| Характеристика | ЛВЛ I типа (минимум) | Единица измерения | Метод испытаний |
|---|---|---|---|
| Предел прочности при изгибе вдоль волокон | 44 | МПа | EN 408 |
| Предел прочности при растяжении вдоль волокон | 16,5 | МПа | EN 408 |
| Предел прочности при сжатии вдоль волокон | 40 | МПа | EN 408 |
| Предел прочности при скалывании | 5,0 | МПа | EN 408 |
| Материал | Модуль упругости E₀, ГПа | Плотность ρ, кг/м³ | Источник данных |
|---|---|---|---|
| ЛВЛ-брус I типа | 12,0 (минимум) | 400–700 | ГОСТ 33124-2014 |
| Массивная древесина (сосна, ель) | 10,0 | 450–520 | СП 64.13330.2017 |
| Конструкционная сталь C245 | 200 | 7850 | СП 16.13330.2017 |
| Железобетон класса В25 | 30 | 2500 | СП 63.13330.2018 |
| Сечение, мм | Площадь сечения, см² | Момент сопротивления Wx, см³ | Рекомендуемая область применения |
|---|---|---|---|
| 45×200 | 90 | 300 | Балки перекрытий малонагруженных помещений, стропила пролетом 4–5,5 м |
| 45×300 | 135 | 675 | Балки перекрытий жилых зданий, прогоны пролетом 6–7,5 м |
| 69×220 | 151,8 | 557,5 | Несущие балки, стропильные ноги повышенной нагрузки пролетом 5,5–7,0 м |
| 69×360 | 248,4 | 1490,4 | Прогоны, коньковые балки, перекрытия большепролетных помещений до 12 м |
| 75×300 | 225 | 1125 | Балки перекрытий, несущие элементы каркаса пролетом 7,5–9,5 м |
| 75×400 | 300 | 2000 | Балки большепролетных перекрытий, стропильные конструкции до 13 м |
| Параметр | Значение | Сравнение с массивной древесиной |
|---|---|---|
| Влажность при поставке, % | 8–12 | Массивная древесина: 12–15 процентов |
| Плотность, кг/м³ | 400–700 | Сосна, ель: 450–520 кг/м³ |
| Коэффициент усушки при изменении влажности на 1 процент | 0,02–0,03 процента | Массивная древесина: 0,15–0,3 процента |
| Стабильность геометрических размеров | Отклонение не более 1,5 мм на 1 м длины | Массивная древесина: до 3–5 мм на 1 м |
| Наличие сучков, трещин, дефектов | Минимизированы | Присутствуют в зависимости от сорта |
| Коэффициент вариации прочности | 8–12 процентов | Массивная древесина: 20–35 процентов |
| Скорость обугливания при пожаре, мм/мин | 0,6–0,8 | Аналогично массивной древесине |
ЛВЛ-брус (от англ. LVL — Laminated Veneer Lumber, брус многослойный клееный из шпона) представляет собой конструкционный композитный материал, изготовленный по технологии послойного склеивания лущеного шпона хвойных пород с параллельным расположением волокон древесины. Толщина каждого слоя шпона составляет 3 миллиметра, что обеспечивает оптимальное соотношение прочности и технологичности производства. Технология была разработана в США в тридцатых годах двадцатого века и получила широкое распространение в североамериканском и европейском строительстве с шестидесятых годов.
В отличие от фанеры, где смежные слои шпона располагаются перпендикулярно, в ЛВЛ-брусе все волокна древесины ориентированы вдоль длины элемента. Такая конструкция обеспечивает высокие прочностные характеристики при работе на изгиб и растяжение вдоль волокон, что критически важно для несущих элементов строительных конструкций. Материал производится из сосны, ели или лиственницы, при этом используется преимущественно комлевая часть ствола, обладающая максимальной плотностью и прочностью.
Технология производства ЛВЛ-бруса из лущеного шпона
Производственный процесс изготовления ЛВЛ-бруса полностью автоматизирован и включает несколько технологических этапов, каждый из которых контролируется высокоточным оборудованием и системами управления качеством согласно требованиям ГОСТ 33124-2014 и европейского стандарта EN 14374. Первичным сырьем служат бревна хвойных пород, которые проходят строгий входной контроль на отсутствие гнили, механических повреждений и других пороков древесины.
