Применение клееных деревянных балок в современном строительстве

Министерство образования Республики Беларусь.

Белорусский  Национальный  Технический  Университет

Кафедра ”Организация строительства и управление недвижимостью”

 

 

 

 

 

 

 

 

Доклад

 

по теме:

применение клееных  деревянных балок в современном строительстве

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель: студент

 

Руководитель: преподаватель

 

 

 

 

 

Минск 2012 г.

Введение:

 

Деревянные балки, применяемые  в современном строительстве

 В современном строительстве применяются балки, склеенные из досок, уложенных плашмя (дощатоклееные балки), и балки с дощатыми поясами и фанерной стенкой (клеефанерные балки). Дощатоклееные балки изготовляют постоянного и переменного сечения пролетом от 10 до 30 и даже до 40 м. Применяют также балки криволинейного очертания. Из клеефанерных балок наиболее индустриальными оказались балки с волнистой фанерной стенкой, применяемые для пролетов до 14—17 м.

 

Оценка экономической эффективности  применения деревянных балок

в малоэтажном и индивидуальном строительстве

 Оценку итоговых расходов на устройство пола первого этажа рассмотрим на примере выбранного дома общей площадью 167м2. Площадь пола первого этажа – 88,9м2, площадь межэтажных перекрытий - 78,1м2. Сравнительную оценку выполняли, учитывая:

-материал несущей конструкции с учётом комплектующих;

-материал теплоизоляции пола;

-материал для выравнивания пола под последующую укладку финишных покрытий, паркетная доска, ламинат, напольная керамическая плитка и т.п.;

   Сразу приведу результаты полученных расчетов.

   Затраты  на устройство пола первого  этажа в варианте применения сборного железобетона составили:

88,9 * 3876,00 = 344 576,40 рублей. (94%)

   Затраты на устройство пола первого этажа в варианте применения монолитного железобетона составили

88,9 * 4 129,70 = 367 130,00 рублей. (100%)

   Затраты на устройство пола первого этажа в варианте пола по утрамбованному грунту

88,9 * 3 095,05 = 275 150,00 рублей. (75%)

   Затраты на устройство пола первого этажа в варианте применения деревянного бруса составят

88,9 * 2 382,46 = 211 800,70 рублей. (58%)

   Затраты на устройство пола первого этажа в варианте применения биопозитивных двутавровых балок составят

88,9 * 2 106,06 = 187 228,72 рублей. (51%)

   Затраты на устройство пола первого этажа в варианте применения балок из LVL бруса составят

88,9 * 1 909,04 = 169 713,66 рублей. (46%)

 

   Внедрение клееных деревянных конструкций определяется целым рядом факторов. Важны здесь не только качество и долговечность конструкций, но и объективный подход к оценке областей и форм эффективного их использования. При этом наряду с оценкой материалоемкости и трудоемкости заводского производства следует учитывать транспортные, монтажные и эксплуатационные расходы. Технико-экономический эффект применения клееной древесины обеспечивается главным образом возможностью использования довольно высокого конструктивного качества материала. Прочность и легкость клееных элементов - это те качества, которые позволяют значительно уменьшить вес сооружений (вес конструкций в 4- 5 раз меньше веса аналогичных железобетонных конструкций), удешевить и ускорить строительство (на 40 - 50% снижается трудоемкость строительства, на 40% сокращаются транспортные расходы, на 15 - 20% снижается стоимость строительства), снизить материалоемкость строительства, что является одним из основных резервов повышения эффективности капитальных вложений, интенсификации строительно-монтажных работ, повышения качества строительства.

