Рациональное и комплексное использование древесины в современном домостроении

Индустриальное производство деревянных домов основывается на технологии комплексной переработки древесного сырья. Технологические задания для различных участков производства составляются в зависимости от действующих нормативно-технических требований к качеству и параметрам продукции (заготовкам, полуфабрикатам и т.д.), фактического состояния сырья и планируемых объемов выпуска изделий.

В состав комплексного домостроительного предприятия входят традиционные подразделения деревообработки — от сортировки и раскроя пиловочника до производства сборно-клееных конструкций и столярно-строительных изделий. По таким схемам организованы наиболее крупные предприятия. Они оснащены оборудованием зарубежных фирм Makron, Oikos, Homag, Hundegger и др.

Достаточно сложная организационная структура комплексного предприятия затрудняет оптимизацию распределения древесного сырья по видам производств, хотя общий коэффициент использования древесины оказывается очень высоким. По­этому многие предприятия предпочитают ограничиваться весьма малым, а именно выпуском домокомплекта одного типа.

Сырьем в таком случае являются полуфабрикаты и заготовки, поступающие от других производителей. В результате стоимость продукции повышается, а перспективы технологического совершенствования оказываются минимальными.

Чтобы повысить эффективность производства, необходимо, прежде всего, систематизировать и согласовать между собой технические требования к сырью, заготовкам, полуфабрикатам и продукции домостроительного предприятия.

В рамках данной статьи предлагаются к обсуждению результаты исследований по оценке выхода пиломатериалов и заготовок из различного сырья с учетом действующих нормативно-технических требований к продукции и организации специализированного производства деревянных домов. Наибольшую проблему представляет подбор пиломатериалов для изготовления конструкций и конструкционных элементов. Традиционная сортировка досок по совокупности пороков и дефектов оказывается неэффективной. Она не обеспечивает рационального распределения ресурсов и выпуска конструкций, оптимальных по размерам и составу.

При выпуске клееных балок, панелей и других видов подобных изделий требуется, например, также учитывать направление волокон древесины и характер их перерезания при распиловке сортиментов. Эти особенности структуры древесины влияют на величину внутренних напряжений в клеевых соединениях и формоустойчивость изделий в целом [1].

В связи с применением технологии сращивания досок и заготовок по длине на зубчатые шипы приоритетным становится предварительное распределение пиломатериалов по их состоянию и структуре, а не по порокам и дефектам. Зарубежный опыт нормирования качества конструкционных пиломатериалов показывает, что наиболее значимыми факторами являются следующие [2]:

• соотношения между размерами сучков различных видов и параметрами сечения пиломатериалов (основные сорта А, В и С по четырем группам толщин досок);
• способы распиловки бревен и признаки структуры древесины на пиломатериалах по видам срезов (тангенциальный, радиальный);
• прочность строительных пиломатериалов по кодам механической классификации (МТ18, МТ24, МТ30 и МТ40).

На отечественных предприятиях не существует такой детализированной системы нормирования качества заготовок строительного назначения. Поэтому на первом этапе разработки требований к конструкционным пиломатериалам можно выделить следующие условия и признаки квалификации:

• заявленные условия эксплуатации изделий;
• распределение пороков и дефектов в лесоматериалах и продукции, получаемой из них;
• конструкционно-технологические параметры и физико-механи­чес­кие свойства изделий из древесины (табл. 1);
• характер распределения и объемная доля бездефектной зоны древесины в пиломатериалах (рис. 2);
• технические требования к заготовкам и конструкциям, например, клееным балкам, брусьям, щитам и другим изделиям.

Таблица 1. Приоритетные показатели нормирования качества древесины [2, 3]

Основываясь на таких методологических подходах к проблеме, можно устанавливать рациональные схемы раскроя пиловочника под конкретную продукцию, объемы эффективного сращивания пиломатериалов по длине, параметры и условия комплектации заготовок по составу пакетов для склеивания, а также производить отбор материалов по влажности, размерам и группам прочности.

Серия международных стандартов [1] предписывает проводить оценку качества пиломатериалов по конструкционным свойствам. Для этого определяют плотность или прочность древесины, параметры естественных пороков, влияние которых на механические показатели пиломатериалов установлено экспериментальными исследованиями. Потребительские свойства и технологические возможности конструкционной древесины имеют существенные особенности. Это находит отражение даже в нормировании показателей по СН и П11-25-80, СТО 36554501-002-2006, ГОСТ 11047 и РТ21-10750-ru.

Существует проблема согласованности систем нормирования качества или категорирования пиломатериалов, вырабатываемых на лесопильном предприятии. В настоящее время эта задача решается путем двойной или тройной сортировки и перераспределения исходных материалов в зависимости от их назначения.

Поэтому было предложено [2] использовать разделение конструкционных заготовок на две категории (2К и 3К), в которых кроме норм ограничения сучков, трещин, наклона волокон, гнилей, обзола и покоробленности определены нормативы прочности при изгибе (R^н/R^вр : 24/33 и 16/22 МПа).