Подготовительные операции
На начальном этапе бревна подвергаются гидротермической обработке при температуре 40-60 градусов Цельсия в бассейнах или пропарочных камерах. Данная операция размягчает древесину и обеспечивает оптимальные условия для последующего лущения. Продолжительность гидротермической обработки зависит от породы древесины и температуры окружающей среды, обычно составляя от 8 до 24 часов для хвойных пород.
После пропаривания выполняется окорка на специализированных окорочных станках роторного или цилиндрического типа. Затем бревна распиливаются на чураки требуемой длины и передаются на участок центровки. Система лазерных измерителей определяет геометрический центр заготовки с точностью до долей миллиметра, что обеспечивает равномерную толщину шпона по всей длине ленты.
Лущение и получение шпона
Процесс лущения выполняется на лущильных станках, где вращающийся чурак срезается непрерывной лентой при помощи ножа, расположенного по всей длине заготовки. Толщина получаемого шпона строго контролируется и составляет 3 миллиметра с допуском плюс-минус 0,1 миллиметра. Данная толщина является технологически обоснованной с точки зрения баланса между прочностными характеристиками готового изделия и выходом продукции из сырья.
Непрерывная лента шпона направляется на рубительные ножницы, где разрезается на листы стандартной длины. Автоматизированная система сортировки с применением ультразвукового и оптического контроля выявляет дефекты: сучки, смоляные кармашки, трещины, участки гнили. Дефектные зоны вырубаются или весь лист отбраковывается для использования в производстве материалов более низкого класса качества.
Сушка и стабилизация влажности
Отсортированный шпон поступает в конвекционные сушильные камеры, где влажность снижается с начальных 60-80 процентов до целевых 5-8 процентов. Процесс сушки проходит в строго контролируемом температурно-влажностном режиме для предотвращения коробления, растрескивания и других дефектов. Температура сушильного агента составляет 140-160 градусов Цельсия, продолжительность цикла сушки варьируется от 4 до 8 минут в зависимости от породы древесины и начальной влажности.
После сушки шпон проходит повторную сортировку и контроль влажности. Ультразвуковые влагомеры непрерывно измеряют влажность каждого листа, обеспечивая однородность этого параметра в пределах 5-10 процентов. Стабильная низкая влажность критически важна для качественного склеивания и минимизации последующих деформаций готового изделия.
Склеивание и прессование
На участке склеивания применяются фенолформальдегидные или полиуретановые клеевые составы, обеспечивающие водостойкость класса D4 по стандарту EN 314. Клей наносится вальцовыми машинами с нормой расхода 160-200 грамм на квадратный метр площади склеивания. Листы шпона укладываются в пакеты с параллельным направлением волокон всех слоев. Стыки шпона в соседних слоях смещаются в шахматном порядке для обеспечения однородности прочностных характеристик по всей длине бруса.
Сформированные пакеты подвергаются горячему прессованию при температуре 120-140 градусов Цельсия и давлении 1,2-1,8 МПа. Применяется технология непрерывного прессования с микроволновым предподогревом, что ускоряет процесс отверждения клея и повышает производительность линии. Продолжительность выдержки под давлением составляет 8-15 минут в зависимости от толщины пакета и типа клея.
Финишная обработка и контроль качества
После прессования непрерывная плита охлаждается и выдерживается в течение 24 часов для полной полимеризации клея. Затем выполняется торцовка и продольная распиловка на форматно-раскроечных станках с получением брусьев стандартных сечений. Готовые изделия проходят заключительный контроль геометрических параметров, прочностных характеристик и качества склеивания согласно требованиям ГОСТ 33124-2014 и европейского стандарта EN 14374.
↑ К оглавлениюПрочностные характеристики и модуль упругости
Согласно ГОСТ 33124-2014, ЛВЛ-брус I типа характеризуется минимальными нормативными прочностными показателями, которые существенно превышают характеристики массивной древесины. Предел прочности при изгибе вдоль волокон составляет не менее 44 МПа, что обусловлено однородной структурой материала и параллельной ориентацией волокон во всех слоях. Конкретные марки ЛВЛ-бруса различных производителей могут демонстрировать более высокие показатели прочности по результатам сертификационных испытаний.
Механизм формирования высокой прочности
Высокие прочностные характеристики ЛВЛ-бруса обусловлены несколькими технологическими факторами. Во-первых, производство предусматривает удаление дефектных участков древесины на стадии сортировки шпона, в результате чего готовый материал содержит минимальное количество сучков, трещин, смоляных кармашков и других концентраторов напряжений. Во-вторых, шахматное расположение стыков шпона в смежных слоях обеспечивает непрерывность волокон и равномерное распределение напряжений по сечению элемента.
