Пиломатериалы -Lumber

Дерево, вырезанное из викторианского эвкалипта царственного.
Гавань Беллингема, штат Вашингтон, заваленная бревнами, 1972 год.

Пиломатериалы — это древесина, которая была обработана до однородных и полезных размеров (размерные пиломатериалы), включая балки и доски или доски . Пиломатериал в основном используется для каркаса строительства, а также отделки (полы, стеновые панели, оконные рамы). Древесина имеет множество применений помимо строительства дома. Пиломатериалы иногда называют древесиной как архаичным термином, и все еще в Англии, в то время как в большинстве частей мира (особенно в Соединенных Штатах и ​​​​Канаде) термин древесина относится конкретно к необработанному древесному волокну, такому как спиленные бревна или стоящие деревья, которые еще предстоит обрезать.

Пиломатериалы могут поставляться как грубо распиленными , так и обработанными на одной или нескольких сторонах. Помимо балансовой древесины необработанные пиломатериалы являются сырьем для изготовления мебели и производства других предметов, требующих резки и формовки . Он доступен во многих породах, включая лиственные и хвойные породы , такие как белая сосна и красная сосна , из-за их низкой стоимости.

Готовые пиломатериалы поставляются стандартных размеров, в основном для строительной отрасли – преимущественно хвойных пород , из хвойных пород, в том числе сосны , пихты и ели (в совокупности ель-сосна-пихта ), кедра , болиголова , но также и некоторых лиственных пород, для высокосортных напольное покрытие. Он чаще изготавливается из древесины хвойных пород, чем из лиственных, и 80% пиломатериалов производится из древесины хвойных пород.

Терминология

В Соединенных Штатах и ​​​​Канаде фрезерованные доски называются пиломатериалами , а древесина означает стоящие или срубленные деревья.

Напротив, в Великобритании и некоторых других странах Содружества и Ирландии термин « древесина» используется в обоих смыслах. (В Великобритании слово « древесина» редко используется по отношению к дереву и имеет несколько других значений.)

Восстановленный пиломатериал

Восстановленный пиломатериал – это результат вторичной или третичной обработки предварительно фрезерованного пиломатериала. В частности, это относится к пиломатериалам, вырубленным для промышленного использования или изготовления деревянной упаковки. Пиломатериалы распиливаются продольной или повторной пилой для создания размеров, которые обычно не обрабатываются на основной лесопилке .

Повторная распиловка - это распиловка пиломатериалов лиственных или хвойных пород размером от 1 до 12 дюймов (25–305 мм) на две или более более тонких частей полноразмерных досок. Например, разделив 10-футовый (3,0 м) 2×4 ( 1+12 на 3+12  дюйма или 38 на 89 мм) на два 1 × 4 ( 34 на 3+12  дюйма или 19 на 89 мм) той же длины считается перепиливанием.

Пластиковый пиломатериал

Строительные пиломатериалы также могут быть изготовлены из переработанного пластика и нового пластика. Его внедрение встретило резкое сопротивление со стороны лесной промышленности. Смешивание стекловолокна с пластиковыми пиломатериалами повышает их прочность, долговечность и огнестойкость. Конструкционные пиломатериалы из пластикового стекловолокна могут иметь « показатель распространения пламени класса 1 25 или меньше при испытаниях в соответствии со стандартом ASTM E 84», что означает, что они горят медленнее, чем почти все обработанные деревянные пиломатериалы.

История

Основное понимание пиломатериалов или «пиленных досок» появилось в Северной Америке в 17 веке. Брус – самый распространенный и широко используемый метод распиловки бревен. Обычный пиломатериал получают путем выполнения первого пропила по касательной к окружности бревна. Затем каждый дополнительный разрез делается параллельно предыдущему. Этот метод позволяет производить максимально широкие доски с наименьшим количеством отходов бревен.

Производство пиломатериалов во всем мире определяется предпочтительным стилем строительства; районы с «культурой деревянного строительства» (дома строились из дерева, а не из других материалов, таких как кирпич) - это страны со значительной лесопильной промышленностью. Исторические регионы деревянного каркасного домостроения: Европа, Северная Америка, Китай. Различные регионы мира признаны крупными поставщиками древесины; однако эти районы (Индонезия, Саравак, Новая Гвинея и др.) являются экспортерами необработанных бревен и не имеют значительной отечественной лесопромышленности.

Крупнейшие регионы производства пиломатериалов в мире: Китай (18%); США (17%); Канада (10%); Россия (9%); Германия (5%); Швеция (4%).

В ранние периоды общества, чтобы сделать древесину для строительства, стволы деревьев раскалывали клиньями на как можно больше и как можно более тонкие части. Если нужно было сделать их еще тоньше, их обтесывали каким-нибудь острым инструментом с обеих сторон до нужного размера.
Этот простой, но расточительный способ изготовления досок кое-где до сих пор используется.

В противном случае бревна распиливали с помощью двуручной пилы или ямы, используя седельные блоки для удержания бревна и яму для шкипера, который работал внизу.

В 1420 году был открыт остров Мадейра  — архипелаг, состоящий из четырех островов у северо-западного побережья Африки и автономной области Португалии. Король Генрих VI отправил поселенцев на Мадейру и приказал построить лесопилки для распила различных пород превосходной древесины, которыми изобиловал остров. Около 1427 года была построена первая лесопилка в Германии.

Корнелис Корнелисзон (или Крелис Лутьес) был голландским владельцем ветряной мельницы из Уитгеста , который 15 декабря 1593 года изобрел первую механическую лесопилку с приводом от ветра. Это сделало переработку бревен в доски в 30 раз быстрее, чем раньше.

Циркулярная пила, используемая на современных лесопильных заводах, была изобретена англичанином по имени Миллер в 1777 году. Однако широкое применение она получила только в девятнадцатом веке, и ее великая работа относится к тому периоду. Первые вставные зубья для этой пилы изобрел американец У. Кендал в 1826 году.