Тем не менее, эти рекомендации до сих пор эффективно не используются. Если необходимо обеспечить наибольший объемный выход пиломатериалов заданной спецификации, то расчет проводится по типовым методикам составления поставов и планов раскроя.

На примере выработки заготовок одной толщины (38 мм) для клееного стенового бруса [3] их выход составляет не более 30–40%. В поставах приняты две толщины досок — 25 и 38 мм. Заготовки имеют ширину 110, 150 и 220 мм, что соответствует требованиям по брусу. Для заготовок меньшей ширины выход рассчитывается, исходя из количества боковых досок, выпиливаемых за пределами контура бруса, получаемого в первом проходе (рис. 1). Ресурс пиломатериалов толщиной 25 мм составляет от 15 до 25% от общего выхода пиломатериалов.

После сортировки по категориям качества расчетный выход заготовок в зависимости от их назначения уменьшится на 7–20%. Для определения возможных потерь в этом случае могут быть использованы показатели выхода массы бездефектной древесины (рис. 2 и 3), полученные при обследовании пиломатериалов хвойных и лиственных пород [4].

Рис. 1. Выход пиломатериалов в зависимости от спецификации заказа и диаметра бревен

Рис. 2. Выход бездефектной массы древесины в зависимости от качества пиломатериалов

Рис. 3. Выход бездефектной массы (чистых отрезков) из древесины хвойных пород

В условиях реального производства необходимо провести выборочное обследование пиломатериалов, чтобы скорректировать искомые показатели по допускаемым в заготовках порокам и дефектам.

Данные, представленные на рис. 3, позволяют планировать поставку пиломатериалов на линии сращивания в зависимости от качества сырья и заявленного объема выпуска бездефектных ламелей.

На лесоперерабатывающем предприятии в отдельную группу отбирают низкокачественное и тонкомерное пиловочное сырье. Оно также может быть эффективно использовано в конструкциях для домостроения [5]. На основе расчетно-аналитических методов оценки схем раскроя пиловочника малых диаметров [6] определены показатели выхода досок секторной и трапецеидальной форм сечений. Заготовки предназначены для изготовления клееных щитов, пустотелого четырехсекторного бруса и сборно-клееных ламелей блочных конструкций (рис. 4).

Для технических расчетов рекомендованы показатели выхода заготовок из бревен длиной 4 м и диаметром от 12 до 18 см (табл. 2).

Рис. 4. Использование заготовок с непрямоугольной формой сечения в конструкциях строительных изделий:
а) щиты клееные многоцелевого назначения;
б) стеновой модуль для каркасно-панельных домов;
в) панель МХМ (массив)

Таблица 2. Выход пиломатериалов из тонкого пиловочника

Выводы

1. Планирование сортировки и раскроя сырья должно выполняться с учетом нормативно-технических требований к качеству и параметрам продукции строительного назначения.
2. В рамках программы комплексной переработки древесины на домостроительном предприятии следует устанавливать достаточно широкий ассортимент продукции конструкционного назначения.
3. Показатели выхода пиломатериалов и спецзаготовок, представленные в настоящей статье, могут быть использованы для расчетно-аналитических оценок потенциала сырьевого ресурса предприятия и планирования объемов выпуска продукции.

Библиографический список

1. Нормативная карта RT21-10750-ru. Пиленые и строганные лесоматериалы: Фонд строит. информ. Финляндия, Rakennustietosaatio RTS, 2003. — 32 с.
2. Ковальчук Л.М. Требования к древесине строительных конструкций и их обеспечение [Текст]/ Л.М. Ковальчук, И.Н. Бойтемирова, Г.Б. Успенская. — М.: ВНИПИЭИлеспром, 1989. — 44 с.
3. Левинская Г.Н. Планирование распиловки древесины при получении заготовок для клееного стенового бруса [Текст]/ Г.Н. Левинская, Ю.Б. Левинский // Матер. 7-ой МНТК «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса в рамках концепции 2020 г.» — Екатеринбург: 2009. — с. 11–15.
4. Левинская Г.Н. О возможностях замены древесины кедра в производстве карандашной дощечки [Текст] / Г.Н. Левинская, Ю.Б. Левинский, А.В. Дружинин.// Изв. вузов «Лесной журнал». 1996. — №4–5. — с. 122–127.
5. Левинский Ю.Б. Рациональная переработка пиловочного сырья на заготовки для производства клееных материалов строительного назначения [Текст] / Ю.Б. Левинский, Г.Н. Левинская, Р.И. Агафонова, В.В. Савина. // Труды междун. Евраз. симпозиума «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент ХХI века». — Екатеринбург.: 2006. — с. 53–56.
6. Левинский Ю.Б. Расчетно-аналитические методы раскроя тонкого пиловочника. [Текст]/ Ю.Б. Левинский, Г.Н. Левинская. // Изв. вузов «Лесной журнал». 2002. — №3. — с. 57–61.

Левинская Г.Н., Левинский Ю.Б. (УГЛТУ), г. Екатеринбург, РФ.
По материалам доклада на VI Международном Евразийском симпозиуме «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века», Екатеринбург, РФ, 2011 г.