Балки двутавровые из дерева

Хвойные пиломатериалы являются отличным строительным материалом. Из доски/бруса можно сделать практически любой конструктивный элемент дома, или построить полностью деревянный коттедж. Пластичность и универсальность древесины позволяют инженерам придумывать инновационные нестандартные решения, которые открывают более широкие возможности. Одним из таких новшеств является сборная двутавровая балка.

Зачем нужны сборные материалы

Всем известно, что несущие способности деревянных элементов здания напрямую зависят от массивности их сечения. Чем больше планируется нагрузка, тем крупнее должен быть брус или доска. В некоторых случаях, ручные расчёты или калькуляторы показывают необходимость использования очень больших сечений. Из-за этого у застройщика возникает ряд проблем:

• Крупные пиломатериалы дорого стоят.
• Массивная доска/брус - много весят и перегружают несущие конструкции здания (стены, фундамент).
• Большого сечения пилопродукция, даже высушенная, склонна к прогибу под собственным весом, к растрескиванию, к короблению.
• Иногда бывает непросто купить подходящий пиломатериал ввиду разных причин.
• В массиве подобных изделий очень часто приходится сталкиваться с различными природными дефектами, что снижают прочностные характеристики продукции.
• Усложняются работы по прокладке скрытых коммуникаций.
• Снижается тепло- и звукоизоляция подсистем из-за большого содержания древесины и малого содержания изоляционных материалов в конкретной системе.

Во многом именно по экономическим причинам и соображениям практичности, люди начали экспериментировать над созданием крупных несущих элементов из мелких пиломатериалов. Например:

• Cкручивать стеновой брус из нескольких досок
• Делать высокий брус прямоугольного сечения из двух небольших брусков, установленных друг на друга кромками
• Создавать кровельные фермы из относительно тонкого бруска
• Собирать всевозможные тавровые контракции

Что такое двутавровая балка

Двутавр из стали или древесины используется в строительстве давно. Это – общепринятое сечение несущих элементов, которое по форме более всего соотносится с литерой «Н». Расчёты показывают, что подобная геометрия обеспечивает намного более высокую пространственную жёсткость, чем у изделий квадратного/прямоугольного сечения или, допустим, швеллера. 

Кстати, считается, название такого изделия происходит от латинского слова «taurus» - бык, то есть двурогий профиль. В некоторых европейских языках аналогичный материал называют «H-shaped» (Н-образные) или «double-T» (двойная Т). У нас есть аббревиатура БДК-1, что тоже значит «балка двутавровая».

Деревянные двутавры пришли к нам из северной Америки, где много строят по каркасным технологиям. Сейчас они активно завоёвывают позиции на постсоветском пространстве. И нужно сказать, совсем небезуспешно.

Конструкция и виды двутавровых деревянных балок

Любая двутавровая балка состоит из трёх элементов. Это комбинация, которую можно описать по формуле:

• Верхний пояс из бруса.
• Стенка (или стойка, переборка).
• Нижний пояс из бруса.

Элементы балки работают под нагрузкой вместе, но основной задачей поясов из бруса является обеспечение плоскостей для возможности удобного монтажа, обшивки, интеграции балки в конструкцию дома. А также пояса не дают изгибаться балке изгибаться по короткой оси, не дают балке скручиваться. Стенка же является ребром жёсткости, в основном обеспечивает стойкость изделия на прогиб по длинной оси, иными словами – основные несущие характеристики.

Пояса обычно выполняются из цельной сухой древесины, в подавляющем большинстве случаев в ход идёт брусок первого, иногда второго сорта. Существуют варианты с использованием бруска, клееного по технологии LVL – из шпона, как фанера. Но они пока являются редкостью в нашей стране. Номенклатура сечения брусков довольно разнообразна, начиная от изделий 40Х40 мм, до 40Х60 или 90Х40 мм. Причём производители при сборке балки могут по-разному ориентировать брусок в пространстве.

Стенка в основном выполняется из двух листовых материалов: Фанеры или OSB. Некоторые фирмы делают также интересные модели балок, где вместо деревосодержащих материалов применяется оцинкованный профлист.
Фанерная стенка выполняется, как правило, их полос берёзовой фанеры марки ФСФ, которая отличается прекрасной прочностью, влагостойкостью, упругостью. Толщина ребра жёсткости из фанеры обычно составляет 24-27 мм. При использовании ориентированно-стружечной плиты в качестве стойки в ход идёт OSB-3, что, как и фанера ФСФ, хорошо противостоит влажности, показывает достойные характеристики по прочности. Толщина переборок ОСП не такая большая, обычно составляет от 10 до 15 мм.