Предел прочности при растяжении вдоль волокон находится в диапазоне от 16,5 МПа (минимальное значение согласно ГОСТ 33124-2014), что превышает показатели массивной древесины первого сорта. Предел прочности при сжатии вдоль волокон составляет не менее 40 МПа согласно нормативу. Предел прочности при скалывании достигает минимум 5,0 МПа по стандарту.
Модуль упругости и жесткость конструкций
Модуль упругости вдоль волокон для ЛВЛ-бруса I типа составляет не менее 12 ГПа согласно ГОСТ 33124-2014, что на 20 процентов выше модуля упругости массивной древесины (10 ГПа по СП 64.13330.2017). Высокий модуль упругости обеспечивает повышенную жесткость конструкций и снижение прогибов балок перекрытий и стропильных элементов под нагрузкой. Это позволяет применять меньшие сечения ЛВЛ-бруса по сравнению с массивной древесиной при одинаковых пролетах и нагрузках.
Отдельные производители ЛВЛ-бруса могут гарантировать более высокие значения модуля упругости для своих марок продукции, достигающие 13-14 ГПа, что подтверждается заводскими испытаниями и техническими условиями. Такие повышенные характеристики обеспечивают дополнительные преимущества при проектировании большепролетных конструкций.
Коэффициент вариации прочностных характеристик ЛВЛ-бруса составляет 8-12 процентов против 20-35 процентов для массивной древесины. Это означает, что разброс прочности между отдельными изделиями минимален, что упрощает проектирование и повышает надежность конструкций. Низкий коэффициент вариации достигается благодаря контролю качества каждого слоя шпона и удалению дефектных участков.
Типовые сечения для несущих конструкций
Промышленностью освоен выпуск ЛВЛ-бруса широкого размерного ряда для применения в различных конструктивных элементах зданий и сооружений. Толщина изделий варьируется от 45 до 90 миллиметров, высота сечения — от 100 до 600 миллиметров, длина элементов технологически не ограничена и может достигать 18-24 метров при непрерывном прессовании или большей длины при торцевом сращивании отдельных заготовок.
Балки перекрытий жилых и общественных зданий
Для перекрытий жилых зданий с расчетной нагрузкой 400 кг/м² согласно СП 20.13330.2016 наиболее распространены сечения 45×200, 45×300 и 69×220 миллиметров. Сечение 45×200 применяется для пролетов 4,0-5,5 метров при шаге балок 600 миллиметров. При увеличении пролета до 6,0-7,5 метров используется сечение 45×300 миллиметров. Для пролетов 5,5-7,0 метров с повышенными нагрузками или уменьшенным шагом балок эффективно сечение 69×220 миллиметров.
Расчет несущей способности балок перекрытий выполняется по первой и второй группам предельных состояний согласно СП 64.13330.2017. По первой группе проверяется прочность сечения при действии максимального изгибающего момента, по второй группе — прогиб балки, который не должен превышать L/250 для перекрытий с гипсокартонной обшивкой потолка и L/300 для перекрытий с штукатурными потолками.
Большепролетные балки и прогоны
Для перекрытия больших пролетов 9-12 метров применяются сечения 69×360 и 75×400 миллиметров. Сечение 69×360 с моментом сопротивления 1490 кубических сантиметров позволяет перекрывать пролеты до 12 метров при использовании в качестве коньковых балок или прогонов стропильной системы. Сечение 75×400 с моментом сопротивления 2000 кубических сантиметров применяется для особо нагруженных конструкций общественных зданий, торговых и спортивных сооружений.
Стропильные системы скатных кровель
В стропильных конструкциях ЛВЛ-брус применяется для изготовления стропильных ног, коньковых прогонов, ендов и накосных стропил вальмовых кровель. Типовое сечение стропильных ног 45×200 используется при пролетах до 5,5 метров и шаге стропил 600-800 миллиметров. Для пролетов 6-7,5 метров применяется сечение 45×300 или 69×220 миллиметров. Снеговая нагрузка определяется для соответствующего снегового района согласно СП 20.13330.2016 и может достигать 320 кг/м² расчетного значения для восьмого снегового района.
При проектировании конструкций из ЛВЛ-бруса необходимо использовать расчетные характеристики конкретной марки материала, указанные производителем в сертификатах соответствия и технических условиях. Общие требования к расчету деревянных конструкций установлены СП 64.13330.2017 с изменениями.