 

  Прогресс в развитии современных деревянных (прежде всего клееных) конструкций проявляется в следующем:

--повышении качества и производительности труда за счет заводского изготовления конструкций и использования сборных элементов на монтаже;

стандартизации  конструкций, требований к ним и  методики оценки их качества;

--унификации, позволяющей использовать одни и те же изделия, элементы и детали, а также одинаковые технологические процессы для получения более широкой номенклатуры конструкций;

--использовании элементов большой длины и большого поперечного сечения (существенно превышающих размеры стандартных лесоматериалов); это позволяет перекрывать пролеты значительной величины (до 80—100 м) конструкциями сравнительно небольшой массы;

--внедрении конструкций на основе листовых материалов и использовании конструкций рациональных форм и сечений;

--применении в сочетании с древесиной других конструкционных материалов (металлов, пластмасс);

--увеличении надежности, огнестойкости и долговечности конструкций за счет усовершенствования технологии и методов контроля, а также за счет

повышения био- и огнестойкости древесины;

--рациональном использовании отходов лесоматериалов и низкосортной древесины;

--дальнейшем совершенствовании неклееных конструкций из брусьев и досок (технология изготовления стыков).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛВЛ-брус (или брус LVL) (от англ. LVL - Laminated Veneer Lumber) — конструкционный материал (известен также как брус из клееного шпона), изготовленный по технологии склейки нескольких слоев лущеного шпона хвойных пород (сосна, ель, лиственница) толщиной порядка 3 мм, причем волокна древесины смежных слоев располагаются параллельно, что отличает ЛВЛ от фанеры. Выпускается в виде брусьев (балок) и плит широкого размерного ряда. Легко обрабатывается и в процессе производства, и на строительной площадке.

 

LVL был разработан  в 1935 году в лаборатории Федерального  Лесничества США. Массовое коммерческое производство ЛВЛ-материалов было начато в США в 60-е годы прошлого столетия корпорацией TrustJoist (ныне I-Level, несколько лет назад ставшей подразделением крупнейшего мирового деревопереработчика, компании Вайерхаузер (Weyerhaeuser), США).

 

Применение

Благодаря своей  однородной структуре брус LVL обладает высокой прочностью при горизонтальной нагрузке. В силу чего основное применение балок LVL - это несущие элементы каркаса. На основе опыта в Северной Америке  наиболее популярно использование LVL в качестве коньковых балок, стропильных ног, балок межэтажных перекрытий. Также, благодаря тому что длина балки технологически не ограничена, LVL используется для создания больших пролетов (18-24 м) и объемов.

Спортивные  сооружения: бассейны, стадионы, спортивные комплексы, физкультурно-оздоровительные комплексы, хоккейные площадки, теннисные корты, конюшни и конные манежи;

Сооружения  культурно-развлекательного направления  и общественного питания: аквапарки, зимние сады, кино и концертные залы, торговоразвлевкательные центры, кафе, рестораны, бары;

Сельскохозяйственные  и промышленные сооружения: коровники, свинарники, птичники, оранжереи и теплицы, зернохранилища, склады и складские комплексы, ангары, производственные цеха;

Жилые сооружения и их части: фахверковые дома, каркасные дома, мансарды, стропильные системы, перекрытия, купола, зенитные фонари, системы остекления фасадов.

Элементы  инфраструктуры: причалы, понтоны, мосты и пешеходные

Применяется для  конструкций в агрессивных средах (сельскохозяйственные здания, склады химически активных элементов), и в помещениях с повышенной влажностью (бассейны), так как обладает большей устойчивостью чем массив древесины. Балки и плиты LVL также можно использовать в системах силовой опалубки. В России производство ЛВЛ запущено в апреле 2009 года на заводе «Талион Терра» в Тверской области в г. Торжок . Это инновационный, уникальный проект , направленный на обновление деревоперерабатывающей отрасли России. «Талион Терра» – самый крупный завод по производству ЛВЛ в Европе с производительностью – 150 тыс. м3 в год. Основными потребителями ЛВЛ являются США, Европа, Россия. Второй завод по производству ЛВЛ в России - ЛВЛ Югра – находится г. Нягань.

ПРЕИМУЩЕСТВА:

ПРОЧНОСТЬ: высокие параметры прочности, отлично подходит для несущих конструкций.

