Dřevo jako odolný, lehký na hmotnost a zpracování, hygienický a relativně levný stavební materiál vždy bylo a je hojně využíváno. Je široce používán v budovách a konstrukcích ve formě nosných konstrukcí pracujících v tlaku a ohybu – sloupy, trámy, vaznice, krokve, vazníky; v obvodových konstrukcích – stěny, příčky, stropy, krytiny, střechy atd.
Dřevo je nejstarší ze všech materiálů používaných člověkem. Téměř vše, co obklopovalo člověka před 300-400 lety, bylo vytvořeno ze dřeva, ale dřevo zaujímá důležité místo i v moderním světě. Rozsahem a rozmanitostí použití se žádný jiný materiál nevyrovná dřevu. Dřevo se používá pro stavbu budov a konstrukcí pro různé účely, pro výrobu truhlářských a stavebních výrobků (dveře, okna, podlahy, parkety, obklady atd.), jakož i pro výrobu nábytku. Řezivo, dřevotřískové desky, dřevovláknité a dřevěné desky, překližky jsou některé z hlavních konstrukčních materiálů používaných ve stavebnictví a architektuře.
Moderní stavební dřevo má bezesporu řadu výhod, které pomáhají vytvářet nové architektonické formy a určují industrialismus a masový charakter stavebnictví. Těžko jmenovat odvětví národního hospodářství, které by se obešlo bez dřeva. Je široce používán v celulózovém a papírenském průmyslu, výrobě kvalitních hudebních nástrojů, nábytku atd. Převážná část dřeva se používá ve stavebnictví a architektuře, které zůstávají jeho hlavními spotřebiteli.
1.1. Historie využití dřevěných konstrukcí v architektuře
Dřevo je nejstarším stavebním materiálem, starým jako umění stavitelství samo. Na jejím příkladu lze jasně vysledovat dialektický zákon vývoje techniky ve spirále, v níž každý další obrat otevírá nové možnosti pro tento materiál. Historie používání dřevěných konstrukcí sahá mnoho staletí zpět a ztrácí se v hlubinách staletí. V primitivní společnosti hrálo dřevo ve stavebnictví obzvláště důležitou roli, což se vysvětluje hojností lesních zdrojů, relativně snadným zpracováním dřeva a jeho vysokou pevností. Primitivní lidé stavěli malá primitivní obydlí na zemi a hromadách, malé ploty a mosty z dřevěných kmenů s kamennými sekerami. Různé stavby nejjednodušších chatrčích staveb byly postaveny ze dřeva, které bylo opracováno nedokonalými kamennými nástroji. Toto období by se zřejmě mělo nazývat začátkem výstavby.
První návrhy systému konstrukce-nosník byly primitivní. K podepření trámů ak jejich zajištění používali přírodní vidlice kmenů – hmoždinky, lýko, kožené opasky atd. Zdokonalení techniky řezání rýhování umožnilo konstruovat jednoplášťové a sedlové krokvové střechy. Příkladem toho byly domy sekčního typu trypilské kultury (IV. tisíciletí př. n. l.). Rozkvět srubové architektury, zrozené pomocí kamenné sekery, však začal mnohem později. Mezi rané písemné prameny obsahující informace o dřevěné stavbě patří práce starověkého řeckého historika Hérodota (XNUMX. století př. n. l.). Podle tohoto zdroje byla ve střední a východní Evropě postavena dřevěná města s vysokými hradbami a chrámy.
Kovová sekera a řezání, jako nový spolehlivý způsob spojování kmenů, byly hlavními motory pokroku v dřevěné architektuře. Srub umožňoval dřevěným stavbám růst, rozšiřovat se a smršťovat jako stan a akceptoval rozšíření konstrukcí plochých příhradových střech. Naučili se řezat trámy „na čtyři hrany“ širokou železnou tesařskou sekerou. První podlahové desky a prkna byly rozštípnuty pomocí kovových klínů a pro získání „bloku“ (ploché desky) byla deska řezána sekerou.