Лесозаготовки в американских колониях начались в 1607 году, когда поселенцы Джеймстауна рубили лес, чтобы построить первое поселение в Новом Свете. Первая лесопилка в Америке была построена у водопада Пискатауква , на границе провинций Мэн и Нью-Гэмпшир , в 1634 году. Однако непроверенные записи утверждают, что уже в 1633 году в Новой Голландии работало несколько лесопилок .

Американские колонии были необходимы Англии в качестве поставщика пиломатериалов для британского флота. К 1790-м годам Новая Англия экспортировала в Британскую империю 36 миллионов футов сосновых досок и не менее 300 корабельных мачт в год. Запасы древесины начали сокращаться в начале 20 века из-за значительных объемов заготовки, поэтому лесозаготовительная промышленность была вынуждена искать древесину в других местах; отсюда и экспансия на американский Запад.

Преобразование деревянных бревен

Лесопилка с плавающими бревнами в Котке , Финляндия

Бревна превращаются в пиломатериалы путем распиливания, обтесывания или расщепления . Распиловка дисковой пилой является наиболее распространенным методом, поскольку распиловка позволяет использовать бревна более низкого качества, с неравномерной волокнистостью и крупными сучками, и является более экономичной. Существуют различные виды пиления:

  • Плоский распил (плоский распил, сквозной распил, полураспил) — бревно распилено насквозь без регулировки положения бревна и волокна проходят по ширине досок.
  • Распиловка на четверть и распиловка по распилу . В истории эти термины были перепутаны, но обычно они означают распиленные пиломатериалы, поэтому годовые кольца расположены достаточно перпендикулярно сторонам (а не краям) пиломатериала.
  • Коробчатое сердце - сердцевина остается внутри дерева, столба или балки с некоторым допуском на обнажение.
  • Сердечный центр – центральная сердцевина бревна.
  • Свободный от сердцевины центр (FOHC) - Боковая древесина, столб или балка без сердцевины.
  • Без сучков (FOK) – сучков нет.

Габаритные пиломатериалы

Обычная плата 50 на 100 мм (2 на 4 дюйма).

Размерные пиломатериалы — это пиломатериалы, распиленные по стандартной ширине и глубине, которые часто указываются в миллиметрах или дюймах. Плотники широко используют размерные пиломатериалы в каркасе деревянных зданий. Общие размеры включают 2 × 4 (на фото) (также два на четыре и другие варианты, такие как четыре на два в Австралии, Новой Зеландии и Великобритании), 2 × 6 и 4 × 4 . Длина доски обычно указывается отдельно от ширины и глубины. Таким образом, можно найти 2 × 4 длиной четыре, восемь и двенадцать футов. В Канаде и США стандартная длина пиломатериалов составляет 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 и 24 фута (1,8, 2,4, 3,0, 3,7, 4,3, 4,9, 5,5, 6,1, 6,7 и 7,3 м). Для каркаса стен доступны и обычно используются предварительно нарезанные стержни. Для потолков высотой 8, 9 или 10 футов (2,4, 2,7 или 3,0 м) доступны шпильки в 92 размерах.+58 дюймов (2,35 м), 104+58 дюймов (2,66 м) и 116+58 дюймов (2,96 м).

Североамериканские хвойные породы

Длина единицы мерного пиломатериала ограничена высотой и обхватом дерева, из которого она выфрезерована. Как правило, максимальная длина составляет 24 фута (7,32 м). Изделия из инженерной древесины, изготовленные путем связывания прядей, частиц, волокон или шпона древесины вместе с клеями для формирования композитных материалов, обеспечивают большую гибкость и большую структурную прочность, чем обычные деревянные строительные материалы.

Предварительно вырезанные стойки экономят много времени монтажнику, потому что они предварительно вырезаются производителем для использования в потолках высотой 8, 9 и 10 футов, что означает, что производитель удалил несколько дюймов или сантиметров куска, чтобы позволяют использовать подоконную пластину и двойную верхнюю пластину без необходимости в дополнительных размерах.

В Америке двойные (2 × 4, 2 × 6, 2 × 8, 2 × 10 и 2 × 12), названные в честь традиционной толщины доски в дюймах, наряду с 4 × 4 (89 мм × 89 мм). ), являются распространенными размерами пиломатериалов, используемых в современном строительстве. Они являются основными строительными блоками для таких распространенных конструкций, как корпуса с баллонной рамой или каркасной платформой . Размерные пиломатериалы из хвойных пород обычно используются для строительства, а доски из лиственных пород чаще используются для изготовления шкафов или мебели.

Номинальные размеры пиломатериалов больше фактических стандартных размеров готовых пиломатериалов. Исторически сложилось так, что номинальные размеры представляли собой размеры сырых (не просушенных), черновых (необработанных) досок, которые со временем становились меньше готовых пиломатериалов за счет сушки и строгания (для выравнивания древесины). Сегодня стандарты определяют окончательные размеры готовой продукции, и завод распиливает бревна до любого размера, необходимого для достижения этих окончательных размеров. Как правило, этот черновой срез меньше номинальных размеров, поскольку современные технологии позволяют более эффективно использовать бревна. Например, доска «2 × 4» исторически начиналась как зеленая шероховатая доска размером 2 на 4 дюйма (51 мм × 102 мм). После сушки и строгания он стал бы меньше на нестандартную величину. Сегодня доска «2×4» начинается как что-то меньше 2 дюймов на 4 дюйма и не оговаривается стандартами, а после сушки и строгания составляет минимум 1+12 на 3+12 дюйма (38 мм × 89 мм).