Высота переборки вместе с поясами в стандартном исполнении составляет 200-250 мм. Но также предприятия выпускают балки высотой до 400-450 мм. Чем выше изделие, чем большую изгибающую нагрузку оно может выдерживать. Более высокие балки двутавровые делать нет смысла (ввиду существенных потерь в объёме внутреннего пространства), лучше увеличить количество балок (уменьшить шаг – вместо 50 или 62,5 см до 40 см) или сделать меньше пролёты путём применения опорных элементов.  Как вариант, балки можно сдваивать по толщине, используя перфорированные пластины или резьбовые стяжки. 

Интересна технология сборки подобных балок. Выполняется она методом склеивания. На полосе фанеры предварительно нарезается двойной шип. Стойка при этом должна входить в пояса на 15-20 мм. Для взаимной фиксации стоек и поясов балки используется высокопрочный водостойкий и теплостойкий клей для дерева, типа «Клейберит». Процесс склеивания нередко происходит под давлением, с тщательным контролем выдержки заданных геотермических форм. Как правило, соединение выполняется в соответствие с положениями ГОСТ 19414-90.

Длина балок деревянных с сечением двутавр в стандартном заводском исполнении, обычно составляет от 4,5 до 6,5 метров. Но, конечно, заказать можно изделия 1-3 метра, или более длинные балки – в 8-9 и более метров. Кстати, при желании всегда можно на объекте разрезать длинную балку под любую кратность, это не сложно  сделать любым плотницким инструментом.

Как и любые другие пиломатериалы, балки из дерева обрабатываются антисептиками и огнезащитой. Изделия, предназначенные для комплектации опалубок, окрашиваются атмосферостойкой прочной краской, обеспечивающей большое количество циклов использования.

Достоинства создания и использования двутавровых деревянных балок

• Повышенные несущие характеристики. Удаётся перекрывать большие пролёты и уменьшать шаг расстановки.
• Точность и стабильность формы. Такие изделия меньше крутит, они не усыхаются, не растрескиваются, не разбухают. Нет проблем со скрипами, с появлением неплотностей, провисанием и т.п. отклонения от заявленных размеров – минимальны (порядка 0,5-1 мм по ширине, толщине и прямолинейности граней/кромок).
• Возможность получить нестандартные размеры пол любые условия. Большой выбор размеров стандартных.
• Небольшая масса, которая в среднем примерно вдвое меньше, чем у массивного цельного изделия с аналогичными несущими способностями.
• У сборных балок из бруса и фанеры/ОСП нет критичных дефектов, которые снижали бы прочность.
• Улучшенная огнестойкость и биостойкость полученных конструкций. 
• Уменьшенная материалоёмкость клееной балки.
• Высокая степень готовности, высокая скорость монтажа, можно монтировать круглый год. Используется обычный инструмент плотника, не нужны подъёмные краны. Не трудно выполнить черновую подшивку, так как не требуется установка черепных брусков.
• Удобно прокладывать коммуникации внутри конструкций, в том числе сквозь балки. Больше места для утеплителя/звукоизолятора, можно применить большой слой изоляции. Утеплитель отлично держится даже без черновой подшивки за счёт Т-образной формы.
• Возможно самостоятельное изготовление сборной Н-образной балки.
• Можно подшивать потолки и настилать полы непосредственно поверх таких балок. 
• Можно опирать на стену или монолитный пояс, можно крепить при помощи кронштейнов «держателей балок» (для этого предварительно между поясами около торцов нашиваются дополнительные пластины из ОСП или фанеры).
• Универсальность в применении.

Где применяют балки двутавровые из пиломатериалов

На самом деле, сфера использования подобных изделий очень широка, она ни в коем случае не ограничивается обычными межэтажными перекрытиями в деревянных коттеджах. Хотя это можно считать классикой жанра как для деревянных, так и каменных домов самых разных конструкций. Итак, где их можно применить:

• Создание межэтажных перекрытий.
• В качестве лаг пола.
• Как стропила скатной крыши, в качестве конька.
• Стены различных каркасных строений.
• Изготовление длинных перемычек над воротами, панорамными окнами,
• Для выполнения монолитных работ (ригели для выставления горизонтальной опалубки).
• Создание вертикальной опалубки, в том числе для реализации монолитных колон.