten, die zuerst befeuchtet und dann gebogen und getrocknet werden.
• Schlagfestigkeit - die Fähigkeit, Schlagkraft zu absorbieren, ohne Holz zu zersplittern. Die Prüfung erfolgt mit einer Stahlkugel, die aus großer Höhe auf das Werkstück fallen gelassen wird. Laubbaumsorten zeigen bessere Ergebnisse als Nadelbäume.

Dauerbelastungen verschlechtern nach und nach die Eigenschaften von Holz und führen zur Materialermüdung. Auch der langlebigste Baum hält äußeren Einflüssen nicht stand.

Regulatorische Spezifikationen

Indikatoren des normativen Widerstands sind für die Herstellung verschiedener Arten von Strukturen notwendig. Holz gilt als geeignet, wenn die Indikatoren nicht unter den berechneten Werten liegen. In Tests werden nur Standardproben mit einem Feuchtigkeitsgeh alt von nicht mehr als 15 % verwendet. Für Holz mit einem anderen Feuchtigkeitswert wird eine spezielle Formel für den Bemessungswiderstand verwendet, dann werden die Indikatoren in Standardwerte umgerechnet.

Bei der Konstruktion von Holzkonstruktionen ist es wichtig, die tatsächlichen Festigkeitswerte des Ausgangsmaterials zu kennen. In Wirklichkeit sind sie geringer als die normativen, die an Testmustern erh alten werden. Vergleichsdatenerh alten durch Belastung und Verformung von Proben mit Standardgrößen.

Konstruktionsmerkmale

Die Bemessungsfestigkeit von Holz sind die Spannungen in verschiedenen Ebenen von Holzproben, die durch bestimmte Belastungen entstehen, denen ein Baum beliebig lange standh alten kann, bis er vollständig zerstört ist. Diese Zahlen unterscheiden sich für Dehnung, Kompression, Biegung, Scherung und Quetschung.

Die tatsächlichen Zahlen werden durch Multiplizieren der normativen Daten mit den Koeffizienten der Arbeitsbedingungen erh alten.

Name	Bemessungswiderstandsbeiwert Holz
	Spannung entlang der Fasern	Faserspannung	Chipping
Lärche	1, 2	1, 2	1
Sibirische Zeder	0, 9	0, 9	0, 9
Kiefer	0, 65	0, 65	0, 65
Tanne	0, 8	0, 8	0, 8
Eiche	1, 3	2	1, 3
Ahorn, Esche	1, 3	2	1, 6
Akazie	1, 5	2, 2	1, 8
Buche, Birke	1, 1	1, 6	1, 3
Elm	1	1, 6	1
Pappel, Erle, Espe, Linde	0, 8	1	0, 8

Arbeitsbedingungen werden von einer ganzen Reihe von Faktoren beeinflusst. Die obigen Koeffizienten berücksichtigen solche Faktoren. Jede Einwirkung von Feuchtigkeit auf Strukturen führt zu einer Verringerung der Endleistung.

Schlussfolgerung

Beim Entwerfen von Holzkonstruktionen ist es wichtig, die berechneten Indikatoren der beim Bau verwendeten Materialien zu kennen. Einzelne Knoten werden dauerhaften oder temporären Belastungen ausgesetzt, die zu ihrer vollständigen Zerstörung führen können. Die in GOST und SNiP angegebenen Daten wurden durch Testen von Standardproben erh alten. Die tatsächlichen Werte werden jedoch stark von den normativen abweichen. Zur Berechnung werden daher die von den Normen vorgegebenen Formeln verwendet.