Размеры пиломатериалов хвойных пород Северной Америки
Номинальный Действительный Номинальный Действительный Номинальный Действительный Номинальный Действительный Номинальный Действительный
дюймы дюймы мм дюймы дюймы мм дюймы дюймы мм дюймы дюймы мм дюймы дюймы мм
1 × 2 34  ×  1+12 19 × 38 2 × 2 1+12  ×  1+12 38 × 38      
1 × 3 34  ×  2+12 19 × 64 2 × 3 1+12  ×  2+12 38 × 64      
1 × 4 34  ×  3+12 19 × 89 2 × 4 1+12  ×  3+12 38 × 89 4 × 4 3+12  ×  3+12 89 × 89    
1 × 5 34  ×  4+12 19 × 114        
1 × 6 34  ×  5+12 19 × 140 2 × 6 1+12  ×  5+12 38 × 140 4 × 6 3+12  ×  5+12 89 × 140 6 × 6 5+12  ×  5+12 140 × 140  
1 × 8 34  ×  7+14 19 × 184 2 × 8 1+12  ×  7+14 38 × 184 4 × 8 3+12  ×  7+14 89 × 184   8 × 8 7+12  ×  7+12 191 × 191
1 × 10 34  ×  9+14 19 × 235 2 × 10 1+12  ×  9+14 38 × 235      
1 × 12 34  ×  11+14 19 × 286 2 × 12 1+12  ×  11+14 38 × 286      

Как отмечалось ранее, для производства заданного готового размера требуется меньше древесины, чем когда стандарты требовали, чтобы необработанные пиломатериалы имели полный номинальный размер. Однако даже размеры готовых пиломатериалов данного номинального размера со временем менялись. В 1910 году типичная готовая доска толщиной 1 дюйм (25 мм) составляла 1316  дюймов (21 мм). В 1928 г. он был снижен на 4%, а в 1956 г. — еще раз на 4%. В 1961 г. на встрече в Скоттсдейле, штат Аризона, Комитет по упрощению оценок и стандартизации согласился с тем, что сейчас является действующим стандартом США: частично, обработанный размер 1-дюймовой (номинальной) доски был зафиксирован на уровне 34  дюйма; в то время как обработанный размер 2-дюймового (номинального) пиломатериала был уменьшен с 1+58  дюймов до текущего 1+12  дюйма.

Размерный пиломатериал доступен в зеленом, незаконченном состоянии, и для такого пиломатериала номинальные размеры являются фактическими размерами.

Оценки и стандарты

Самая длинная доска в мире (2002 г.) находится в Польше и имеет длину 36,83 метра (около 120 футов 10 дюймов).

Отдельные куски пиломатериалов демонстрируют широкий диапазон качества и внешнего вида в отношении сучков, наклона волокон, тряски и других природных характеристик. Поэтому они значительно различаются по силе, полезности и стоимости.

Переход к установлению национальных стандартов на пиломатериалы в Соединенных Штатах начался с публикации Американского стандарта на пиломатериалы в 1924 году, в котором устанавливались спецификации размеров, сорта и влажности пиломатериалов; он также разработал программы инспекции и аккредитации. Эти стандарты менялись с годами, чтобы соответствовать меняющимся потребностям производителей и дистрибьюторов, с целью сохранения конкурентоспособности пиломатериалов по сравнению с другими строительными продуктами. Текущие стандарты устанавливаются Американским комитетом по стандартам пиломатериалов, назначаемым министром торговли США .

Расчетные значения для большинства видов и марок визуально классифицированных конструкционных изделий определяются в соответствии со стандартами ASTM , которые учитывают влияние характеристик снижения прочности, продолжительности нагрузки, безопасности и других влияющих факторов. Применимые стандарты основаны на результатах испытаний, проведенных в сотрудничестве с Лабораторией лесных товаров Министерства сельского хозяйства США . Расчетные значения для деревянных конструкций, которые являются дополнением к Национальным спецификациям проектирования® для деревянных конструкций ANSI/AF&PA, предоставляют эти расчетные значения пиломатериалов, признанные типовыми строительными нормами.

В Канаде действуют правила классификации, которые поддерживают стандарт среди заводов, производящих аналогичную древесину, чтобы гарантировать клиентам одинаковое качество. Классы стандартизируют качество пиломатериалов на разных уровнях и основаны на содержании влаги, размере и производстве во время сортировки, отгрузки и разгрузки покупателем. Национальное управление по сортировке пиломатериалов (NLGA) отвечает за составление, интерпретацию и соблюдение канадских правил и стандартов классификации пиломатериалов. Канадский совет по аккредитации стандартов пиломатериалов (CLSAB) следит за качеством канадской системы классификации и идентификации пиломатериалов.

Попытки сохранить качество пиломатериалов с течением времени столкнулись с историческими изменениями в лесных ресурсах Соединенных Штатов - от медленно растущих девственных лесов , обычных более века назад, до быстрорастущих плантаций , которые сейчас распространены в коммерческих лесах. Вызванное этим снижение качества пиломатериалов вызвало озабоченность как у лесопромышленников , так и у потребителей и привело к более широкому использованию альтернативных строительных материалов.

Пиломатериалы, рассчитанные на машинную нагрузку и подвергнутые машинной оценке, легко доступны для конечного использования, где важна высокая прочность, например, для ферм , стропил , клееного бруса, двутавровых балок и поперечных соединений. Машинная классификация измеряет такую ​​характеристику, как жесткость или плотность, которая коррелирует с интересующими структурными свойствами, такими как прочность на изгиб . Результатом является более точное понимание прочности каждого куска пиломатериала, чем это возможно при визуальной сортировке пиломатериалов, что позволяет проектировщикам использовать полную расчетную прочность и избегать чрезмерного строительства.

