Деревянные двутавровые балки. Два серьезных недостатка деревянных двутавров о которых мало кто знает

Деревянные двутавровые балки. Два серьезных недостатка деревянных двутавров о которых мало кто знает

Добрый день, уважаемые гости и подписчики моего канала!

Я уже писал о том, что у нас в доме перекрытие по деревянным балкам. В то время, для пролета 4,6 м. я выбрал брус сечением 150*200 с шагом 70 см. Это решение пришло не сразу, долго размышлял, но изучив все особенности, плюсы и минусы каждого из вариантов — все же остановился на цельном брусе.

Теперь о двутавре…

Двутавровая деревянная балка — изобретена очень давно и использовалась как балка для большепролетных промышленных зданий и сооружений, вторую жизнь у нас эти балки приобрели сравнительно недавно. Сейчас, они очень распространены в каркасном и деревянном домостроении. Этот конструктивный элемент в поперечном разрезе выглядит в виде буквы "Н" и обладает очень высокой несущей способностью.

Такие элементы применяются при строительстве межэтажных перекрытий и кровель, как в деревянных, так и в каменных домах. Нужно отдать должное, что двутавровая балка практически не подвержена прогибу при вдвое меньшем весе, чем цельный брус, а длина изделий достигает 13 м.

Но, не так всё хорошо, как может показаться на первый взгляд. Очень много информации обычному потребителю просто не договаривается и что печальнее всего, производитель об этом знает!

Предлагаю рассмотреть, как работает двутавр.

Его конструкция имеет зону растяжения, зону сжатия и центральную перегородку (стенку). Стенка выступает как ребро жесткости, которое надежно зажато между брусками, установлено в паз и приклеено к ним эпоксидным клеем. При нагрузке, нижний брусок берет на себя все растягивающее усилие и это единственный элемент, который несет данную нагрузку.

Поэтому, первый момент заключается в пожаробезопасности.

Пожаробезопасность

Под действием температуры, несущая способность двутавра теряется уже через 3-4 минуты, а это в 10 раз быстрее, чем теряется прочность обычного цельного бруса тех же габаритов.

Проблема в том, что достаточно нескольких минут, чтобы перегорел брусок нижнего пояса, работающий на растяжение. После чего, конструкция резко обрушивается. С цельным брусом всё иначе — под действием огня, брус обугливается, а нагрузка постепенно перераспределяется по не обугленной части сечения, размер которого уменьшается не так стремительно, в отличие от двутавра.

Во-вторых, эпоксидный клей между стенкой и бруском перестает работать уже при температуре 87 град., стенка двутавра вылетает из посадочного гнезда, отделяясь от верхнего и нижнего поясов. Остаются две струнки, которые уже не способны держать нагрузку:

Чтобы защитить двутавр, нужно распрощаться с очень хорошей суммой денег, поскольку обычная химия на полках наших магазинов, наносимая кисточкой — не поможет, она лишь задерживает начало обугливания на несколько минут, но не влияет на его скорость.

Для защиты двутавров применяются специальные огнеупорные материалы, которые стыкуются к боковым граням стенки двутавра и нижнего бруска и не дают быстро распространяться огню:

Второе — стенка двутавровой балки

Несмотря на великолепную несущую способность балки, стенка двутавра является самым слабым звеном. Проверку на прогиб двутавр проходит со свистом, а проверка стенки на срез по формуле Журавского (сопромат) показывает, что если у нас имеется короткий участок под высокой нагрузкой — стенка балки попросту срезается и не выдерживает касательных напряжений, при том, что цельный брус проходит эти расчеты с запасом.

Стенка из фанеры ведет себя лучше, поскольку сам материал гораздо прочнее, чем ОСП. Но, производитель упорно применяет ОСП, удешевляя производство.

Деревянные двутавровые балки размеры. Деревянная двутавровая балка для опалубки: виды, размеры, применение, аналоги

Несмотря на развитие строительных технологий, оборудование из качественной древесины продолжают покупать для решения ряда строительных задач. Дерево используются практически на всех этапах строительства, в том числе входит в комплект опалубочных систем для формирований стен (в рамках балочно-ригельной опалубки) и, уже повсеместно, для формирования перекрытий. Деревянные двутавровые балки позволяют формировать конструкцию высокой прочности за счет полок и стенок, которые изготавливаются из клееного бруса, фанеры, березовой или хвойной древесины.