РАСЧЕТ  РАЗМЕРОВ: легко оптимизировать, благодаря широкому ассортименту размеров.

ПРЯМИЗНА: сохраняет точные размеры, не скручивается и не искривляется.

УДОБНЫЙ МАТЕРИАЛ: красивый, шумозаглушающий, огнестойкий.

ЛЕГКО ИСПОЛЬЗОВАТЬ НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ: легок по весу, легко обрабатывать.

БЕЗОПАСНОСТЬ  ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ: лес заготовлен согласно общеевропейскому стандарту сертификации лесов (PEFC).

LVL-балки

                                          

 

 

 

 

 

 

Балки перекрытий

 

Балка фанеро-деревянная

 

ДВУТАВРОВАЯ БАЛКА LVL ДЛЯ ОПАЛУБКИ МЕЖЭТАЖНЫХ ПЕРЕКРЫТИЙ (изготовлена  из бруса LVL)  h=200

 Двутавровая балка LVL представляет собой двутавровую клееную конструкцию, изготовленную на основе нового продукта LVL (laminated veneer lumber). LVL - материал, произведенный на основе клееного шпона хвойных пород древесины с продольным направлением волокон во всех слоях шпона. При производстве LVL используется водостойкий фенольный клей на основе формальдегидной смолы. Клеевое соединение устойчиво к воздействиям окружающей среды и кипячению в воде. Показатели прочности склейки соответствуют международным стандартам BFU 100 в соответствии с DIN 68705-3. Влажность 9-10%. Плотность 550 кг/куб. м.

    Использование бруса LVL позволяет добиться исключительных параметров двутавровой балки LVL. Балку LVL отличает высокая долговечность и прочность, повышенная влагостойкость, малый вес при высокой несущей способности, высокая формоустойчивость при длительной эксплуатации, огнестойкость, устойчивость к значительным перепадам температур, возможность изготовления двутавровой балки любых размеров, безопасность применения и экологичность. Это делает балку незаменимым конструкционным материалом, широко применяемым в монолитном строительстве и домостроении.

 

 

Технические характеристики балки LVL:

длинна – 1,45; 2,65; 3,00; 3,30; 3,60; 3,90; 4,20; 4,50; 4,90; 6,00 м (возможно изготовление балок другой длины  до 18 м);

высота – 160, 200, 240 мм (возможно изготовление балок  другой высоты);

ширина полки  – 80 мм (возможно изготовление балок другой ширины);

толщина полки  – 40 мм;

толщина стойки – 32 мм;

ширина плеча  полки – 24 мм;

глубина врезки зуба – 12 мм;

сопротивление изгибу 429,0 кН•м2;

допустимый  изгибающий момент М = 5,0 кН•м;

допустимая  поперечная сила Q =11,0 кН.

*Параметры могут  изменяться в зависимости от  высоты балки

 

Существуют 2 типа двутавровой балки LVL:

TOP - двутавровая  балка, полки и середина которой  произведены из LVL, вес- 5,75 кг/м;

OPTI - двутавровая  балка, полки которой произведены  из елового бруса, а середина - из LVL, вес- 4,65 кг/м.

Технико-экономические характеристики балки LVL:

-высокая прочность и долговечность;

-применение балки с ее большой несущей способностью значительно снижает количество опор перекрытия, что сокращает количество частей для монтажа и демонтажа опалубки в результате чего уменьшаются затраты рабочего времени и повышается рентабельность;

-возможна поставка балки с пластиковыми наконечниками, что предохраняет -её от повреждений при ударах и падении;

-стабильность геометрических размеров;

-постоянные физико-механические характеристики по всей длине балки;

-повышенная прочность при динамических и статических нагрузках;

-использование LVL защищает балку от растрескивания при ударах и забивании гвоздей;

-повышенная влагостойкость;

-высокая формоустойчивость при длительной эксплуатации;

-малый вес при высокой несущей способности;

-экологичность.