Физико-механические свойства и стабильность
ЛВЛ-брус обладает рядом физико-механических свойств, выгодно отличающих его от массивной древесины и обеспечивающих стабильность геометрических размеров и прочностных характеристик в процессе эксплуатации. Влажность материала при поставке составляет 8-12 процентов согласно ГОСТ 33124-2014, что соответствует равновесной влажности древесины в отапливаемых помещениях и исключает последующую усушку или набухание конструкций после монтажа.
Влажность и стабильность размеров
Коэффициент усушки ЛВЛ-бруса при изменении влажности на один процент составляет 0,02-0,03 процента, что в пять-десять раз меньше коэффициента усушки массивной древесины поперек волокон. Это означает, что при изменении влажности от 8 до 12 процентов изменение ширины или высоты сечения ЛВЛ-бруса не превысит 0,1-0,15 миллиметра, что пренебрежимо мало для строительных конструкций.
Стабильность геометрических размеров обеспечивается также отсутствием внутренних напряжений, характерных для массивной древесины. При сушке пиломатериалов из массива возникают градиенты влажности по толщине доски, приводящие к короблению и растрескиванию. В ЛВЛ-брусе каждый слой шпона высушивается отдельно до равномерной влажности 5-8 процентов, после чего происходит склеивание под давлением, фиксирующее геометрию изделия.
Минимизация дефектов древесины
Важным преимуществом ЛВЛ-бруса является минимизация сучков, трещин, смоляных кармашков, гнили и других пороков древесины, снижающих прочность материала. Технология производства предусматривает многоступенчатый контроль качества шпона с применением ультразвуковых дефектоскопов и систем машинного зрения. Листы шпона с дефектами отбраковываются на стадии сортировки, в результате чего в готовом изделии присутствует преимущественно качественная древесина.
Минимизация дефектов обеспечивает низкий коэффициент вариации прочности 8-12 процентов согласно ГОСТ 33124-2014. Для сравнения, у массивной древесины первого сорта коэффициент вариации составляет 20-25 процентов, что требует применения повышенных коэффициентов запаса при проектировании.
Водостойкость и биологическая стойкость
Применение фенолформальдегидных или полиуретановых клеев обеспечивает водостойкость клеевых швов класса D4 по европейской классификации EN 314, что соответствует эксплуатации в условиях повышенной влажности. Это позволяет применять материал в конструкциях бассейнов, зимних садов, помещений агропромышленного назначения с агрессивными средами.
Биологическая стойкость ЛВЛ-бруса определяется породой древесины и дополнительной защитной обработкой. При использовании лиственницы обеспечивается повышенная биостойкость благодаря природным свойствам древесины. Для сосны и ели рекомендуется антисептическая обработка методом вакуумной или автоклавной импрегнации, обеспечивающая защиту от биологических повреждений.
Огнестойкость и поведение при пожаре
Огнестойкость ЛВЛ-бруса аналогична огнестойкости массивной древесины и определяется сечением элемента. При воздействии высоких температур на поверхности материала образуется обугленный слой, замедляющий прогрев внутренних зон сечения. Скорость обугливания составляет 0,6-0,8 миллиметра в минуту в зависимости от плотности древесины. Расчет огнестойкости выполняется в соответствии с методикой СП 64.13330.2017 с учетом уменьшения расчетного сечения на глубину обугливания.
Для повышения огнестойкости применяется обработка огнезащитными составами, обеспечивающая трудновоспламеняемость материала и снижение скорости распространения пламени по поверхности конструкций.
↑ К оглавлениюПрименение в балках перекрытий и стропильных системах
ЛВЛ-брус нашел широкое применение в качестве несущих элементов перекрытий и стропильных конструкций малоэтажных и многоэтажных зданий различного назначения. Высокие прочностные характеристики и стабильность геометрических размеров позволяют создавать конструкции с пролетами до 12 метров без промежуточных опор, что обеспечивает свободу планировочных решений.
Балки перекрытий каркасных зданий
В конструкциях перекрытий каркасных жилых домов ЛВЛ-брус применяется в качестве балок с шагом 400-600 миллиметров. Типовая схема включает балки перекрытия из ЛВЛ сечением 45×300 или 69×220 миллиметров, черновой пол из ориентированно-стружечных плит OSB-3 толщиной 22 миллиметра, теплоизоляцию из минеральной ваты и чистовое покрытие пола. Высота балок назначается из условия обеспечения требуемого уровня звукоизоляции межэтажных перекрытий.