Zvláště vysoká úroveň stavebního umění je charakteristická pro starověký Řím, kde vznikaly racionální kamenné a dřevěné stavby. Staří římští stavitelé stavěli dřevěné domy, chrámy a mosty přes velké řeky. Caesarovy legie tak postavily přes řeku velký most. Rýn. Římští stavitelé stavěli vícepolové obloukové a trámové mosty a používali dřevěné konstrukce pro podlahy veřejných budov. Vynikající dřevěné chrámy postavené ve středověku v Číně a Japonsku z bambusového dřeva přežily dodnes.
V zemích severní Evropy se široce rozvíjela dřevěná rámová konstrukce a hojně se zde používaly dřevěné střešní krokve. V Norsku se dodnes dochovaly dřevěné kostely z XNUMX.–XNUMX. století.
Dřevěné stavby jsou v naší lesnaté zemi obzvlášť rozšířené. Ve středověku byly téměř všechny obytné budovy, paláce, většina chrámů a pevností stavěny dřevěné se stěnami z kulatých kmenů. V 13. stol V Novgorodu byl postaven dubový kostel sv. Sofie s XNUMX kopulemi. První věže moskevského Kremlu a stěny je spojující byly postaveny z dubového dřeva ve XNUMX. století. Malý kostel Vzkříšení Lazara v Murom, postavený ve XNUMX. století, se dochoval dodnes.
Skutečnou revolucí ve zpracování dřeva bylo použití pil. Řezivo a prkna se stávají hlavním stavebním materiálem. Prudce snížený odpad při zpracování kulatiny umožnil využít dřevo i tam, kde ho bylo málo.
V XVI-XVIII století. hlavně na severu a východě země pokračovala intenzivní výstavba obytných budov a kostelů s hradbami z klád z kulatiny. V roce 1551 byla na březích Volhy u ústí řeky provedena první rozsáhlá vysokorychlostní stavba celé dřevěné pevnosti Sviyazhsk. Sviyaga. V oblasti Uglichu byly postaveny pevnostní zdi dlouhé 3 vesty s 18 věžemi, 370 domy, obchody a věžemi. Po zkušebním sestavení byly opět rozebrány, propluly po Volze k ústí Svijagy a tam o pouhý měsíc později vyrostla nová pevnost, která sloužila jako základna pro jednotky Ivana Hrozného při obléhání a dobytí Kazaně.
Na konci 1714. stol. nedaleko Moskvy, ve vesnici Kolomenskoje, byl postaven nádherný palác cara Alexeje Michajloviče. Model tohoto paláce je v muzeu rezervace Kolomna. V roce 22 byl ve vesnici Kizhi postaven nádherný dřevěný kostel Proměnění Páně s 1738 kopulemi, který se dodnes zachoval. V roce 72 byla pro budovu Adimrality v Petrohradě vztyčena XNUMX m vysoká dřevěná věž. V XNUMX. stol začala rozšířená výstavba dřevěných jádrových konstrukcí z trámů, kulatin a prken.
Další proces mechanizace zpracování dřeva jako stavebního materiálu je způsoben vynálezem kotoučové pily v roce 1799, která umožnila výrazně zvýšit rychlost řezání. Přibližně ve stejné době se objevily první hoblovací stroje, které nahradily hoblíky, které se dlouho používaly v truhlářství.
Na konci 300. stol. I.P. Kulibin vyvinul originální návrh obrovského dřevěného mostu přes řeku. Něvy v Petrohradě o rozpětí 0,1 m. Most měl kombinovaný systém a skládal se z řady pružných oblouků a tuhých obloukových vazníků. Model tohoto mostu byl vyroben v XNUMX životní velikosti, jeho zkoušky ukázaly správnost řešení a dostatečnou pevnost konstrukce. Takový most nemohl být postaven v plné velikosti kvůli nedostatku metod pro stavbu tak velkých staveb v té době. Kulibinova myšlenka kombinovaných konstrukcí byla později použita v řešeních velkých stavebních konstrukcí.
