Деревянные конструкции по СНиП: современные тенденции и перспективы

В настоящее время наблюдается возрождение интереса к строительству из дерева. Этот традиционный для России материал обладает рядом уникальных свойств, которые делают его особенно перспективным в текущих экономических и экологических условиях.

Однако широкое применение деревянных конструкций требует тщательного подхода к их проектированию, которое должно опираться на современную нормативную базу.

Область применения норм СНиП

Нормы СНиП II-25-80 распространяются на проектирование деревянных конструкций новых и реконструируемых зданий и сооружений, а также на проектирование деревянных опор воздушных линий электропередачи. Нормы не применяются для гидротехнических сооружений, мостов, временных зданий и сооружений.

При проектировании деревянных конструкций должны учитываться требования по защите от увлажнения, биоповреждения, возгорания и агрессивных сред. Конструкции проверяются по несущей способности и деформациям.

Деревянные конструкции должны проектироваться с учетом заводского изготовления, транспортировки и монтажа. Обеспечение долговечности достигается конструктивными мерами и при необходимости дополнительной защитной обработкой.

В нормах приводятся допустимые условия применения деревянных конструкций в зависимости от температурно-влажностного режима эксплуатации. Даются рекомендации по выбору пород древесины, клеевых составов и стальных элементов.

Таким образом, СНиП II-25-80 устанавливает основные требования к проектированию и изготовлению деревянных конструкций для различных типов зданий и сооружений с целью обеспечения их надежности и долговечности при эксплуатации.

Требования к материалам для деревянных конструкций

Согласно СНиП II-25-80 для изготовления деревянных конструкций рекомендуется использовать преимущественно древесину хвойных пород - сосны, ели, лиственницы. Древесина должна соответствовать требованиям ГОСТ по сортности и механическим свойствам. Для ответственных деталей (нагелей, подушек) предпочтительны твердые лиственные породы.

Для клееных деревянных конструкций применяют синтетические клеи - резорциновые, фенольные, карбамидные в зависимости от условий эксплуатации. К примеру, для конструкций внутри отапливаемых помещений при влажности воздуха до 60% рекомендуются резорциновые или фенольно-резорциновые клеи.

Влажность древесины строго регламентируется в зависимости от условий эксплуатации конструкций и вида клеевого соединения. Для конструкций внутри отапливаемых зданий она не должна превышать 9-12%, на открытом воздухе - не более 15%.

Таким образом, СНиП устанавливает довольно жесткие требования к материалам для деревянных конструкций, позволяющие обеспечить необходимую долговечность и надежность. Правильный подбор породы древесины, влажности, клеевой композиции является залогом долгосрочной безопасной эксплуатации деревянных конструкций в различных условиях.

Рекомендуемые породы древесины

В соответствии с СНиП II-25-80 для деревянных конструкций рекомендуется использовать в основном хвойные породы древесины, обладающие высокой прочностью и стойкостью к гниению.

Наиболее предпочтительны сосна и ель. Их древесина характеризуется небольшой плотностью, хорошей обрабатываемостью, достаточной прочностью и сравнительно невысокой стоимостью. Кроме того, сосна и ель широко распространены на территории России, что обеспечивает стабильные поставки древесины.

Лиственница, несмотря на более высокую стоимость, также является хорошим материалом для деревянных конструкций благодаря повышенной прочности, стойкости к гниению и небольшой усушке. Особенно рекомендуется лиственница сибирская.

Из лиственных пород для деревянных конструкций пригодны дуб, ясень, бук. Они обладают повышенной твердостью, износостойкостью, поэтому могут использоваться для изготовления отдельных ответственных элементов - опорных частей, узлов, нагелей. Однако высокая плотность и стоимость лиственных пород ограничивают их широкое применение.

Таким образом, исходя из технико-экономических соображений, основу современного деревянного домостроения составляют хвойные породы - сосна, ель, лиственница. Лиственные породы используются локально в отдельных зонах конструкций, испытывающих повышенные нагрузки и износ.

Выбор клеевых составов для склеивания древесины

Для склеивания древесины в деревянных конструкциях применяются синтетические клеи на основе феноло-формальдегидных, карбамидо-формальдегидных, резорцино-формальдегидных и других смол. Выбор клея должен производиться в соответствии с СНиП II-25-80 с учетом условий эксплуатации конструкций.

Для конструкций внутри отапливаемых помещений при влажности воздуха до 60% рекомендуются резорциновые и фенольно-резорциновые клеи, обеспечивающие высокую водостойкость склеивания. При более высокой влажности применяются фенольные и карбамидные клеи.

