Budownictwo drewniane .Podręcznik inżyniera Helmuth Neuhaus - Helmuth Neuhaus
Książka przeznaczona jest dla studentów wydziałów budownictwa i architektury uczelni technicznych oraz dla inżynierów konstrukcji drewnianych.
Szeroko omówiono w niej specyficzne właściwości naturalnego materiału budowlanego, jakim jest drewno. określono charakterystyki materiałowe drewna litego, klejonego i materiałów drewnopochodnych. Podano również informacje o połączeniach klejonych i na łączniki mechaniczne.
Omówiono zasady obliczeń różnego rodzaju drewnianych elementów konstrukcyjnych, bogato ilustrując je rysunkami. Określono zasady stosowania teorii II rzędu dla drewnianych konstrukcji inżynierskich. Podano sposoby konstruowania wielu różnorodnych elementów oraz połączeń w konstrukcjach drewnianych ilustrując je wieloma przykładami. Autor podaje również wiele uwag praktycznych dotyczących projektowania i realizacji konstrukcji drewnianych. W rozdziale 23 podano przykłady obliczeń, wg DIN 1052, charakterystycznych dla konstrukcji drewnianych elementów i połączeń.
W celu przybliżenia książki polskiemu czytelnikowi dodano do wydania niemieckiego rozdział 24 omawiający podstawowe zasady projektowania elementów konstrukcji drewnianych wg PN-B-03150:2000 z przykładami obliczeń.
Stosowanie konstrukcji drewnianych w Polsce w okresie po drugiej wojnie światowej zostało zahamowane przez ostre przepisy przeciwpożarowe i zarządzenia o oszczędności drewna. Dopiero w latach 70-tych XX wieku powrócono do konstrukcji drewnianych, budując wytwórnię wielkowymiarowych konstrukcji klejonych warstwowo i kilka wytwórni budynków drewnianych a także szerzej stosując konstrukcje drewniane w budownictwie rolniczym. W latach 90-tych powstała druga wytwórnia konstrukcji drewnianych klejonych i kilka systemowego budownictwa szkieletowego. Stąd aktualnie projektanci konstrukcji coraz szerzej sięgają po ten materiał.
Literatura techniczna dotycząca konstrukcji drewnianych w Polsce jest dość uboga (w przeciwieństwie do literatury dotyczącej konstrukcji żelbetowych lub metalowych). Stąd powstał pomysł przetłumaczenia książki niemieckiej, opracowanej w 1994 roku, gdy nie przyjęto jeszcze norm europejskich. Książka bazuje więc na normie DIN 1052 z kwietnia 1988 roku, która w Niemczech zostanie zastąpiona nową normą opartą na postanowieniach Eurokodu 5 (obecnie powstał projekt E DIN 1052:2000) Mając jednak na uwadze szerokie informacje zamieszczone w książce, zwłaszcza dotyczące stosowanych w praktyce zasad konstruowania elementów i złączy, wydawnictwo postanowiło wydać ją, nie czekając na zmianę normy DIN, tym bardziej, że przez kilka lat po przyjęciu Eurokodu 5 w krajach Unii będą obowiązywały również normy narodowe. W celu przybliżenia książki dla polskiego czytelnika dodano dodatkowy rozdział 24, w którym zawarto podstawowe informacje o zasadach projektowania konstrukcji według PN-B-03150:2000 (opartej na Eurokodzie 5-ENV, 1993) i dokonano przeliczeń przykładów zawartych w rozdz. 23 wg normy polskiej.
Książka w tej wersji może być przydatna zarówno dla studentów wydziałów budownictwa jak i inżynierów, zajmujących się projektowaniem i wykonywaniem tego typu konstrukcji budowlanych. Po wejściu do stosowania nowej normy DIN, opartej na EN 1995-1-1 (obecnie opracowano prEN 1995-1-1) koniecznym będzie zastosowanie odpowiednich nowych wzorów i danych z tablic i rysunków, natomiast sposoby konstruowania i algorytmy obliczeniowe pozostaną raczej bez zmian. W przedstawionej wersji książka może być również przydatna dla inżynierów współpracujących z firmami niemieckimi.