Расчетная схема балки перекрытия принимается в виде однопролетной шарнирно опертой балки с равномерно распределенной нагрузкой. Нормативная полезная нагрузка для жилых помещений составляет 150 кг/м² согласно СП 20.13330.2016, с учетом собственного веса конструкции пола и коэффициента надежности по нагрузке расчетная нагрузка достигает 400-450 кг/м².
Стропильные ноги и прогоны кровель
В стропильных конструкциях скатных кровель ЛВЛ-брус используется для изготовления наслонных стропил с опиранием на коньковый прогон и мауэрлат. Расчетная схема стропильной ноги представляет собой однопролетную балку с приложением снеговой и ветровой нагрузок. Снеговая нагрузка определяется для соответствующего снегового района согласно СП 20.13330.2016.
Для стропильных ног пролетом 5-6 метров применяется сечение 45×200 или 45×250 миллиметров при шаге стропил 600-800 миллиметров. Коньковые прогоны изготавливаются из бруса сечением 75×300 или 75×400 миллиметров в зависимости от пролета между опорами и снеговой нагрузки региона строительства.
Балки большепролетных общественных зданий
В конструкциях общественных зданий — спортивных залов, торговых центров, выставочных павильонов — ЛВЛ-брус применяется для создания балок перекрытия и покрытия с пролетами 9-18 метров. Используются составные балки в виде двутавровых сечений с полками из ЛВЛ-бруса и стенкой из ориентированно-стружечных плит.
При проектировании балок перекрытий необходимо обеспечить закрепление балок от потери устойчивости плоской формы изгиба. Для этого применяются связи из досок 50×150 миллиметров с шагом 2-3 метра по длине балок либо сплошная обшивка верхней грани балок плитами OSB или фанерой толщиной 18-22 миллиметра.
Расчет несущей способности по СП 64.13330.2017
Проектирование конструкций из ЛВЛ-бруса выполняется в соответствии с требованиями СП 64.13330.2017 с изменениями, являющегося актуализированной редакцией СНиП II-25-80. Свод правил устанавливает методы расчета деревянных конструкций по предельным состояниям первой и второй групп с учетом характера и длительности действия нагрузок, условий эксплуатации и класса ответственности зданий.
Расчетные сопротивления и модификаторы
Расчетные сопротивления ЛВЛ-бруса принимаются на основании сертификационных испытаний материала по европейскому стандарту EN 14374 или национальному стандарту ГОСТ 33124-2014. Для конкретных марок ЛВЛ-бруса расчетные сопротивления указываются производителем в технических условиях и сертификатах соответствия.
При расчете конструкций расчетные сопротивления корректируются коэффициентами условий работы, учитывающими влажностный режим эксплуатации, длительность действия нагрузки и температурный режим. Для второго класса эксплуатации применяется коэффициент 0,9, для третьего класса — 0,85. Коэффициент длительности действия нагрузки составляет 0,66 для постоянных и длительных нагрузок, 1,0 для кратковременных нагрузок.
Расчет по первой группе предельных состояний
Расчет элементов на прочность при изгибе выполняется по условию, что максимальное нормальное напряжение в сечении не должно превышать расчетное сопротивление изгибу с учетом коэффициентов условий работы. Для балки перекрытия определяется расчетный изгибающий момент исходя из схемы загружения, геометрических параметров и расчетных нагрузок.
Расчет по второй группе предельных состояний
Расчет прогибов балок выполняется по формуле теории изгиба балок с учетом модуля упругости материала и момента инерции сечения. Прогиб не должен превышать предельно допустимых значений. Для перекрытий с обшивкой потолка гипсокартонными листами предельный прогиб принимается L/250, где L — пролет балки.
Проверка устойчивости сжатых элементов
Сжатые элементы конструкций — стойки каркаса, верхние пояса ферм — рассчитываются на устойчивость с учетом гибкости элемента. Коэффициент продольного изгиба определяется по таблицам СП 64.13330.2017 в зависимости от гибкости. Условие устойчивости проверяется с учетом коэффициента продольного изгиба.
Проектная документация на конструкции из ЛВЛ-бруса должна включать расчетное обоснование с проверкой несущей способности и деформативности всех элементов. Расчеты выполняются с применением программных комплексов конечно-элементного моделирования или аналитическими методами по СП 64.13330.2017. Обязательно указание марки применяемого ЛВЛ-бруса и расчетных сопротивлений согласно сертификату производителя.