 

 

Зарубежный  опыт применения двутавровых деревянных балок

 

  В настоящее время строительные зарубежные компании для сооружения перекрытий, в стропильных системах, в вертикальных несущих конструкциях широко используют двутавровые балки вместо балок из цельной древесины. Широкие и длинные пиломатериалы дороги и дефицитны. Поэтому они заменяются недорогими конструкциями, в которых LVL или пиломатериалы используются в качестве поясов, а OSB (древесностружечные плиты с ориентированной стружкой) или фанера – в качестве стенок. В результате получается продукт с более высокими показателями качества, чем из мерных пиломатериалов. Более того, при окончательной установке на место цена двутавровых деревянных балок соизмерима с ценой

пиломатериалов: двутавровых  деревянных балок требуется меньше, чем мерных пиломатериалов, из-за их большей перекрывающей способности. С помощью двутавровых балок также решаются такие проблемы, как скрипящие полы или отошедшие гвозди в перекрытиях.

    Концепция двутавровой деревянной балки была разработана в начале

1960-х годов независимыми  предпринимателями в Северной  Америке. Однако их коммерческое  применение не развивалось по ряду причин. Стенки первых балок были выполнены из хвойной фанеры, поэтому их применение было ограничено тем, что максимально возможная длина фанеры составляла преимущественно 2,5 м. Данная проблема была разрешена практически полным принятием OSB для использования в качестве стенок балок.

  Первоначально пояса  балок выполнялись из обработанных  пиломатериалов.

Но пиломатериалы с  величинами длины, необходимыми для  изготовления соответствующей экономичной  двутавровой балки (пригодной к  использованию в жилищном строительстве), было довольно трудно приобрести. Даже пиломатериалы с клеевым шиповым соединением (не очень распространённым на момент начала использования двутавровых балок) имели такие дефекты, как деформации, продольное и поперечное коробление, обзол и иные дефекты, часто встречающиеся в пиломатериалах большой длины. Более того, оказалась трудноразрешимой проблема создания шипового соединения (в месте вставки стенки в пояс). Мелкие кустарные производители не обладали ни финансовыми возможностями, ни техническими ресурсами для разрешения данных проблем, а также для измерения величин показателей прочности и несущей способности, необходимых для подтверждения соответствия нормативным требованиям. Проблема была решена при переходе на использование LVL в качестве поясов в двутавровых деревянных балках.

  Первая коммерчески  успешная двутавровая деревянная  балка была анонсирована компанией TrusJoist Industries. Компания TJ широко разрекламировала использование двутавровых деревянных балок потребителем для сооружения “беззвучных полов”, обещая исключение возможности возникновения скрипа и прогибания полов, характерных при использовании балок из пиломатериалов. Данная концепция оказалась очень привлекательной для потребителей и поэтому быстро стала популярной.

  Экономия расходов  при использовании двутавровых  деревянных балок с полками  из LVL вместо полок из пиломатериалов  была проиллюстрирована в специальном  техническом отчёте. В то время  как пиломатериалы с размерами  5х25 см обычно располагаются с шагом 40 см, двутавровые деревянные балки с поясами из LVL размерами 4х4 см, стенками из OSB толщиной 1 см и высотой 24 см в конструкциях ряда экспериментальных домов располагались с шагом 50 см. При большей толщине чёрного пола или покрытия элементы конструкции можно располагать ещё дальше друг от друга. В данном примере для сооружения обычного и сопоставимого с другими перекрытия размерами 10x15 м потребовалось бы 98 деревянных балок длиной 5 м и 200 соединительных элементов. Конструкцию такого же перекрытия можно было бы выполнить из 32 двутавровых деревянных балок без соединительных элементов, что в данном случае сэкономило бы 200-300 долл. США на монтажных работах. Таким образом, использование двутавровых деревянных балок экономит средства потребителей и улучшает конструкцию дома.