В Европе классификация прочности прямоугольных пиломатериалов/ пиломатериалов (как хвойных, так и лиственных пород) проводится в соответствии с EN-14081 и обычно сортируется по классам, определенным EN-338. Для хвойных пород общими классами являются (по возрастанию прочности) C16, C18, C24 и C30. Существуют также классы, специально предназначенные для лиственных пород, и наиболее часто используемые (по возрастающей прочности) классы: D24, D30, D40, D50, D60 и D70. Для этих классов число относится к требуемой прочности на изгиб 5-го процентиля в ньютонах на квадратный миллиметр. Существуют и другие классы прочности, в том числе Т-классы, основанные на растяжении, предназначенные для клееного бруса .

  • C14, используется для строительных лесов и опалубки
  • C16 и C24, общая конструкция
  • C30, сборные кровельные фермы и там, где конструкция требует несколько более прочных балок , чем может предложить C24. TR26 также является распространенным классом прочности ферменных стропил, который давно используется в Великобритании.
  • C40, обычно встречается в клееном брусе

Правила сортировки африканских и южноамериканских пиломатериалов были разработаны ATIBT в соответствии с правилами Sciages Avivés Tropicaux Africains (SATA) и основаны на сплошных рубках – устанавливаются по проценту чистой поверхности.

Лиственные породы Северной Америки

В Северной Америке рыночная практика размерных пиломатериалов, изготовленных из лиственных пород, значительно отличается от регуляризированных стандартизированных размеров « размерных пиломатериалов », используемых для продажи и спецификации хвойных пород - доски из лиственных пород часто продаются полностью черновыми или машинно строганными только на двух (шире) стороны лица. Когда доски лиственных пород поставляются еще и со строганными гранями, то это обычно бывает как произвольной ширины заданной толщины (обычно совпадающая фрезеровка мерных пиломатериалов из хвойных пород), так и несколько произвольной длины. Но помимо этих более старых (традиционных и нормальных) ситуаций, в последние годы некоторые линейки продуктов были расширены, чтобы продавать доски стандартных размеров; они обычно продаются в крупных магазинах и имеют относительно небольшой набор определенной длины; во всех случаях древесина лиственных пород продается потребителю в досковых футах (144 кубических дюйма или 2360 кубических сантиметров), тогда как эта мера не используется для хвойных пород у розничного продавца (с ведома покупателя).

Размерные размеры пиломатериалов из древесины лиственных пород Северной Америки
Номинальный (обрезной размер) S1S (с односторонним наплавом) S2S (с наплавкой на две стороны)
12 дюйма 38  дюймов (9,5 мм) 516  дюймов (7,9 мм)
58 дюймов 12  дюйма (13 мм) 716  дюймов (11 мм)
34 дюйма 58  дюймов (16 мм) 916  дюймов (14 мм)
1 дюйм или 44 дюйма 78  дюймов (22 мм) 1316  дюймов (21 мм)
1+14 дюйма или 54 дюйма 1+18  дюймов (29 мм) 1+116  дюймов (27 мм)
1+12 дюйма или 64 дюйма 1+38  дюймов (35 мм) 1+516  дюймов (33 мм)
2 дюйма или 84 дюйма 1+1316  дюймов (46 мм) 1+34 дюйма (44 мм)
3 дюйма или 124 дюйма 2+1316  дюймов (71 мм) 2+34  дюйма (70 мм)
4 дюйма или 164 дюйма 3+1316  дюймов (97 мм) 3+34  дюйма (95 мм)

Также в Северной Америке пиломатериалы из лиственных пород обычно продаются по системе «четверть» по толщине; 4/4 (четыре четверти) относится к доске толщиной 1 дюйм (25 мм), 8/4 (восемь четвертей) — доске толщиной 2 дюйма (51 мм) и т. д. Эта «четвертная» система редко используется. используется для пиломатериалов хвойных пород; хотя настил из хвойной древесины иногда продается как 5/4, хотя на самом деле он имеет толщину один дюйм (из-за фрезерования 18  дюйма или 3,2 мм с каждой стороны на этапе моторизованного строгания ). Система отсчета «четверть» - это традиционная номенклатура лесной промышленности Северной Америки, используемая специально для обозначения толщины необработанных пиломатериалов лиственных пород.

В черновом пиломатериале сразу указывается, что пиломатериал еще не фрезерован, что позволяет избежать путаницы с фрезерованным пиломатериалом, который измеряется как фактическая толщина после механической обработки. Примеры – 34 дюйма, 19 мм или 1x. В последние годы архитекторы, дизайнеры и строители начали использовать систему «четвертей» в спецификациях как моду на инсайдерские знания, хотя указанные материалы представляют собой готовые пиломатериалы, что объединяет отдельные системы и вызывает путаницу.

Лиственные породы, вырубленные для мебели, рубят осенью и зимой, после того как в деревьях перестанет течь сок. Если лиственные породы рубят весной или летом, сок портит естественный цвет пиломатериалов и снижает ценность древесины для изготовления мебели.

Инженерные пиломатериалы

Инженерные пиломатериалы - это пиломатериалы, созданные производителем и предназначенные для определенной конструкционной цели. Основные категории инженерных пиломатериалов:

  • Ламинированный брус (LVL) – LVL идет в 1+Толщина 34 дюйма (44 мм) с глубиной, например, 9+12 11+78 , 14, 16, 18 и 24 дюйма (240, 300, 360, 410, 460 и 610 мм) и часто удваиваются или утраиваются. Они функционируют как балки для поддержки больших пролетов, таких как удаленные опорные стены и проемы гаражных ворот, места, где габаритных пиломатериалов недостаточно, а также в местах, где большая нагрузка приходится на пол, стену или крышу на несколько коротком участке. пролет, где габаритный пиломатериал нецелесообразен. Этот тип пиломатериала подвергается риску, если он изменен отверстиями или выемками в любом месте в пределах пролета или на концах, но в него можно вбить гвозди везде, где это необходимо, чтобы закрепить балку или добавить подвески для двутавровых балок или размерных деревянных балок, которые заканчиваются на балке ЛВЛ.
  • Деревянные двутавровые балки - иногда называемые «TJI», «Trus Joists» или «BCI», все они представляют собой марки деревянных двутавровых балок, они используются для балок перекрытий на верхних этажах, а также в обычном строительстве фундамента первого этажа на опорах. в отличие от плитного перекрытия. Они рассчитаны на длинные пролеты и удваиваются в местах, где над ними будет выровнена стена, а иногда утраиваются там, где над ними размещаются тяжелые опорные стены, нагруженные крышей. Они состоят из верхнего и нижнего пояса или фланца из мерных пиломатериалов с перемычкой между ними из ориентированно-стружечной плиты (OSB) (или, в последнее время, из стальных сетчатых профилей, позволяющих проводить коммуникации без резки). Лента может быть удалена до определенных размеров или форм в соответствии со спецификациями производителя или инженера, но для небольших отверстий деревянные двутавровые балки поставляются с «выбивными отверстиями», которые представляют собой перфорированные предварительно вырезанные области, в которых можно легко сделать отверстия, как правило без согласования с инженером. Когда необходимы большие отверстия, их обычно можно сделать только в лямках и только в центральной трети пролета; верхний и нижний пояса теряют свою целостность при разрезании. Размеры и формы отверстия и, как правило, расположение самого отверстия должны быть одобрены инженером до вырезания отверстия, и во многих областях лист, показывающий расчеты, сделанные инженером, должен быть предоставлен строительной инспекции. власти до того, как отверстие будет одобрено. Некоторые двутавровые балки изготавливаются с лямками W-образного типа, как ферма, чтобы исключить разрезание и обеспечить проход воздуховодов.
  • Пиломатериалы с шиповым соединением - длина цельных пиломатериалов обычно ограничена длиной от 22 до 24 футов (6,7–7,3 м), но может быть увеличена с помощью техники «шипового соединения» с использованием небольших цельных кусков, обычно от 18 до 24. дюймов (460–610 мм) в длину и соединяя их вместе с помощью пальцевых соединений и клея, чтобы получить длину, которая может достигать 36 футов (11 м) в размере 2 × 6. Шиповое соединение также преобладает в предварительно вырезанных стойках для стен. Это также доступная альтернатива для неконструкционной твердой древесины, которая будет окрашиваться (окрашивание оставит видимыми сращенные соединения). Во время строительства следует соблюдать осторожность, чтобы не забить гвозди непосредственно в клеевой шов, так как это может привести к поломке шпилек.
  • Клееные балки - создаются из заготовки 2 × 4 или 2 × 6 путем склеивания граней вместе для создания балок, таких как 4 × 12 или 6 × 16. Таким образом, бревно действует как один большой кусок пиломатериала, что устраняет необходимость заготавливать более крупные и старые деревья для получения бревна того же размера.
  • Производственные фермы - фермы используются в жилищном строительстве в качестве сборной замены стропил крыши и потолочных балок (каркас). Это считается более простой установкой и лучшим решением для поддержки крыш, чем использование распорок и прогонов из габаритных пиломатериалов в качестве распорок. На юге США и в других местах по-прежнему преобладает каркас из стержней с опорой для крыши из объемных пиломатериалов. Основными недостатками ферм являются уменьшенное пространство на чердаке, время, необходимое для проектирования и заказа, и стоимость выше, чем размер пиломатериалов, необходимых, если бы тот же проект был выполнен обычным образом. Преимущества заключаются в значительном снижении трудозатрат (установка выполняется быстрее, чем при обычном обрамлении), согласованности и общей экономии времени.

Различные кусочки и разрезы

Деревянные сваи

В США сваи в основном вырезают из южных желтых сосен и дугласовых елей . Обработанные сваи доступны в хромированном арсенате меди 0,60, 0,80 и 2,50 фунта на кубический фут (9,6, 12,8 и 40,0 кг/м 3 ), если требуется обработка.

Историческая китайская постройка

В соответствии с предписанием Метода строительства (營造法式), изданным правительством династии Сун в начале 12 века, бревна были стандартизированы до восьми размеров поперечного сечения. Независимо от фактических размеров бруса соотношение ширины и высоты выдерживалось на уровне 1:1,5. Единицы указаны в дюймах династии Сун (31,2 мм).

Сорт высота ширина использует
1-й 9 6 большие залы шириной 11 или 9 пролетов
2-й 8,25 5,5 большие залы шириной 7 или 5 пролетов
3-й 7,5 5 большие залы шириной 5 или 3 пролета или залы шириной 7 или 5 пролётов
4-й 7.2 4,8 большие залы шириной 3 пролета или залы шириной 5 пролётов
5-й 6,6 4.4 большие залы шириной 3 малых пролета или залы шириной 3 больших пролета
6-й 6 4 пагоды и малые залы
7-й 5,25 3.2 пагоды и небольшие большие залы
8-й 4,5 3 маленькие пагоды и потолки

Древесина меньше 8-го класса называлась «неклассифицированной» (等外). Ширина бруса обозначается как один «брус» (材), а размеры других структурных компонентов указывались кратными «брусу»; таким образом, поскольку ширина фактической древесины варьировалась, размеры других компонентов легко рассчитывались, не прибегая к конкретным цифрам для каждого масштаба. Размеры бревен в аналогичных целях показывают постепенное уменьшение от династии Суй (580–618) до современной эпохи; древесина 1-го класса во времена Суй была реконструирована как 15 × 10 (дюймов династии Суй, или 29,4 мм).