Так как балкам приходится часто контактировать с бетонным раствором, а также подвергаться воздействию осадков, солнечных лучей, они покрываются защитными составами, предотвращающими гниение и защищающими дерево от паразитов. Торцы, которые представляют собой наиболее уязвимое место, также подлежат усилению. Зачастую для этого используются специальные пластиковые колпачки. Как, например, на двутавровых балках TECH, Patriot, которые поставляет компания «ПромСтройКонтракт». Колпачки не только защищают торцы от проникновения влаги, но и предотвращают раскол дерева при падении с высоты во время демонтажа опалубки.

Виды, основные параметры двутавра H16 и H20

Какой должна быть идеальная деревянная двутавровая балка? Она должна быть прочной, но легкой для быстрого монтажа. Она должна не только выдерживать статичные нагрузки, но и переносить резкие динамические воздействия (например, падение с большой высоты). Наконец, хорошая деревянная балка должна без проблем переживать высокую влажность, зимнее строительство и оптимально сочетаться с выбранной опалубочной системой. В зависимости от конкретных задач и общего проекта строители могут приобретать разные виды деревянных балок.

Конструктивно деревянный двутавр (в отличие от стального) состоит из верхней и нижней полок, которые изготавливаются из деревянного бруса, и стенки. Материалом стенки может служить клееный брус или фанера. Далее составляющие соединяются между собой методом прочного соединения типа «шип-паз», а также дополнительно проклеиваются специальным влагостойким клеем. В англоязычной традиции двутавровые балки разделяют в зависимости от высоты стенки на H20 (стандартная высота 20 см) и более редкий — H16.

Сегодня производственные компании предлагают большой выбор двутавровых балок российского и зарубежного производства. Компания «ПромСтройКонтракт» поставляет как отечественную продукцию: TECH, Patriot, ТАВР-200, KRAFT (производство «ЭкоСтройПроект»), так и зарубежную: Kaufmann (австрийского производства).

Все изделия маркируются в зависимости от технологии производства и используемых материалов. Наиболее популярные европейские виды — UNI, OPTI. Среди российской продукции известна балка БДК. Она отличается от европейских вариантов тем, что полки производятся из ели, сосны или лиственницы, а стойки изготавливаются из влагоустойчивой берёзовой фанеры ФСФ. Важнейшее качество для любого двутавра — устойчивость к длительным переменным нагрузкам. В опалубках балки выступают в роли несущих элементов, поэтому они должны без проблем выдерживать высокое давление. Как правило, изделия разных производителей имеют схожие технические характеристики: их влажность находится в пределах 9-13%, а плотность составляет 450-680 кг на метр кубический. При этом наиболее востребованы в строительстве изделия 200х80 мм. Не менее часто используются элементы, ширина полки которых составляет 40, 64 мм, а толщина стойки 24 и 27 мм. Так, например, продукция TECH имеет 27-миллиметровую стойку, произведённую из финской фанеры концерна UPM, а изделия Patriot получили 24-миллиметровую фанерную стойку. Однако несущая способность обоих этих видов двутавра позволяет использовать их в опалубке перекрытий «PSK-CUP», подходящей для любых, даже нестандартных, высот. Например, такая балка используется при формировании толстых тяжелых перекрытий на АЭС, ГЭС, складских и промышленных объектах.

Деревянные двутавровые балки перекрытия своими руками. Деревянные двутавровые балки перекрытия и стропильной системы

При строительстве или реконструкции любого дома часто используются деревянные двутавровые балки перекрытия. При этом они увеличивают надежность строения, понижают расходы и время монтажных работ. В этой статье будут рассмотрены преимущества этих изделий, их самостоятельное изготовление, характерные особенности и сфера применения таких деревянных балок.