Na počátku 50. stol. v Rusku byly při stavbě Moskevské manéže (architekt A. Betancourt) vyvinuty a poprvé použity v krytině dřevěné trámové trojboké vazníky s dlouhým rozpětím o rozpětí 61 m. V polovině téhož století navrhl D. I. Žuravskij a dohlížel na stavbu řady dřevěných mostů moskevsko-petrohradské železnice. Největší z nich je most přes řeku. Mstu měl sedm polí, každý XNUMX m dlouhý. Příhradové nosníky tohoto mostu měly dřevěné kvádrové příčné výztuhy a pilíře v podobě ocelových táhel. Vytvořil také metodu pro výpočet dřevěných prvků pro odštípnutí při ohýbání a metodu pro experimentální stanovení dovolených napětí dřeva.
Na počátku dvacátého století. V. G. Shukhov vyvinul první dřevěné prostorové konstrukce. V Nižném Novgorodu pod jeho vedením vznikla první jím navržená dřevěná klenba o rozpětí 21 m ze tří vrstev prken spojených hřebíky. V Orsku byla postavena jím navržená 36 m vysoká chladicí věž z pletivové konstrukce vytvořené z tyčí uspořádaných příčně podél povrchu rotačního hyperboloidu a spojených šrouby v místech křížení.
Bohaté lesní zdroje naší země vždy vedly k širokému používání dřeva jako hlavního stavebního materiálu. Dřevostavba v Rusku, Finsku a Švédsku byla založena na unikátním konstrukčním systému dřevěného rámu. Zlepšení technik zpracování dřeva přispělo ke vzniku různých designů a architektonických forem. Jednalo se o různé obytné, užitkové, pevnostní a církevní srubové stavby. Vyznačovaly se originalitou, originální krásou a v jiných zemích neměly obdoby [1].
Ruské dřevěné bydlení, které prošlo dlouhou a složitou cestou vývoje od polovičních zemljanů, chatrčí a kůlových budov, získalo charakteristický výklad, který přežil až do dvacátého století. Zvláště zajímavé byly rolnické obytné budovy ruského severu, které se vyznačovaly originálními návrhy a uspořádáním, bohatou výzdobou v podobě řezbářských prací a maleb. Dřevo bylo také široce používáno pro stavbu náboženských budov. Použití stanu ke korunování pilířů chrámů vedlo k vytvoření velkolepých architektonických děl.
Rýže. 1. Kizhi hřbitov. Vpravo je kostel Proměnění Páně
Nejvyšším počinem technologie a estetiky dřevěné konstrukce jsou chrámy Kizhi a již zmíněný kostel Proměnění Páně s 22 kopulemi (obr. 1). V tomto monumentu se strukturální formy, navzdory zjevné složitosti objemu, vyznačují svou účelností a jasností. Zajišťují stabilitu kostela a zároveň přispívají na jedné straně k jeho zachování, ochraně před atmosférickými vlivy, větrání vnitřních prostor, na druhé straně k vytvoření harmonických proporcí s přihlédnutím k úpravám pro Vizuální vnímání.
Ve 30. letech dvacátého století. Vzhledem k nedostatku oceli a cementu se výrazně rozšířilo použití dřevěných konstrukcí zejména v průmyslové výstavbě. Začalo se používat deskové a hřebíkové nosníky a rámy, blokové a segmentové vazníky a nosníky na dřevěných deskách, které navrhl V. S. Derevjagin. Byla navržena a postavena série kruhových mřížových kleneb a deskových hřebíkových kleneb o rozpětí až 50 m. V Moskvě byla většina pavilonů Všesvazové zemědělské výstavy postavena ze dřeva.
Nová kompoziční řešení obytných a veřejných budov navrhli architekti I. V. Žoltovskij a N. V. Markovnikov. Vysokými uměleckými přednostmi se vyznačovaly pavilony I. V. Žovtovského „Šestiúhelník“, „Polní pěstování“, „Triumfální oblouk“ a další, kde otevřené dřevěné konstrukce vytvářely dokonalou architektonickou formu. Úspěšně nalezené proporce a výrazné zpracování fasád s dekorativními detaily charakterizovaly obytnou zástavbu experimentální ukázkové vesnice „Sokol“ v Moskvě. Obytné budovy navržené N. V. Markovnikovem jsou také zajímavé pro moderní výstavbu.