Дефекты пиломатериалов

Дефекты, возникающие в пиломатериалах, сгруппированы в следующие четыре категории:

Преобразование

В процессе переработки древесины в товарные пиломатериалы могут возникать следующие дефекты:

  • Марка стружки: на этот дефект указывают следы или знаки, нанесенные щепой на обработанную поверхность древесины.
  • Диагональное волокно: неправильная распиловка пиломатериала
  • Рваное зерно: когда на готовой поверхности образуется небольшая вмятина из-за падения какого-либо инструмента.
  • Обзол: наличие оригинальной закругленной поверхности в готовом изделии.

Дефекты из-за грибков и животных

Грибы поражают древесину (как древесину, так и пиломатериалы), когда присутствуют все эти условия:

  • Влажность древесины выше 25% в пересчете на сухую массу.
  • Окружающая среда достаточно теплая
  • Кислород (O 2 ) присутствует

Древесина с влажностью менее 25% (в пересчете на сухой вес) может веками оставаться без гниения. Точно так же древесина, погруженная в воду, не может быть поражена грибками, если количество кислорода недостаточно.

Грибковые дефекты пиломатериалов/древесины:

Ниже приведены насекомые и моллюски , которые обычно вызывают гниение древесины/пиломатериалов:

Природные силы

Есть две основные естественные силы, ответственные за появление дефектов в древесине и пиломатериалах: ненормальный рост и разрыв тканей. Разрыв ткани включает в себя трещины или расколы в древесине, называемые «тряской». «Сотрясение кольца», «сотрясение ветром» или «разрушение кольца» - это когда волокна древесины отделяются вокруг годичных колец либо во время стояния, либо во время рубки. Встряска может снизить прочность древесины и внешний вид, таким образом, снизить качество пиломатериалов и может удерживать влагу, способствуя гниению. Болиголов восточный известен тем, что у него дрожат кольца . «Шах» — это трещина на поверхности древесины, вызванная усадкой внешней стороны древесины по мере старения. Чеки могут доходить до сердцевины и следовать за зерном. Как и коктейли, чеки могут содержать воду, способствующую гниению. «Раскол» проходит через всю древесину. На концах пиломатериалов чаще возникают трещины и расколы из-за более быстрого высыхания в этих местах.

Приправа

Приправа пиломатериалов обычно сушится в печи или на воздухе. Дефекты из-за приправ являются основной причиной расколов, коробления и образования сот. Приправа - это процесс сушки древесины для удаления связанной влаги, содержащейся в стенках ячеек древесины, для получения выдержанной древесины.

Прочность и срок службы

При надлежащих условиях древесина обеспечивает отличные, долговечные эксплуатационные характеристики. Однако он также сталкивается с несколькими потенциальными угрозами для срока службы, включая грибковую активность и повреждение насекомыми, которых можно избежать множеством способов. Раздел 2304.11 Международного строительного кодекса посвящен защите от гниения и термитов. В этом разделе приведены требования для нежилых строительных конструкций, таких как древесина, используемая над землей (например, для каркаса, настила, лестниц и т. д.), а также для других целей.

Существует четыре рекомендуемых метода защиты деревянных каркасных конструкций от опасностей, связанных с долговечностью, и, таким образом, обеспечения максимального срока службы здания. Все требуют правильного проектирования и строительства:

  • Контроль влажности с помощью методов проектирования, чтобы избежать гниения
  • Обеспечение эффективной борьбы с термитами и другими насекомыми
  • Использование прочных материалов, таких как обработанные под давлением или естественно прочные породы дерева, где это уместно.
  • Обеспечение качества при проектировании и строительстве, а также в течение всего срока службы здания с использованием соответствующих методов технического обслуживания.

Контроль влажности

Древесина является гигроскопичным материалом, что означает, что она естественным образом поглощает и выделяет воду, чтобы сбалансировать внутреннюю влажность с окружающей средой. Содержание влаги в древесине измеряется по весу воды в процентах от сухого веса древесного волокна. Ключом к борьбе с гниением является контроль влажности. После появления гнилостных грибков минимальное содержание влаги для распространения гниения составляет от 22 до 24 процентов, поэтому эксперты по строительству рекомендуют 19 процентов в качестве максимального безопасного содержания влаги для необработанной древесины, находящейся в эксплуатации. Вода сама по себе не вредит древесине, напротив, древесина с постоянно высоким содержанием влаги способствует росту грибковых организмов.

Основная цель при решении вопросов, связанных с влагой, состоит в том, чтобы в первую очередь не допустить попадания воды в ограждающие конструкции здания и сбалансировать содержание влаги внутри самого здания. Контроль влажности с помощью принятых проектных и строительных деталей является простым и практичным методом защиты деревянного каркасного дома от гниения. Для приложений с высоким риском остаться влажным дизайнеры выбирают прочные материалы, такие как естественно устойчивые к гниению породы или древесина, обработанная консервантами . Облицовка , черепица , подоконники и открытые деревянные или клееные балки являются примерами потенциальных применений обработанной древесины.

Борьба с термитами и другими насекомыми

Для зданий в термитных зонах основные методы защиты, предусмотренные действующими строительными нормами, включают (но не ограничиваются) следующее:

  • Планировка строительной площадки вдали от фундамента для обеспечения надлежащего дренажа
  • Покрытие открытого грунта в любых подпольях полиэтиленовой пленкой толщиной 6 мил и сохранение зазора не менее 12–18 дюймов (300–460 мм) между землей и нижней частью элементов каркаса выше (12 дюймов до балок или балок, 18 дюймов до балки или дощатый настил)
  • Поддержка столбов бетонными опорами так, чтобы между деревом и открытой землей оставалось не менее 6 дюймов (150 мм) свободного пространства.
  • Установка деревянного каркаса и обшивки наружных стен на высоте не менее восьми дюймов над открытой землей; размещение сайдинга на расстоянии не менее шести дюймов от готового сорта
  • При необходимости вентиляция подполья в соответствии с местными строительными нормами.
  • Уборка отходов строительных материалов с места проведения работ перед засыпкой.
  • Если это разрешено местным законодательством, обработка почвы вокруг фундамента одобренным термицидом для обеспечения защиты от подземных термитов.

