| Класс прочности | Прочность на изгиб, МПа | Прочность на сжатие вдоль волокон, МПа | Прочность на растяжение вдоль волокон, МПа | Применение |
|---|---|---|---|---|
| GL24h | 24 | 24 | 19,2 | Стандартные несущие конструкции зданий, балки перекрытий до 6 м |
| GL28h | 28 | 28 | 22,4 | Усиленные балки, колонны каркасных зданий, фермы пролетом до 12 м |
| GL32h | 32 | 32 | 25,6 | Особо нагруженные элементы, мосты, арочные конструкции свыше 18 м |
| Класс прочности | Модуль упругости E₀ средний, ГПа | Модуль упругости E₀ характеристический (5-й процентиль), ГПа | Модуль сдвига G, МПа | Плотность характеристическая, кг/м³ |
|---|---|---|---|---|
| GL24h | 11,5 | 9,6 | 650 | 385 |
| GL28h | 12,6 | 10,5 | 650 | 425 |
| GL32h | 14,2 | 11,8 | 650 | 440 |
| Сечение, мм | Масса 1 п.м при плотности 420 кг/м³, кг | Применение | Максимальный пролет при нагрузке 400 кг/м², м |
|---|---|---|---|
| 100×150 | 6,3 | Балки перекрытий малоэтажных зданий, стропильные ноги | 3,5-4,0 |
| 160×200 | 13,4 | Прогоны, ригели каркасных домов, колонны навесов | 5,0-6,0 |
| 200×280 | 23,5 | Балки междуэтажных перекрытий, фермы промышленных зданий | 7,0-8,5 |
| 240×360 | 36,3 | Большепролетные балки спортивных залов, колонны торговых центров | 10,0-12,0 |
| 320×500 | 67,2 | Арочные конструкции, мостовые балки, опоры крупногабаритных зданий | 15,0-20,0 |
| Параметр | Клееный брус | Массивный брус естественной влажности | Массивный брус камерной сушки |
|---|---|---|---|
| Влажность при поставке, % | 10-12 | 20-35 | 18-22 |
| Усадка стены высотой 3 м, мм | 10-20 (менее 1%) | 90-150 (3-5%) | 45-70 (1,5-2,3%) |
| Срок усадки | 6-12 месяцев | 2-3 года | 12-18 месяцев |
| Растрескивание | Минимальное (трещины до 1 мм) | Глубокие сквозные трещины до 10 мм | Поверхностные трещины до 3-5 мм |
| Коробление | Практически отсутствует | Высокое (скручивание до 15 мм/м) | Умеренное (до 5 мм/м) |
Технология производства клееного бруса
Клееный брус представляет собой инженерный композитный материал из древесины хвойных пород, получаемый склеиванием высушенных ламелей под давлением. Технологический процесс производства включает несколько критических этапов, каждый из которых непосредственно влияет на итоговые прочностные и эксплуатационные характеристики готового изделия.
Подготовка исходного сырья
Производство начинается с сортировки пиломатериалов по породам древесины. Для изготовления несущих конструкций применяются сосна обыкновенная, ель европейская, лиственница сибирская и кедр. Распиловка бревен на доски толщиной от тридцати до пятидесяти миллиметров производится с учетом направления волокон и удаления сердцевины для минимизации внутренних напряжений.
Визуальная инспекция заготовок выполняется для выявления недопустимых пороков древесины: сквозных трещин, гнилостных поражений, выпадающих сучков диаметром более сорока миллиметров, смоляных карманов объемом свыше ста кубических миллиметров. Дефектные участки вырезаются, после чего ламели поступают на камерную сушку.
Камерная сушка и стабилизация влажности
Процесс сушки осуществляется в конвекционных или конденсационных камерах при температуре от шестидесяти до восьмидесяти градусов Цельсия. Целевое значение влажности древесины составляет от десяти до двенадцати процентов, что соответствует равновесной влажности при эксплуатации в отапливаемых помещениях. Снижение влажности ниже восьми процентов нецелесообразно ввиду возможного пересыхания материала и появления микротрещин.