В условиях переменной влажности и температуры (неотапливаемые помещения, открытый воздух) предпочтительны алкилрезорциновые и меламиновые клеи, сохраняющие прочность склеивания в диапазоне температур от -40 до +60°С. Они обладают повышенной водо- и термостойкостью по сравнению с фенольными клеями.

Для конструкций, контактирующих с грунтом или водой, выбор клеев ограничен из-за агрессивности среды. Здесь могут использоваться полиизоцианатные, эпоксидные и некоторые специальные клеи.

Таким образом, вид клеевого состава определяется в первую очередь условиями эксплуатации деревянных конструкций. Правильный подбор клея позволяет получить высокопрочные и долговечные клееные деревянные элементы.

Требования к влажности древесины в конструкциях

Влажность древесины оказывает значительное влияние на физико-механические характеристики материала, а значит, и на надежность деревянных конструкций. Поэтому СНиП II-25-80 регламентирует предельно допустимую влажность древесины в зависимости от условий эксплуатации.

Для конструкций внутри отапливаемых помещений при относительной влажности воздуха до 60% максимальная влажность древесины составляет 9% для клееных и 12% для неклееных конструкций. При более высокой относительной влажности допустимая влажность возрастает до 15%.

В неотапливаемых помещениях в нормальных условиях влажность древесины может достигать 12% для клееных и 20% для неклееных конструкций. При постоянной повышенной влажности более 75% эти значения увеличиваются до 15% и 25% соответственно.

На открытом воздухе в нормальных условиях предельная влажность составляет 12% и 20%, во влажных условиях - 15% и 25%. Для конструкций, контактирующих с грунтом или водой, влажность древесины не регламентируется.

Такие жесткие требования обусловлены тем, что повышенная влажность вызывает усушку, растрескивание, гниение древесины, снижает прочность клеевых соединений. Контроль влажности на всех этапах изготовления и эксплуатации является обязательным условием долговечности и надежности деревянных конструкций.

Защита деревянных конструкций от различных воздействий

Деревянные конструкции в процессе эксплуатации подвергаются воздействию различных неблагоприятных факторов - увлажнения, биоповреждений, агрессивных сред, пожара. Для обеспечения их долговечности СНиП II-25-80 предусматривает ряд мер защиты.

От увлажнения древесину защищают гидроизоляционными покрытиями, водоотводящими элементами, конструктивными решениями, препятствующими проникновению влаги. От биоповреждений - антисептической и антипиреновой обработкой.

В агрессивных средах применяют химически стойкие породы древесины, антикоррозионные покрытия, ограничивают использование стальных креплений. Для огнезащиты используются антипирены, негорючие облицовки, огнезащитные краски и пропитки.

Конструктивные методы защиты включают устройство компенсационных зазоров, вентилируемых прослоек, водоотводящих элементов, использование более стойких пород древесины в наиболее уязвимых зонах конструкций.

Таким образом, комплексная защита, учитывающая условия эксплуатации конструкций, позволяет существенно повысить их долговечность и надежность на протяжении всего жизненного цикла здания.

Особенности расчета деревянных конструкций

Расчет деревянных конструкций в соответствии с СНиП II-25-80 выполняется по двум группам предельных состояний - по несущей способности (прочности и устойчивости) и по пригодности к нормальной эксплуатации.

Учитываются характер нагрузки (постоянные, длительные, кратковременные), условия эксплуатации, возможные сочетания нагрузок. Для статического расчета используются расчетные сопротивления древесины, которые зависят от породы, сорта и влажности.

При расчете учитываются коэффициенты: условий работы (в зависимости от влажности и температуры), надежности по ответственности, длительного действия нагрузки, перехода от одной породы древесины к другой.

Особое внимание уделяется расчету на устойчивость элементов к упругим и пластическим деформациям, а также прочности клеевых соединений. Расчет ведется как в линейной постановке, так и с учетом физической нелинейности.

Таким образом, методика расчета деревянных конструкций в СНиП довольно полно учитывает специфику материала и особенности работы конструкций при различных воздействиях.

Расчетные характеристики материалов

Для расчета деревянных конструкций в СНиП II-25-80 приведены значения расчетных сопротивлений древесины различных пород. Они представлены по видам напряженно-деформированного состояния (изгиб, растяжение, сжатие, смятие) и сортам древесины.

Так, для древесины сосны, ели и лиственницы расчетные сопротивления изгибу составляют: 14-16 МПа для 1 сорта, 13-15 МПа для 2 сорта, 8,5-11 МПа для 3 сорта. Для других пород эти значения корректируются с учетом коэффициента перехода.

Приводятся также расчетные сопротивления растяжению, сжатию, смятию древесины вдоль и поперек волокон. Для фанеры используются характеристики по ГОСТ.