консерванты

Специальные крепления используются с обработанными пиломатериалами из-за агрессивных химикатов, используемых в процессе их консервации.

Чтобы избежать гниения и заражения термитами, необработанную древесину отделяют от земли и других источников влаги. Эти разделения требуются многими строительными нормами и считаются необходимыми для поддержания деревянных элементов в постоянных конструкциях с безопасным содержанием влаги для защиты от гниения. Когда невозможно отделить древесину от источников влаги, дизайнеры часто полагаются на обработанную консервантом древесину.

Древесину можно обрабатывать консервантом, повышающим срок службы в тяжелых условиях без изменения ее основных характеристик. Его также можно пропитать под давлением огнезащитными химическими веществами, которые улучшают его характеристики при пожаре. Один из первых способов обработки «огнеупорных пиломатериалов», замедляющих возгорание, был разработан в 1936 году корпорацией Protexol Corporation, при которой пиломатериалы сильно обрабатываются солью. Древесина не портится просто потому, что намокает. Когда древесина разрушается, это происходит потому, что организм ест ее. Консерванты работают, делая источник пищи несъедобным для этих организмов. Правильно обработанная консервантом древесина может иметь в 5-10 раз больший срок службы, чем необработанная древесина. Консервированная древесина чаще всего используется для изготовления железнодорожных шпал, опор, морских свай, настилов, заборов и других наружных работ. Доступны различные методы обработки и типы химических веществ, в зависимости от характеристик, требуемых в конкретном случае, и требуемого уровня защиты.

Существует два основных метода лечения: с давлением и без него. Методы без давления - это нанесение консервантов кистью, распылением или погружением обрабатываемого изделия. Более глубокое и тщательное проникновение достигается за счет вдавливания консерванта в клетки древесины. Различные комбинации давления и вакуума используются для нагнетания соответствующего уровня химического вещества в древесину. Консерванты для обработки под давлением состоят из химических веществ, находящихся в растворителе. Хромированный арсенат меди, который когда-то был наиболее часто используемым консервантом для древесины в Северной Америке, в 2004 году начал поэтапно отказываться от большинства жилых помещений. На смену ему пришли амин четвертичной меди и азол меди.

Все консерванты для древесины, используемые в Соединенных Штатах и ​​Канаде, зарегистрированы и регулярно пересматриваются на безопасность Агентством по охране окружающей среды США и Агентством по борьбе с вредителями и регулированию Министерства здравоохранения Канады соответственно.

Деревянный каркас

Деревянный каркас - это стиль строительства, в котором используются более тяжелые элементы каркаса (более крупные столбы и балки), чем в современном каркасном каркасе , в котором используются пиломатериалы стандартных размеров меньшего размера. Бревна вырезаются из бревен и обтачиваются пилой, топором или теслом, а затем соединяются столярными изделиями без гвоздей. Популярность современного деревянного каркаса в Соединенных Штатах растет с 1970-х годов.

Воздействие пиломатериалов на окружающую среду

Зеленое строительство сводит к минимуму воздействие или «экологический след» здания. Древесина является основным строительным материалом, который является возобновляемым и восполняемым в непрерывном цикле. Исследования показывают, что производство древесины требует меньше энергии и приводит к меньшему загрязнению воздуха и воды, чем производство стали и бетона. Однако в вырубке лесов обвиняют спрос на пиломатериалы .

Остаточная древесина

Переход с угля на энергию из биомассы является растущей тенденцией в Соединенных Штатах.

Правительства Соединенного Королевства, Узбекистана, Казахстана, Австралии, Фиджи, Мадагаскара, Монголии, России, Дании, Швейцарии и Эсватини поддерживают повышение роли энергии, получаемой из биомассы, которая представляет собой органические материалы, доступные на возобновляемой основе и включающие остатки и/или или побочные продукты процессов лесозаготовки, распиловки и изготовления бумаги. В частности, они рассматривают это как способ снизить выбросы парниковых газов за счет сокращения потребления нефти и газа при одновременном поддержании роста лесного хозяйства, сельского хозяйства и сельской экономики. Исследования, проведенные правительством США, показали, что совокупные лесные и сельскохозяйственные земельные ресурсы страны способны устойчиво обеспечивать более одной трети текущего потребления нефти.

Биомасса уже является важным источником энергии для лесной промышленности Северной Америки. Компании обычно имеют когенерационные установки, также известные как комбинированное производство тепла и электроэнергии, которые преобразуют часть биомассы, получаемой в результате производства древесины и бумаги, в электрическую и тепловую энергию в виде пара. Электричество используется, помимо прочего, для сушки пиломатериалов и обогрева сушилок, используемых при производстве бумаги.

Воздействие на окружающую среду

Древесина – это устойчивый и экологически чистый строительный материал, который может заменить традиционные строительные материалы (например, бетон и сталь). Его структурные характеристики, способность фиксировать CO 2 и низкое потребление энергии в процессе производства делают древесину интересным материалом.

Замена пиломатериалов на бетон или сталь позволяет избежать выбросов углерода от этих материалов. На производство цемента и бетона приходится около 8% глобальных выбросов парниковых газов, а на металлургическую промышленность приходится еще 5% (полтонны CO 2 выбрасывается при производстве тонны бетона; две тонны CO 2  выбрасываются при производство тонны стали).