Разница влажности между соседними ламелями в одном брусе не должна превышать четыре процента. Нарушение данного требования приводит к внутренним напряжениям в клеевом шве и возможному расслоению конструкции в процессе эксплуатации.
Сращивание ламелей по длине
Для получения длинномерных элементов до двадцати метров применяется технология зубчатых соединений на мини-шип длиной от пятнадцати до тридцати двух миллиметров в соответствии с ГОСТ 19414-90 и ГОСТ Р 70747-2023. Прочность зубчатых клеевых соединений при статическом изгибе должна составлять не менее двадцати четырех МПа для внутренних ламелей и не менее тридцати трех МПа для наружных слоев.
Количество зубчатых соединений в одном сечении бруса ограничивается пятьюдесятью процентами от общего числа ламелей на участке длиной, равной десяти толщинам слоя. Данное ограничение предотвращает концентрацию ослабленных зон в критических сечениях балок и колонн.
Склеивание и прессование
Нанесение клеевого состава производится роликовыми или валковыми системами с равномерным распределением по всей склеиваемой поверхности. Прессование выполняется при контролируемом удельном давлении в соответствии с технологической документацией на конкретную клеевую систему. Продолжительность выдержки в прессе определяется типом клеевой системы и составляет от двух до восьми часов.
Чередование направления волокон в соседних ламелях минимизирует анизотропию механических свойств древесины и компенсирует усадочные деформации. Наружные слои формируются из материала высшего сорта с меньшим количеством сучков для обеспечения максимальной прочности на изгиб.
↑ К оглавлениюКлассификация прочности по европейским стандартам
Система классификации клееного бруса по прочностным характеристикам регламентируется стандартом EN 14080, который гармонизирован с российским ГОСТ 20850-2014. Обозначение класса прочности состоит из буквенного префикса GL (Glued Laminated timber), численного значения прочности на изгиб в мегапаскалях и суффикса, определяющего структуру материала.
Классы однородного клееного бруса
Суффикс h (homogeneous) указывает на однородное строение, при котором все ламели имеют идентичный класс прочности древесины. Клееный брус классов GL24h, GL28h и GL32h производится из пиломатериалов сортов не ниже второго по ГОСТ 8486-86 или классов прочности C24-C30 по EN 338. Однородная структура обеспечивает предсказуемое поведение под нагрузкой и упрощает инженерные расчеты.
Класс GL24h с характеристической прочностью на изгиб двадцать четыре МПа является базовым для жилищного строительства и применяется в балках перекрытий пролетом до шести метров. Модуль упругости одиннадцать с половиной гигапаскалей позволяет ограничить прогибы в пределах нормативных значений L/250 для междуэтажных перекрытий.
Класс GL28h характеризуется прочностью двадцать восемь МПа и модулем упругости двенадцать целых шесть десятых гигапаскалей. Данный класс востребован при проектировании несущих конструкций промышленных зданий, спортивных сооружений и торговых комплексов с пролетами ферм от восьми до двенадцати метров.
Высший класс GL32h с прочностью тридцать два МПа и модулем упругости четырнадцать целых две десятых гигапаскалей предназначен для особо ответственных конструкций: арочных покрытий пролетом более восемнадцати метров, мостовых балок, опорных колонн многоэтажных каркасных зданий высотой до шести этажей.
Комбинированный клееный брус
Суффикс c (combined) обозначает комбинированное строение с различными классами прочности ламелей по сечению. Наружные зоны формируются из древесины высшего сорта, внутренние слои — из материала более низкого качества. Такая компоновка рациональна с экономической точки зрения при сохранении требуемых несущих характеристик, поскольку максимальные напряжения при изгибе концентрируются в крайних волокнах.
Комбинированный клееный брус требует более детального конструкторского анализа и не рекомендуется для элементов, работающих на знакопеременные нагрузки или в условиях переменной влажности без защитного покрытия.