Все расчетные сопротивления корректируются с учетом коэффициентов: условий работы, от породы древесины, вида нагрузки и длительности ее действия, анизотропии материала.

Таким образом, приводимые в СНиП расчетные характеристики позволяют наиболее полно учесть свойства древесины и особенности работы элементов деревянных конструкций.

Коэффициенты условий работы деревянных конструкций

При проектировании деревянных конструкций необходимо учитывать условия их работы. Для этого в нормах СНиП введены коэффициенты условий работы, на которые следует умножать расчетные сопротивления материалов.

Коэффициент условий работы γm учитывает влияние температурно-влажностного режима эксплуатации конструкций. Его значения приведены в таблице 5 СНиП и зависят от зон влажности согласно таблице 1.

Для конструкций, эксплуатируемых при повышенных температурах, вводится коэффициент условий работы γt. При температуре до +50°С он равен 0,8, а при +35°С - 0,9. Для промежуточных температур определяется интерполяцией.

Если в элементе преобладают напряжения от постоянных и длительных нагрузок (более 80% суммы), то вводится коэффициент γc, равный 0,8.

Для конструкций, работающих под действием кратковременных нагрузок (ветер, монтаж, гололед), вводится коэффициент γf. Его значения приведены в таблице 6 СНиП.

Для сжатых и изгибаемых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 50 см по таблице 7 СНиП вводится коэффициент γk, учитывающий опасность потери устойчивости.

Таким образом, коэффициенты условий работы позволяют более точно учесть действительные условия работы деревянных конструкций и их элементов при расчете.

Перспективы применения деревянных конструкций

В настоящее время деревянные конструкции получают все большее распространение благодаря ряду преимуществ по сравнению с другими материалами.

К достоинствам деревянных конструкций можно отнести:

• Высокие показатели прочности при малой плотности;
• Хорошие теплоизоляционные свойства;
• Способность поглощать шумы и вибрацию;
• Пожаробезопасность (при соблюдении требований пропитки);
• Высокую технологичность, простоту монтажа и ремонта;
• Экологичность и способность создавать комфортные условия пребывания человека.

Благодаря этим качествам деревянные конструкции и изделия широко используются:

• В гражданском строительстве - при возведении малоэтажных жилых домов, коттеджей, беседок, а также элементов благоустройства;
• В промышленном строительстве - для несущих конструкций производственных цехов и складских помещений;
• Для изготовления опор линий электропередач;
• В транспортном строительстве - при сооружении мостов;
• В сельском хозяйстве - для изготовления силосных башен, навесов, теплиц.

Перспективность применения деревянных конструкций обусловлена следующими факторами:

• Ужесточение требований к экологичности строительства и энергоэффективности зданий;
• Удорожание традиционных строительных материалов (бетон, кирпич, сталь);
• Совершенствование технологий производства клееных деревянных конструкций;
• Возможность заводского изготовления изделий и укрупнительной сборки;
• Повышение требований пожарной безопасности к строительным материалам.

Основные направления развития деревянного домостроения:

• Увеличение доли малоэтажных жилых домов из древесины;
• Применение деревянных конструкций в многоэтажном домостроении;
• Использование деревянных каркасных технологий при возведении крупных общественных зданий.
• Комбинирование деревянных конструкций с другими материалами.

Таким образом, деревянные конструкции имеют большие перспективы применения в различных областях строительства. Их доля в общем объеме будет возрастать за счет совершенствования технологий производства и монтажа, разработки новых конструктивных решений, отвечающих современным архитектурным требованиям и нормам.

Исходя из анализа норм проектирования деревянных конструкций СНиП, можно сделать следующие выводы:

• Деревянные конструкции регулируются комплексом требований, направленных на обеспечение их надежности, долговечности и безопасности.
• Для изготовления конструкций применяются высококачественная древесина хвойных и твердых лиственных пород, прошедшая сортировку по прочностным характеристикам и содержанию дефектов.
• Влажность древесины строго регламентируется в зависимости от условий эксплуатации конструкций для предотвращения порчи и потери свойств.
• Широко применяются современные клеевые композиции для повышения прочности и надежности конструкций.
• Расчет конструкций ведется с использованием коэффициентов, учитывающих реальные условия их работы, что повышает точность и надежность.
• Предусматривается комплекс мер защиты от биоповреждений, увлажнения, возгорания для обеспечения долговечности конструкций.
• Конструктивные решения должны обеспечивать надежность и долговечность конструкций с учетом особенностей древесины.

Нормы СНиП позволяют учесть специфику деревянных конструкций и наиболее полно реализовать их преимущества по сравнению с другими материалами.

Соблюдение всех требований СНиП при проектировании и изготовлении гарантирует высокое качество и надежность деревянных конструкций в течение длительного срока эксплуатации.