Drewno budowlane: zalety i wady konstrukcji drewnianych

1. Drewno ma wiele zalet

1.1. Drewno budowlane to materiał ekologiczny i lokalny

Drewno to materiał ekologiczny, naturalny i całkowicie odnawialny. Zaletą drewna w Polsce jest to, że jest ono dostępne lokalnie. W domu zbudowanym z drewna mikroklimat jest znacznie lepszy niż w budynkach wykonanych z innych materiałów, ponieważ drewno jest materiałem naturalnym. Drewno ma przyjemny naturalny zapach, kolor, który koi i tworzy uczucie ciepła, i pozytywnie wpływa na ludzi pod każdym względem. Powierzchnia drewna jest również ciepła w dotyku. Ponadto jest doskonałym materiałem energetycznym i pożądanym izolatorem termicznym. Budowanie z drewna jest stosunkowo szybkie, jeśli stosuje się konstrukcje prefabrykowane, a koszty produkcji są stosunkowo korzystne. 

Drewno jest materiałem bardzo dobrym akustycznie, dlatego często wykorzystywane jest jako okładzina w pomieszczeniach, zwłaszcza halach koncertowych i sportowych.

1.2. Drewno oferuje wiele zalet konstrukcyjnych

Konstrukcyjne zalety drewna budowlanego polegają na jego niskim ciężarze własnym w połączeniu z doskonałą wytrzymałością na rozciąganie i nacisk. Drewno jest więc bardzo stabilnym i mocnym, a jednocześnie lekkim materiałem, pożądanym przy różnego rodzaju konstrukcjach. Dzięki tym właściwościom można go również stosować do mostkowania większych rozpiętości, przy jednoczesnym zachowaniu lekkości konstrukcji. Takie połączenie idealnie sprawdza się przy budowie mniejszych mostów i stropów hal sportowych.

2. Drewniane konstrukcje też mają swoje wady

2.1. Drewno budowlane jest wrażliwe na warunki atmosferyczne

Drewno, jak każdy inny materiał budowlany, oprócz zalet ma również wady. Wrażliwość drewna na wilgoć i ryzyko powstawania pleśni w przypadku zbyt długiego wystawiania drewna na działanie wilgoci są szczególnie problematyczne, dlatego należy przywiązywać dużą wagę do odpowiedniej ochrony. Na szczęście drewno można chronić przed wilgocią za pomocą odpowiednich środków, a także przed zwierzętami i owadami, które się nim żywią. Są to środki owadobójcze i grzybobójcze. Właściwością fizyczną drewna jest to, że reaguje na wpływ czynników środowiskowych właśnie dlatego, że jest to materiał naturalny. Nawet po obróbce i pełnej ochronie drewno nadal pod wpływem środowiska i temperatury rozszerza się pod wpływem ciepła i kurczy pod wpływem zimna. Dlatego w żargonie mówi się, że drewno „ciągle pracuje” i to są fakty, które trzeba mieć na uwadze. 

2.2. Drewno nie jest akumulatorem ciepła

Akumulacja to zdolność materiału do pochłaniania i zatrzymywania ciepła, a drewno nie jest takim medium. Dlatego obiekty wykonane z drewna szybko się nagrzewają, ale też szybko się chłodzą, ponieważ drewniana konstrukcja nie zatrzymuje ciepła. Drewno nie jest izolatorem akustycznym, dlatego konieczne jest dodatkowe wygłuszenie pomieszczeń. Pomimo tych wszystkich wad, które w większości można z powodzeniem zrekompensować i wyeliminować za pomocą różnych środków ochronnych, drewno pozostaje wysoko cenionym i pożądanym materiałem budowlanym.

2.3. Konstrukcje drewniane są drogie

Wreszcie, nie należy ignorować faktu, że konstrukcje drewniane są drogie. Lesistość Polski wynosi 30,8 proc., co nie czyni nas potęgą. Znacznie więcej powierzchni lasy zajmują w Finlandii, Szwecji, Łotwie czy Estonii. W Polsce pozyskanie drewna utrzymuje się na poziomie 40 milionów m3 rocznie i jest to pozyskanie stabilne. Chociaż udało się zrealizować założony w "Krajowym programie zwiększania lesistości" wzrost zalesienia do 30 procent w 2020 (dziś wskaźnik wynosi 30,8), to 33 procent w 2050 nie będzie łatwym celem. Plan na 2050 rok to 33 procent zalesionych gruntów. Niestety pojawia się problem z ich dostępnością. Coraz mniej mamy gruntów, które mogą zostać przekazane pod zalesienia i w ten sposób zwiększyć lesistość naszego kraju. W Polsce rośnie obawa o brak drewna. Surowca brakuje firmom meblarskim, nie ma go też na opał. Większość polskiego drewna trafia na eksport, głównie do Chin. Ponieważ drewno jest materiałem naturalnym, którego nie można wyprodukować w fabryce, konstrukcje drewniane są droższe niż inne systemy. To jest główny powód, dla którego wielu inwestorów, mimo wielkiej sympatii, nie wybiera tego materiału.

3. Drewno konstrukcyjne jest ognioodporne

Drewno jest błędnie uważane za problematyczne w przypadku pożaru, podczas gdy w rzeczywistości jest to materiał o wysokiej odporności ogniowej. Tajemnica skuteczności przeciwpożarowej drewna tkwi w jego właściwościach zwęglających w kontakcie z ogniem. Proces ten zachodzi w temperaturze 300°C. Powstała zwęglona warstwa stanowi naturalną ochronę przed ogniem i zapobiega przedostawaniu się ognia do rdzenia konstrukcji drewnianej. Ta właściwość pozwala drewnianym konstrukcjom zachować wytrzymałość mechaniczną, a budynek pozostaje stabilny i bezpieczny na tyle długo, aby umożliwić ewakuację w przypadku pożaru. Co więcej, w przypadku pożaru konstrukcje drewniane są nawet bezpieczniejsze niż konstrukcje stalowe, które mimo obowiązkowych powłok przeciwpożarowych po stosunkowo krótkim czasie zaczynają się topić, tracąc tym samym swoją wytrzymałość strukturową i konstrukcyjną oraz inne właściwości.