Соответствие российским нормативам
В соответствии со СП 64.13330.2017 расчетные сопротивления клееного бруса определяются с применением коэффициентов условий работы материала и коэффициента надежности по материалу. Для класса GL28h расчетное сопротивление изгибу составляет около девятнадцати МПа при нормальных условиях эксплуатации и шестнадцати МПа при повышенной влажности окружающей среды.
↑ К оглавлениюМеханические свойства и расчетные характеристики
Механические характеристики клееного бруса определяются совокупностью прочностных и деформативных свойств, регламентированных стандартами EN 1194 и EN 14080. Для каждого класса прочности установлены характеристические значения, соответствующие пятипроцентному квантилю распределения при доверительной вероятности девяносто пять процентов.
Прочность при различных видах напряженного состояния
Характеристическая прочность на изгиб определяется испытанием образцов на четырехточечный изгиб согласно EN 408 и служит основным классификационным признаком. Для класса GL28h прочность на изгиб составляет двадцать восемь МПа, прочность на сжатие вдоль волокон — двадцать восемь МПа, на растяжение вдоль волокон — двадцать две целых четыре десятых МПа.
Прочность на скалывание вдоль волокон для всех классов однородного клееного бруса принимается три целых пять десятых МПа. Этот показатель критичен при расчете опорных зон балок и зон действия сосредоточенных нагрузок. Прочность на сжатие и растяжение поперек волокон составляет два с половиной и ноль целых пять десятых МПа соответственно.
Деформативные характеристики
Модуль упругости при изгибе E₀ характеризует способность материала сопротивляться деформациям. Для класса GL24h средний модуль упругости составляет одиннадцать целых пять десятых гигапаскалей, характеристический пятипроцентный квантиль — девять целых шесть десятых гигапаскалей. Модуль сдвига для всех классов принимается шестьсот пятьдесят мегапаскалей.
При расчете прогибов конструкций используется средний модуль упругости, при определении критических нагрузок на устойчивость сжатых элементов применяется характеристический пятипроцентный квантиль. Выбор расчетного значения зависит от типа предельного состояния.
Влияние эксплуатационных факторов
Прочностные характеристики древесины зависят от влажности материала и температуры окружающей среды. При увеличении влажности с двенадцати до восемнадцати процентов прочность снижается на пятнадцать-двадцать процентов. Длительное воздействие нагрузок приводит к развитию ползучести, учитываемой коэффициентом ползучести со значением от ноль целых шесть десятых до ноль целых восьми десятых в зависимости от класса эксплуатации.
Для конструкций, эксплуатируемых при отрицательных температурах ниже минус тридцати градусов Цельсия, допускается повышение расчетных сопротивлений на десять процентов. При температурах выше пятидесяти градусов требуется снижение сопротивлений с учетом степени нагрева и продолжительности воздействия.
↑ К оглавлениюКлеевые системы для несущих конструкций
Выбор клеевой системы определяется условиями эксплуатации конструкций и классифицируется по водостойкости согласно EN 204. Для несущих деревянных конструкций применяются клеи класса водостойкости D3 и D4, обеспечивающие прочность клеевого шва не ниже прочности древесины при испытаниях на скалывание.
Полиуретановые клеевые системы
Однокомпонентные полиуретановые клеи обеспечивают водостойкость класса D4 и характеризуются отверждением под действием влаги воздуха. Прочность клеевого шва достигает значений от десяти до двенадцати МПа при скалывании вдоль волокон. Данный тип клеев востребован в производстве клееного бруса для жилищного строительства ввиду отсутствия эмиссии формальдегида.
Температура прессования составляет от пятнадцати до двадцати пяти градусов Цельсия, что позволяет осуществлять склеивание в условиях цеха без дополнительного подогрева. Открытая выдержка после нанесения клея не должна превышать десять минут во избежание преждевременного отверждения поверхностного слоя.
Меламин-формальдегидные композиции
Двухкомпонентные меламин-формальдегидные клеи применяются при производстве большепролетных конструкций и обеспечивают водостойкость D4 с прочностью клеевого шва до пятнадцати МПа. Отверждение осуществляется при температуре от двадцати до семидесяти градусов Цельсия с добавлением отвердителя в количестве от двух до пяти процентов по массе.