Podręcznik ten jest przeznaczony dla studentów budownictwa i architektury na politechnikach, uniwersytetach i wyższych szkołach inżynierskich oraz dla inżynierów budownictwa i architektów jako pomoc w ich praktyce zawodowej. Opracowanie zakłada, że czytelnik zapoznał się wcześniej ze „Statyką prętowych konstrukcji nośnych", „Wytrzymałością materiałów" lub „Konstrukcjami nośnymi".
Książka była pierwotnie planowana jako praca wspólna z prof. dr inż. Elmarem Krabbe, wykładowcą w wyższych szkołach inżynierskich w Munster i Recklinghausen, na Ruhr-Universitat w Bochum i RWTH w Akwizgranie, moim, niestety przedwcześnie zmarłym wykładowcą, którego wykłady i prace były drogowskazem dla tego opracowania. Powstała książka oparta jest na własnych wykładach i ćwiczeniach prowadzonych na Ruhr-Universitat w Bochum i Wyższej Szkole Inżynierskiej w Munster.
Bazując na normie DIN 1052, część 1 i 2 (kwiecień 1988 r.) i objaśnieniach do niej przedstawiłem w sposób możliwie zrozumiały i najczęściej prosty istotne zagadnienia budownictwa drewnianego. Rozdziały wstępne wprowadzają wyczerpująco podstawy fizyczne i technologiczne. Część główna książki poświęcona jest obliczeniom i wymiarowaniu konstrukcji nośnych i usztywniających z drewna i materiałów drewnopochodnych. Liczne przykłady obliczeń i wymiarowania konstrukcji pogłębiają zdobytą wiedzę i umiejętności praktyczne i ukazują czytelnikowi na studiach i w praktyce zawodowej zastosowanie przedstawionych reguł obliczeniowych przy projektowaniu i wykonywaniu konstrukcji drewnianych.
Zakres podręcznika, który wprowadza podstawy i rozszerza temat, narzucił autorowi ograniczenia w wyborze materiału i jego prezentacji. Toteż takie zagadnienia jak „Domy drewniane - budowa płytowa" (DIN 1052, część 3), „Mosty drewniane" (DIN 1074), „Rusztowania i oszalowania drewniane" oraz „Budowa masztów drewnianych" zostały świadomie pominięte.
Zarys tej książki został ustalony po ukazaniu się normy DIN 1052 (kwiecień 1988 r.), gdy harmonizowanie europejskich norm dotyczących miedzy innymi budownictwa drewnianego nie nabrało jeszcze dzisiejszej dynamiki. Ze względu na przejrzystość i niezbędne rozróżnienie zrezygnowano z choćby częściowego włączenia do książki nowych sposobów wymiarowania według kodów europejskich. Gotowy już Eurokod 5 „Budownictwo drewniane" będzie w niedalekiej przyszłości wprowadzony jako obowiązujący na budowach równolegle z DIN 1052 i innymi normami krajowymi dotyczącymi budownictwa drewnianego. Z tego podręcznika będzie można jednak korzystać jeszcze przez dłuższy czas, do chwili, gdy Eurocod 5 stanie się jedynie obowiązującym. Także potem podręcznik będzie praktyczną pomocą dla studenta, inżyniera i architekta przy obliczeniach statycznych wykonywanych dla konkretnych zastosowań dawniejszymi metodami z użyciem terminologii DIN 1052.
Szczególne podziękowanie składam wydawnictwu B. G. Teubner, dyrektorowi, panu Heinrichowi Kramerowi i jego współpracownikom za nieustanną wzorową współpracę i nadanie książce wspaniałej formy zewnętrznej. Dziękuję także mojemu przyjacielowi prof. dr inż. Wolfgangowi Kringsowi z Wyższej Szkoły Inżynierskiej w Kolonii za krytyczne spojrzenie na niektóre fragmenty tej książki. Szczególnie serdecznie dziękuję mojej rodzinie za tak wiele cierpliwości i wyrozumiałości w czasie, gdy pracowałem nad tą książką.
Drewno należy, obok kamienia i ziemi, do najstarszych materiałów budowlanych używanych przez człowieka. Już w przekazach z czasów starożytnych są wzmianki o dużych budowlach drewnianych, które były wzorem dla późniejszych budowli z kamienia. Mając do dyspozycji wycięte z pnia elementy konstrukcyjne w kształcie prętów z litego drewna o wymiarach, które były (i są) ograniczone, „stary" cieśla i budowniczy wznosił architektonicznie dojrzałe budowle sakralne i użytkowe, mosty i domy o konstrukcji ryglowej wszędzie tam, gdzie drewno było do dyspozycji. Świadczą o tym użytkowane do dziś w wielu kręgach kulturowych drewniane budowle sprzed setek lat, których wzniesienie wymagało dużego doświadczenia w rzemiośle, gruntownej wiedzy technologicznej a także umiejętności artystycznego kształtowania drewna jako specyficznego materiału budowlanego.