4. Konstrukcje drewniane: systemy konstrukcyjne

4.1. Drewniane systemy konstrukcyjne z belkami i słupami z litego drewna

Najpopularniejszymi systemami konstrukcji drewnianych są konstrukcje drewniane ze słupami i belkami. Oznacza to, że obciążenie jest przenoszone przez okrągłe lub kwadratowe drewniane wsporniki o różnych przekrojach. Przekrój poprzeczny drewnianych belek i słupów musi być dokładnie obliczony; przewymiarowane, zbyt duże belki i słupy stanowią niepotrzebne nakłady finansowe i materiałowe oraz zwiększają ciężar własny konstrukcji, czego zawsze należy unikać, chyba że jest to konieczne ze statycznego punktu widzenia. Zbyt małe belki nie wytrzymają ciężaru, co nie oznacza, że ​​od razu się zawalą, ale będą się wyginać poza dopuszczalną granicę, a zawalenie może nastąpić nawet po kilku latach. Na wielkość przekroju w mniejszym stopniu wpływa również gatunek drewna, on zdecydowanie więcej wpływa na zagęszczenie belek i słupów w konstrukcji; jeśli podpory są oddalone od siebie o 150 cm, będą musiały być znacznie większe, niż gdyby odległość osiowa między nimi była o połowę mniejsza. Podobna zasada dotyczy słupów. Obliczenie konstrukcji drewnianej zostaw doświadczonemu konstruktorowi, który będzie wiedział jak znaleźć idealną równowagę pomiędzy gęstością belek i słupów, ich wymiarami a sprawnością statyczną konstrukcji.

Obliczenie konstrukcji drewnianej zostaw doświadczonemu konstruktorowi, który będzie wiedział jak znaleźć idealną równowagę pomiędzy gęstością belek i słupów, ich wymiarami a sprawnością statyczną konstrukcji.

4.2. Konstrukcje drewniane z belek klejonych

Dziś oprócz belek i słupów z litego drewna, w znacznie większym stopniu stosuje się słupy i belki z drewna klejonego. Mowa o drewnianych elementach konstrukcyjnych, które łączy się poprzez sklejanie w większe, mocniejsze mechanicznie elementy. Nośniki takie są znacznie lepsze, ponieważ ich jakość i skład poszczególnych warstw jak i całości można dokładnie kontrolować podczas produkcji.

4.3. Masywne drewniane konstrukcje ze ścianami

W przeszłości masywna drewniana konstrukcja była właściwie konstrukcją z bali. W tego typu konstrukcjach stosowano najpierw nieociosane, a później obrobione bale, które w narożach łączono krzyżowo. Jednak taka konstrukcja, z punktu widzenia nowoczesnego budownictwa, ma przynajmniej jedną zasadniczą wadę. Ze względu na liczne niepożądane odkształcenia drewna, które występują podczas aktywnego suszenia bali, trudno jest skutecznie obłożyć ściany takiego domu termoizolacją i otynkować je (jeśli ostatnią warstwę ma stanowić tynk). Ze względu na liczne pęknięcia, które pojawiają się podczas wysychania drewna, wilgoć i powietrze stale przedostają się do powłoki elewacji. Rozwój konstrukcji drewnianych skierował się więc w stronę stosowania coraz mniejszych elementów drewnianych, które były łatwiejsze i wygodniejsze w suszeniu, obróbce i montażu. Wkrótce powstały konstrukcje panelowe i konstrukcje z drewnianych słupów klejonych do ściany, gdzie wszystkie włókna drewna były zwrócone w tym samym kierunku, co ostatecznie okazało się słabością konstrukcyjną, więc takie systemy stały się niepożądane.

W ostatnim czasie dynamicznie zaczęła się rozwijać technologia konstrukcji drewnianych z elementów klejonych krzyżowo (tzw. X-lam), które są sklejane tak, aby włókna biegły w obu kierunkach. Dzięki tej innowacji takie konstrukcje są sztywne i bardzo stabilne wymiarowo. Ściany lite i ścianki działowe mogą być wykonane z drewna klejonego krzyżowo (CLT - Cross-laminated wood), znanego również jako XLam lub KLH. Wynalazek spowodował prawdziwą rewolucję w budowie konstrukcji drewnianych. KLH umożliwia również dostawę na plac budowy elementów prefabrykowanych lub nawet kilku już połączonych ze wszystkimi warstwami elewacji.

Oprócz wszystkich powyższych zalet konstrukcje drewniane KLH charakteryzują się wysoką odpornością na ogień i trzęsienia ziemi.

4.4. Konstrukcja z belek

Belki drewniane służą do łączenia większych rozpiętości, czyli do budowy dachów hal sportowych i koncertowych. Czasami stosuje się je również do budowy dachu domów prefabrykowanych. Tego typu konstrukcje składają się z kilku mniejszych drewnianych elementów, które połączone są ze sobą lekkim, wydrążonym nośnikiem o dużej wysokości statycznej. Pozwala to na mostkowanie nietypowych rozpiętości, a jednocześnie ciężar własny samej konstrukcji pozostaje niezwykle lekki.