Согласно ГОСТ 27678-2014 содержание свободного формальдегида в готовых изделиях не должно превышать восемь миллиграммов на сто граммов абсолютно сухой древесины для класса эмиссии E1. Испытания проводятся перфораторным методом.
Резорцин-формальдегидные клеи для экстремальных условий
Для конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах или при постоянном контакте с водой, применяются резорцин-формальдегидные клеи. Прочность клеевого шва сохраняется после циклических испытаний на кипячение-высушивание, что подтверждает высокую долговечность соединений. Данные клеи востребованы в мостостроении и при производстве несущих конструкций бассейнов.
↑ К оглавлениюПроектирование балок, колонн и ферм
Расчет несущих конструкций из клееного бруса выполняется по методу предельных состояний в соответствии со СП 64.13330.2017. Проверка прочности и жесткости осуществляется для первой и второй групп предельных состояний с учетом коэффициентов надежности по материалу и коэффициентов условий работы.
Расчет изгибаемых элементов
При расчете балок на прочность проверяются нормальные напряжения в крайних волокнах сжатой и растянутой зон и касательные напряжения в нейтральной оси. Расчетное сопротивление изгибу определяется делением характеристической прочности на коэффициент надежности по материалу один целая три десятых и умножением на коэффициент условий работы.
Прогибы балок ограничиваются нормативными требованиями: для балок перекрытий предельный прогиб составляет одну трехсотую от длины пролета, для кровельных конструкций — одну двухсотую. Расчет деформаций выполняется с использованием среднего модуля упругости без учета пластических деформаций.
Проектирование сжатых элементов
Колонны из клееного бруса рассчитываются на устойчивость с определением коэффициента продольного изгиба в зависимости от гибкости элемента. Гибкость вычисляется как отношение расчетной длины к радиусу инерции сечения. Для колонн прямоугольного сечения при шарнирном опирании концов расчетная длина принимается равной геометрической высоте элемента.
Предельная гибкость сжатых элементов не должна превышать сто двадцать для основных несущих конструкций и сто пятьдесят для элементов связей. Превышение данных значений приводит к чрезмерной деформативности и возможности потери устойчивости при эксплуатационных нагрузках.
Фермы и рамные конструкции
Фермы из клееного бруса применяются при перекрытии пролетов от двенадцати до тридцати шести метров. Раскосная решетка выполняется из элементов сечением не менее ста на сто пятьдесят миллиметров. Узловые соединения проектируются с применением стальных нагельных элементов: болтов, глухарей, винтов, зубчатых пластин.
Рамные конструкции формируются склеиванием ригелей переменного сечения с колоннами. Криволинейные участки выполняются из ламелей толщиной от тридцати до сорока миллиметров с радиусом кривизны не менее ста пятидесяти толщин ламели. Жесткие узлы рам обеспечивают совместную работу элементов и восприятие изгибающих моментов.
↑ К оглавлениюКонтроль качества и испытания
Система контроля качества клееного бруса включает входной контроль сырья, операционный контроль технологического процесса и приемочные испытания готовой продукции. Производство осуществляется по утвержденным технологическим регламентам с ведением журналов учета параметров на каждом этапе.
Входной контроль древесины
Пиломатериалы подвергаются визуальной сортировке по ГОСТ 8486-86 с выявлением недопустимых пороков. Влажность контролируется электровлагомером с точностью измерения один процент. Плотность древесины определяется взвешиванием образцов известного объема при нормализованной влажности двенадцать процентов.
Испытания прочности клеевых соединений
Прочность клеевого шва при скалывании вдоль волокон определяется по ГОСТ 33121-2014 на образцах размером двадцать на двадцать на пятьдесят миллиметров. Образцы испытываются в нормальных условиях и после кондиционирования в воде при температуре двадцать градусов Цельсия в течение двадцати четырех часов. Прочность мокрых образцов должна составлять не менее восьмидесяти процентов от прочности сухих.