W połowie XIX wieku pojawiają się metody obliczeniowe a wraz z nimi inżynieria budownictwa drewnianego. Bazując na wiedzy empirycznej i umiejętnościach cieśli obliczano naprężenia i odkształcenia konstrukcyjnych elementów drewnianych przy założonych z góry obciążeniach. Umożliwiło to wznoszenie stabilnych budowli drewnianych. Wynalezienie nowych, mechanicznych elementów złącznych jak gwoździe, wkładki o specjalnej konstrukcji, kołki, płytki kolczaste, kształtki z blachy stalowej dało budownictwu drewnianemu - po przejściowym osłabieniu na początku XX wieku - nowy istotny impuls. Pojawienie się wodoodpornych klejów na bazie żywic syntetycznych i zastosowanie prostego lecz genialnego sposobu łączenia wzdłużnego za pomocą złączy klinowych umożliwia znacznie szybszy rozwój techniki budowania ze sztucznie wykonanych, klejonych elementów konstrukcyjnych o wymiarach większych niż naturalny produkt wyjściowy. Przykładem mogą być długie elementy konstrukcyjne z drewna klejonego warstwowo dla dużych i bardzo dużych rozpiętości lub płyty o dużych powierzchniach z materiałów drewnopochodnych.
Drewno budowlane ma korzystne właściwości fizyczne i technologiczne, wysoką wytrzymałość, niewielki ciężar własny, dobrze się obrabia a w razie pożaru zachowuje się korzystnie nie wydzielając szkodliwych substancji. Jest w zasadzie odporne na działanie wielu czynników chemicznych i pozostaje w równowadze chemicznej z otoczeniem (w przeciwieństwie do wielu tworzyw sztucznych). Właściwie elementy konstrukcyjne wykonane z drewna i materiałów drewnopochodnych osiągają długą żywotność (przy najczęściej niewielkich nakładach na konserwację w trakcie użytkowania). Dotyczy to zarówno elementów nośnych i usztywniających umieszczonych pod dachem, jak i tych, które są narażone na działanie warunków atmosferycznych. Warunkiem jest właściwy dobór drewna, poprawna konstrukcja pod względem statycznym, odpowiednia obróbka, właściwy transport i montaż.
Drewno jest ważnym surowcem odnawialnym, który, obok wielu innych zastosowań może być używany jako materiał budowlany także w przyszłości, jeśli zostanie zachowana trwała równowaga pomiędzy przyrostem i zużyciem. Jednak tylko w niewielu rejonach świata można mówić o takiej wzorowej równowadze. Obejmująca wielkie powierzchnie rabunkowa gospodarka drewnem, prowadzona obecnie w wielu miejscach na świecie doprowadzi w niedługim czasie do zmian i szkód w środowisku naturalnym, których nie będzie już można naprawić a także do wyczerpania zapasów drewna.
Niezbędna jest zrównoważona gospodarka leśna zapewniająca wystarczającą produkcję drewna a także przekazywanie technologii i techniki budownictwa drewnianego następnym pokoleniom przez dobrze wyszkolonych i doświadczonych fachowców. Przedsiębiorstwa budownictwa drewnianego, skomputeryzowane i wyposażone w zaawansowaną technologię produkcji powinny zapewnić stałą wymianę doświadczeń pomiędzy teorią i praktyką i prowadzić prace badawcze i rozwojowe. Nowe osiągnięcia techniczne powinny znaleźć odbicie w normach tworzonych i rozwijanych w kierunku nowych „filozofii konstruowania" na poziomie europejskim (eurokod). Te wszystkie warunki muszą być spełnione aby budownictwo z drewna mogło obecnie i w przyszłości rozwijać się w całej różnorodności wznoszonych budowli. Przed tą gałęzią budownictwa otwiera się szerokie pole działania ponad granicami państwowymi. Drewno może skutecznie konkurować z innymi materiałami budowlanymi.