Po Velké vlastenecké válce byl vývoj dřevěné architektury zaměřen na průmyslové stavební postupy a použití lepených konstrukcí. Vytvoření silného dřevozpracujícího průmyslu v SSSR přispělo k rozvoji dřevěných konstrukcí. Jejich hlavním spotřebitelem byla průmyslová výstavba. V 50. letech byla zahájena výroba lamelových dřevostaveb. Vývoj těchto pokročilých konstrukcí byl umožněn díky výrobě lepidel na bázi syntetických polymerních pryskyřic s vysokou pevností, voděodolností a nepodléhajících hnilobě. Nejprve se používala fenolformaldehydová lepidla, později spolehlivější lepidla resorcinová a epoxidová. Později se objevily lepené vrstvené vodovzdorné překližky, byly vyvinuty a vyráběny první lepené dřevěné nosníky, regály, rámy, desky a panely z lepeného dřeva a také první standardní konstrukce – lepené dřevěné vazníky s ocelovými spodními pásy. .
Od poloviny 60. let se s využitím lepených spojů začalo intenzivně rozvíjet dřevostavby, zejména v oblasti nosných střešních konstrukcí. Objevují se nové typy a řada nosných konstrukcí zahrnuje zakřivené prvky takových tvarů, které jsou pro dřevo obtížné, jako jsou oblouky, klenby a kopule.
Zavedení vrstvených dřevěných konstrukcí znamenalo radikální revoluci ve využití dřeva v architektuře: objevily se nové konstrukce a nové formy, zvětšil se rozpětí konstrukcí a metody výpočtu a navrhování dřevostaveb se zcela změnily. Vědeckotechnický pokrok a především úspěchy chemie a technologie polymerů se v posledních desetiletích obzvlášť viditelně podepsaly na sortimentu materiálů a dřevěných výrobků. Spolu s progresivními lepenými materiály a konstrukcemi se do architektonické a stavební praxe široce zavádějí dřevotřískové a dřevovláknité desky, dřevolaminované plasty, dřevopolymerové a dřevokovové díly a konstrukce atd. Tedy od druhé poloviny dvacátého století. Dřevo se opět stalo jedním z hlavních materiálů architektury.
Dřevo se používá jako dekorativní a dokončovací materiál pro nosné konstrukce. Zkušenosti a výpočty prokázaly ekonomickou efektivitu nahrazení železobetonových a kovových konstrukcí v některých případech dřevěnými. Na nosné konstrukce se používají převážně jehličnaté stromy. Ve stavebnictví se dřevo používá ve formě výrobků: kulatina, řezivo, polotovary a stavební díly.
Kulaté výrobky – sekce kufru – protokoly rozlišovat mezi konstrukcí a řezáním. Stavba používá se pro nosné konstrukce, řezání – na trámy, prkna, brousky. Bary – řezivo, jehož šířka a tloušťka přesahuje 110 mm, se používá na nosné konstrukce budov: trámy mezipodlažních podlah, krokve atd. Desky se nazývají řezivo o tloušťce do 100 mm a poměru šířky k tloušťce větším než 2. Řezivo o tloušťce nejvýše 100 mm a s poměrem menším než 2 se nazývají bary. Desky se používají na podlahy, příčky, na obklady stěn a stropů. Dřevo se používá na výrobu soklových lišt, zábradlí, lemů na obložení okenních a dveřních rámů, parket a překližky.
Překližka – desky dřeva získané lepením tl dýha (tenké vrstvy dřeva), používané při výrobě nosných a obvodových konstrukcí, pro obklady vnitřních stěn a pro příčky.
Stavební detaily a prvky prefabrikovaných konstrukcí ze dřeva jsou vyráběny v továrnách. Tyto zahrnují nosníky pro mezipodlahové a půdní podlahy, prkna štíty pro oddíly, Prvky panel a rám prefabrikovaný domy, panel parkt, tesařství, lepené dřevěné konstrukce.
Dřevovláknité desky (vláknité desky, sololity) a dřevotřískové desky (dřevotřískové desky) široce používán místo překližky při konstrukci stropů, podlah, stěn a příček.
3. Fyzikálně-chemické procesy, které určují chování dřeva a materiálů, které je obsahují, za podmínek požáru
Teoretické základy a obecné zákonitosti chování dřeva v podmínkách požáru