Прочность зубчатых соединений проверяется испытанием на статический изгиб образцов длиной шестьсот миллиметров с зубчатым шипом в центре пролета. Разрушающая нагрузка пересчитывается в прочность при изгибе и должна соответствовать нормативным требованиям не ниже двадцати четырех МПа для внутренних ламелей.
Контроль геометрических параметров
Отклонения размеров поперечного сечения клееного бруса не должны превышать плюс пять и минус три миллиметра для номинальных размеров до двухсот миллиметров. Прямолинейность граней контролируется с допуском один миллиметр на один метр длины. Перпендикулярность смежных граней проверяется угольником с погрешностью не более одного миллиметра на ширину сечения.
Не допускаются расслоения клеевых швов, сквозные трещины, гнилостные поражения, выпадающие сучки в зонах растянутых волокон. Обнаружение недопустимых дефектов служит основанием для отбраковки партии продукции.
Преимущества перед массивной древесиной
Клееный брус превосходит массивную древесину по комплексу эксплуатационных характеристик благодаря технологическим особенностям производства. Рациональное применение данного материала обеспечивает повышение надежности и долговечности деревянных конструкций при одновременном сокращении материалоемкости.
Стабильность геометрических размеров
Усадка клееного бруса при изменении влажности от двенадцати до восемнадцати процентов составляет менее одного процента, что в три-пять раз ниже усадки массивной древесины. Это позволяет приступать к отделочным работам сразу после монтажа коробки здания без технологического перерыва на усадку сруба.
Коробление элементов практически исключается ввиду компенсации внутренних напряжений чередованием направления годичных слоев в соседних ламелях. Массивный брус сечением двести на двести миллиметров может скручиваться на величину до пятнадцати миллиметров на метр длины, что требует дополнительных работ по выравниванию.
Отсутствие глубоких трещин
Толщина ламелей от тридцати до пятидесяти миллиметров ограничивает глубину усадочных трещин величиной не более одного миллиметра. В массивном брусе сечением двести на двести миллиметров формируются радиальные трещины глубиной до десяти миллиметров, проходящие через все сечение. Поверхностные микротрещины в клееном брусе не снижают несущую способность и не служат очагами биологического поражения.
Клеевой шов препятствует распространению трещин между ламелями, что повышает трещиностойкость материала при знакопеременных температурных воздействиях. Сквозное растрескивание исключается конструкцией многослойного сечения. Эстетическое качество лицевых поверхностей сохраняется на протяжении всего срока эксплуатации без необходимости заделки трещин герметиками.
Повышенная прочность на изгиб
Прочность клееного бруса класса GL28h на изгиб двадцать восемь МПа превосходит аналогичный показатель массивной сосны второго сорта на пятьдесят-семьдесят процентов. Увеличение прочности достигается удалением дефектных участков с крупными сучками и размещением высококачественной древесины в зонах максимальных напряжений.
Допустимые пролеты балок из клееного бруса превышают пролеты массивных балок равного сечения на двадцать пять-тридцать пять процентов. Это позволяет реализовывать архитектурные решения с открытыми пространствами без промежуточных опор, что востребовано при строительстве общественных зданий, спортивных сооружений и торговых комплексов.
Длинномерные элементы без стыков
Технология сращивания ламелей на зубчатый шип обеспечивает производство бруса длиной до двадцати метров и более. Массивные пиломатериалы ограничены длиной шести метров, определяемой стандартной длиной хлыстов. Бесстыковые балки исключают ослабленные сечения в пролете и упрощают конструкцию узлов.
Криволинейные элементы арок и рам изготавливаются гнутьем тонких ламелей с последующим склеиванием в требуемой геометрии. Радиус кривизны ограничивается величиной от ста пятидесяти до трехсот толщин ламели в зависимости от породы древесины. Массивная древесина не позволяет формировать криволинейные элементы больших габаритов без механических повреждений.
Несмотря на большую стоимость клееного бруса в пересчете на кубический метр, общая стоимость конструкций может быть ниже вследствие сокращения сечений элементов, исключения технологических перерывов на усадку и снижения трудозатрат на отделочные работы по заделке трещин.