Двутавровые балки из дерева

Что собой представляют деревянные двутавровые балки перекрытия

На рынок постоянно поступает большой ассортимент качественных стройматериалов, в ряду которого достойное место заняли двутавровые балки. В чем же популярность этой продукции? Балки обладают необычной формой сечения, где основным элементом, создающим жесткость конструкции, является плита OSP, OSB (ориентировочно-стружечная плита). А также она может быть выполнена из толстой фанеры.

Внешне опоры похожи на рельсы, в которых между брусьями врезано ребро жесткости в виде влагостойкой плиты. Благодаря этому изделия выдерживают большие нагрузки, полностью сохраняют свою форму и целостность после установки.

Двутавровые балки перекрытия из дерева своими руками

При изготовлении элементов для опорной балки лучше всего применять клееный брус, поскольку такая заготовка соответствует правильным геометрическим формам. При этом она лишена деформации, скручиванию и изгибу. Но можно применять брус и из любых хвойных деревьев, нужно лишь соблюдать главное условие при этом – качественное просушивание древесины.

Для самостоятельного изготовления двутавровых опор, кроме бруса, понадобятся следующие материалы и инструменты:

• Циркулярная пила;
• Клей по дереву;
• Рулетка;
• ОСП (ориентировочно-стружечная плита);
• Швеллер для равномерного сжатия заготовки;
• Хомуты.

Порядок изготовления

При изготовлении двутавровой балки из древесины своими руками, необходимо:

Шаг №1 . Сделать расчет и подготовить 2 бруса нужного размера. Чем больше высота балки, тем больше по сечению должны быть заготовки, но в любом случае сечение может составлять не менее 40×60 мм.

Шаг №2 . В середине изделий изготовить паз по ширине, равной толщине плиты, а глубиной – равной 10-15% от размера бруса. В домашних условиях сделать такое углубление можно на циркулярной пиле дисковой фрезой соответствующей толщины.

Шаг №3 . Убедиться, что паз не имеет внутренних дефектов в виде «ершистости», искривлений, сколов.

Нанести клей по всей поверхности канавки.

Шаг №4. Вставить плиту в пазы верхнего и нижнего бруса.

Шаг №5. Сжать всю конструкцию через подготовленные швеллера (уголки) с помощью хомутов.

Шаг №6. Оставить в таком виде всю конструкцию на несколько часов до полного высыхания.

После приобретения должного опыта такие деревянные двутавровые балки можно будет изготавливать своими руками с хорошим качеством, и применять их во всевозможных перекрытиях.

Изготовление балки своими руками

Цены

Двутавровые балки изготавливаются в определенный размер и с применением сухого бруса из дерева определенной серии (БП, LVL или W). А также при этом применяется особый клеевой состав, имеющий повышенную пожаробезопасность и влагостойкость. При этом стоимость изделия будет зависеть от длины, категории и пропитки, нанесенной на поверхность двутавра.

Рассмотрим цены двутавровой опоры длиной 6 метров категории W.

Стоимость траверсы за один погонный метр

Такие опорные балки все чаще заменяют громоздкие металлические конструкции. Они используются как несущий элемент при строительстве домов для монтажа стропильной системы, межэтажных перекрытий, а также в качестве каркаса пола, крыш и стен. Двутавровые изделия применяются как в малоэтажном строительстве, так и в проектах промышленной и коммерческой деятельности.

Использование опорных изделий в строительстве регламентируется государственными стандартами и нормативами.

При этом разработаны и применяются следующие документы:

ГОСТ 30244-94. «Стройматериалы и комплектующие изделия».

СНиП 2.08.01-89. «Дома для проживания».

ГОСТ 8486-86Е. «ТУ на материалы пород из хвойных деревьев».

СНиП II-25-80. «Конструкции из дерева».

При изготовлении деревянных балок применяются материалы из пород хвойных деревьев по ГОСТу 8486.

ГОСТ 8486. Изготовление черепных заготовок из хвойного материала.

ГОСТ 2695. 1.3.2. Брус из лиственных пород (ольхи, осины).

СНиП II-25. Расчетные параметры древесины балок, при этом она должна быть не ниже 2-го сорта. Для черепных брусков допускается применять древесину 3-го сорта.

Деревянные двутавры изготавливается совершенно по другой технологии, чем аналогичные металлические конструкции, хотя общее сходство у них есть.