Преимущества пиломатериалов:

  • Противопожарные характеристики: в случае пожара внешний слой массивной древесины будет предсказуемым образом обугливаться, что эффективно самозатухает и защищает внутреннюю часть, позволяя ему сохранять структурную целостность в течение нескольких часов даже при сильном пожаре.
  • Сокращение выбросов углерода: строительные материалы и конструкции составляют 11% глобальных выбросов парниковых газов. Хотя точное количество будет зависеть от породы деревьев, методов ведения лесного хозяйства, транспортных расходов и ряда других факторов, один кубический метр пиломатериалов улавливает примерно одну тонну CO 2 .
  • Естественная изоляция: древесина является естественным изолятором, что делает ее особенно подходящей для окон и дверей.
  • Меньше времени строительства, трудозатрат и отходов: сборные пиломатериалы легко изготавливать, из которых можно собирать детали одновременно (с относительно небольшими трудозатратами). Это сокращает материальные отходы, позволяет избежать больших складских запасов на месте и сводит к минимуму простои на месте. По данным лесозаготовительной промышленности хвойных пород, «массовые деревянные здания строятся примерно на 25% быстрее, чем бетонные здания, и требуют на 90% меньше строительных работ».

Конец жизни

Исследование EPA показало типичный сценарий окончания срока службы древесных отходов из твердых бытовых отходов (ТБО), деревянной упаковки и других различных изделий из древесины в США. По данным 2018 года, около 67% древесных отходов было захоронено, 16% сожжено с рекуперацией энергии и 17% переработано.

Исследование 2020 года, проведенное Эдинбургским университетом Напье, продемонстрировало пропорциональный поток отходов рекуперированных пиломатериалов в Великобритании. Исследование показало, что древесина из твердых бытовых отходов и отходов упаковки составляет 13 и 26% собранных отходов. Отходы строительства и сноса составляют наибольшую часть отходов в совокупности - 52%, а остальные 10% приходятся на промышленность.

В экономике замкнутого цикла

Фонд Эллен Макартур определяет экономику замкнутого цикла как «основанную на принципах сокращения отходов и загрязнения, использования продуктов и материалов и восстановления природных систем».

Экономику замкнутого цикла можно рассматривать как модель, направленную на устранение отходов за счет нацеливания материалов и продуктов на максимальную полезность и время. Короче говоря, это совершенно новая модель производства и потребления, обеспечивающая устойчивое развитие с течением времени. Это связано с повторным использованием материалов, компонентов и продуктов в течение более длительного жизненного цикла.

Дерево является одним из самых требовательных материалов, поэтому важно разработать модель экономики замкнутого цикла. Лесная промышленность создает много отходов, особенно в процессе производства. От окорки бревен до готовой продукции существует несколько стадий переработки, в результате которых образуется значительный объем отходов, к которым относятся твердые древесные отходы, вредные газы и остаточная вода. Поэтому важно определить и применять меры по уменьшению загрязнения окружающей среды, обеспечивая финансовую отдачу промышленности (например, продажа отходов производителям древесной щепы) и поддерживая здоровые отношения между окружающей средой и промышленностью.

Древесные отходы могут быть переработаны в конце срока службы для производства новых продуктов. Переработанная щепа может использоваться для изготовления деревянных панелей, что полезно как для окружающей среды, так и для промышленности. Такая практика снижает использование первичного сырья, устраняя выбросы, которые в противном случае были бы выброшены при его производстве.

Одно из исследований, проведенных в Гонконге, было проведено с использованием оценки жизненного цикла (LCA). Исследование было направлено на оценку и сравнение воздействия на окружающую среду управления древесными отходами в результате строительных работ с использованием различных альтернативных сценариев управления в Гонконге. Несмотря на различные преимущества пиломатериалов и их отходов, вклад в изучение экономики замкнутого цикла пиломатериалов все еще очень мал. Вот некоторые области, в которых можно внести улучшения для улучшения округлости пиломатериалов:

  1. Во-первых, правила, поддерживающие использование переработанных пиломатериалов. Например, установление стандартов сортировки и введение штрафов за ненадлежащую утилизацию, особенно в секторах, производящих большое количество древесных отходов, таких как строительство и снос.
  2. Во-вторых, создание более сильных сил снабжения. Этого можно достичь за счет улучшения протокола и технологии сноса и расширения рынка вторичного сырья с помощью бизнес-моделей замкнутого цикла.
  3. В-третьих, повысить спрос за счет стимулирования строительного сектора и новых домовладельцев к использованию переработанных пиломатериалов. Это может быть в виде снижения налогов на строительство новостройки.

Вторичное сырье

Термин вторичное сырье обозначает отходы, которые были переработаны и введены обратно в использование в качестве производственного материала. Древесина имеет большой потенциал для использования в качестве вторичного сырья на различных этапах, как указано ниже:

Восстановление веток и листьев для использования в качестве удобрений
Древесина проходит несколько этапов обработки, прежде чем древесина желаемой формы, размера и стандартов будет достигнута для коммерческого использования. В процессе образуется много отходов, которые в большинстве случаев не учитываются. Но, будучи органическими отходами, положительный аспект таких отходов заключается в том, что их можно использовать в качестве удобрения или для защиты почвы в суровых погодных условиях.
Утилизация древесной щепы для производства тепловой энергии
Отходы, образующиеся при производстве пиломатериалов, могут быть использованы для получения тепловой энергии. Изделия из древесины после окончания их срока службы могут быть переработаны в щепу и использованы в качестве биомассы для производства тепловой энергии. Это выгодно для производств, нуждающихся в тепловой энергии.

Практики циркулярной экономики предлагают эффективные решения в отношении отходов. Он нацелен на его ненужное производство за счет сокращения отходов, повторного использования и переработки. Нет четких явных свидетельств экономики замкнутого цикла в производстве древесных плит. Однако, исходя из концепции экономики замкнутого цикла и ее характеристик, в производстве древесных плит существуют возможности, начиная с этапа добычи сырья и заканчивая его жизненным циклом. Таким образом, существует пробел, который еще предстоит изучить.

Смотрите также

Заметки с пояснениями

Рекомендации

дальнейшее чтение

Внешние ссылки