Деревянная двутавровая балка характеристики. Преимущества и недостатки балок из бруса и двутавровой балки

Достоинства обычного бруса

Главным достоинством обычного бруса является его экологическая чистота и низкая стоимость в сравнении с остальными упомянутыми материалами. При возведении небольших домов в качестве основы чердачных перекрытий используют исключительно обычный брус. Нецелесообразно использовать в таких строениях клееный брус из ламелей и ЛВЛ брус из-за их дороговизны.

Недостатки обычного бруса

1. Брус из хвойных пород подвержен усадке.
2. Брус гигроскопичен – впитывая влагу, он изменяет свои характеристики теплосопротивления.
3. Брус может изменять свою геометрию, растрескиваться и скручиваться.
4. Брус подвержен гниению и заражению грибком.
5. В брусе могут поселиться короеды и другие вредители древесины.
6. Брус в пожарном смысле более опасен, чем двутавровая деревянная балка. Все элементы двутавровой балки обрабатываются антисептиками и антипиренами в процессе производства. Брус, если и проходит обработку этими веществами, то лишь поверхностную обработку.

Достоинства двутавровой деревянной балки

Преимущества двутавровой балки проистекают из его технических характеристик:

• малого веса;
• способности противостоять влаге, гниению, насекомым;
• более высокой огнестойкости, чем обычный брус;
• двутавровая балка обладает меньшей теплопроводностью, чем обычный брус;
• длительный срок службы;
• в двутавровой балке можно сверлить отдельные коммуникационные отверстия, без потери ее прочности.

Недостатки двутавровой деревянной балки

К недостаткам балки относится пластичность смол, которыми склеена балка. Со временем характеристики клеевых смол меняются, в результате чего может произойти изменение геометрии балки. Практического подтверждения этого недостатка нет, поскольку время такого изменения характеристик смол еще не наступило.

Применение этих смол вызывает нарекания к экологическим параметрам двутавровой деревянной балки, как и к ЛВЛ брусу.

К недостаткам можно отнести систему монтажа двутавровых балок. Для крепления балок разработана и производится специальная оснастка, с помощью которой происходит их надежная установка.

Недостатком является дефицит этой оснастки на рынке. В то время как брус монтируется обычными гвоздями и анкерными болтами.

Главным недостатком является высокая стоимость двутавровой деревянной балки в сравнении с обычным брусом.

Деревянная двутавровая балка нагрузка. Прочностной расчет. Сравнение

Сравним несущие способности 3-х видов балок: деревянная двутавровая балка ICJ (с полками из LVL бруса), деревянный брус, цельный LVL брус.Расчет будем вести по 1 и 2 предельному состоянию (по потере эксплуатационных свойств и по прогибам). Важным и определяющим для нас будет расчет по 2 предельному состоянию (по прогибам). Именно значение прогиба под нагрузкой при равных условиях загружения будет для нас критерием сравнения.

Условия для расчета:

• Расчетная длина (расстояние в свету между соседними опорами) 5,8 м
• Нагрузка на м²перекрытия 400 кг
• Шаг балок 0,4 м
• Нагрузка на м.пог. балки 400кг/м²х 0,4= 160 кг

Двутавровая балка ICJ-300L	Брус сухой строганный деревянный 100х240 мм	Цельный прямоугольный LVL брус 69х260
Характеристики: Момент инерции 9 476,5 см4 Момент сопротивления 631,8 см3 Модуль упругости 12 000 МПа Расчетное сопротивление 22,0 МПа	Характеристики: Момент инерции 11 520,0 см4 Момент сопротивления 960,0 см3 Модуль упругости 9 000 МПа Расчетное сопротивление 14,0 МПа	Характеристики: Момент инерции 8 788,0 см4 Момент сопротивления 676,0 см3 Модуль упругости 14 000 МПа Расчетное сопротивление 26,5 МПа
Производим расчет по первому предельному состоянию: (где, R - расчетное сопротивление изгибу, M-максимальный момент (M=q*L2/8; M=160*5,82/8=672,8 кНм), W-момент сопротивления)
Вывод: все 3 материала с данными геометрическими характеристиками примерно равны по своей несущей способности и удовлетворяют условиям прогибов.