МІЦНІСТЬ КЛЕЄНОГО БРУСА GL24H ПРОТИ GL30H

Клеєний брус, або Glued Laminated Timber (Glulam), є інженерним дерев’яним продуктом, що складається з декількох шарів дерев’яних ламелей, склеєних разом за допомогою міцних, водостійких клейових систем під тиском. Цей процес дозволяє створювати елементи значних розмірів та високої міцності, що недосяжно для суцільного бруса. Класифікація Glulam відбувається за класами міцності, які визначають його несучу здатність та деформаційні характеристики. Основними стандартами, що регулюють виробництво та застосування клеєного бруса в Європі, включно з Україною, є серія EN 14080 ‘Дерев’яні конструкції. Клеєна багатошарова деревина та клеєний брус. Вимоги’ та ДСТУ EN 14080:2019.

Два найпоширеніші класи міцності для несучих конструкцій — це GL24h та GL30h. Літера ‘G’ позначає Glulam, ‘L’ – laminated, число після ‘L’ (24 або 30) вказує на мінімальну характеристичну міцність на вигин (f_m,k) у мегапаскалях (МПа). Суфікс ‘h’ (homogeneous) означає, що всі ламелі у брусі мають однаковий клас міцності (однорідний Glulam), на відміну від ‘c’ (combined), де використовуються ламелі різної міцності. Ці класи міцності визначають, яку максимальну напругу може витримувати матеріал без руйнування, що є критичним при проєктуванні.

Згідно з EN 14080, клеєний брус виготовляється з пиломатеріалів, які пройшли ретельний відбір та сушіння до оптимальної вологості (зазвичай 10 ± 2%). Це забезпечує стабільність розмірів та запобігає деформаціям. Технологія склеювання також має відповідати суворим вимогам, щоб забезпечити надійне та довговічне з’єднання між ламелями. Використання клею класу D4 за EN 204 гарантує водостійкість і стійкість до агресивних середовищ, що є важливим для конструкцій, які експлуатуються в умовах змінної вологості або на відкритому повітрі. Контроль якості на виробництві включає регулярні випробування міцності зразків, що підтверджує відповідність продукції заявленим класам. Ці аспекти роблять клеєний брус надійним та передбачуваним матеріалом для широкого спектра будівельних проєктів.

Для забезпечення відповідності українським будівельним нормам, проєкти з використанням клеєного бруса повинні базуватися на актуальних ДБН та європейських стандартах, імплементованих як національні, таких як ДСТУ EN 14080:2019. Це гарантує, що всі розрахунки та застосування матеріалу відповідають чинним вимогам безпеки та експлуатаційної надійності. Важливо, щоб постачальники надавали відповідні сертифікати якості та відповідності продукції, які підтверджують клас міцності та інші технічні характеристики. Відсутність належної сертифікації може призвести до непередбачуваних ризиків у довгостроковій перспективі. Таким чином, ретельний підхід до вибору та контролю якості матеріалів є запорукою успіху будь-якого проєкту з використанням клеєного бруса.

При проєктуванні конструкцій з клеєного бруса, особливо для елементів, що працюють на вигин, таких як балки перекриття, важливе значення має врахування не тільки характеристичної міцності на вигин, але й інших механічних властивостей, таких як модуль пружності (E), міцність на стиск (f_c,k) та міцність на зсув (f_v,k). Ці параметри дозволяють інженерам точно розрахувати деформації та несучу здатність конструкції під дією різних навантажень, що забезпечує оптимізацію використання матеріалу та мінімізацію ризиків. Вибір між GL24h та GL30h, як ми побачимо далі, базується саме на потребі у різних рівнях цих механічних властивостей, що визначається конкретними умовами експлуатації та архітектурними вимогами проєкту. Для більш детальної інформації про технології будівництва з клеєного бруса, ви можете відвідати сторінку будинки з клеєного бруса.

Ключова відмінність між GL24h та GL30h полягає у їхніх механічних властивостях, які безпосередньо впливають на несучу здатність та жорсткість конструктивних елементів. Характеристичні значення цих властивостей визначаються відповідно до стандарту ДСТУ EN 14080:2019. Нижче наведено порівняльну таблицю ключових показників для однорідного клеєного бруса (h):

Як видно з таблиці, GL30h демонструє вищі значення практично за всіма основними показниками міцності та жорсткості. Зокрема, міцність на вигин у GL30h на 25% вища, ніж у GL24h (30 МПа проти 24 МПа). Це означає, що елементи з GL30h можуть витримувати більші вигинальні навантаження або мати більші прольоти при однакових перерізах. Модуль пружності (E_0,mean), який характеризує жорсткість матеріалу, також вищий у GL30h (12500 МПа проти 11500 МПа). Це важливо для мінімізації прогинів, особливо для довгомірних елементів, таких як балки перекриттів або кроквяні системи. Менший прогин забезпечує кращу експлуатаційну придатність конструкції та комфорт для користувачів, запобігаючи вібраціям та візуальним деформаціям.

Міцність на стиск паралельно волокнам (f_c,0,k) у GL30h становить 28 МПа проти 24 МПа у GL24h. Цей показник є ключовим для колон, стійок та інших елементів, що працюють на осьовий стиск. Міцність на зсув (f_v,k) також вища у GL30h (3,5 МПа проти 2,8 МПа), що є важливим для розрахунку вузлів з’єднання та елементів, що піддаються поперечним силам. Вища щільність GL30h (400 кг/м³ проти 380 кг/м³) також є індикатором більш щільної структури деревини, що сприяє кращим механічним властивостям. Всі ці фактори необхідно враховувати при проєктуванні, щоб оптимізувати розміри елементів та забезпечити необхідний запас міцності. Вибір класу міцності безпосередньо впливає на можливості архітектурних рішень та економічну доцільність проекту.

Для проєктів, що вимагають великих прольотів без проміжних опор або працюють під значними динамічними навантаженнями, GL30h є кращим вибором завдяки своїм підвищеним характеристикам. Однак, для типових житлових та комерційних будівель зі стандартними прольотами, GL24h часто є достатнім і більш економічно вигідним рішенням. Розрахунок несучої здатності та прогинів виконується з урахуванням цих характеристичних значень, застосовуючи часткові коефіцієнти надійності для матеріалів та навантажень згідно з Єврокодами (EN 1995-1-1 ‘Єврокод 5: Проєктування дерев’яних конструкцій’). Правильний вибір класу міцності дозволяє не тільки забезпечити безпеку, а й оптимізувати використання матеріалу, що впливає на загальну вартість та терміни будівництва.

Клеєний брус класу GL24h є найбільш поширеним та економічно вигідним вибором для багатьох будівельних проєктів в Україні. Його механічні властивості ідеально підходять для типових житлових будівель, невеликих комерційних об’єктів та об’єктів сільськогосподарського призначення, де прольоти та навантаження відповідають стандартним значенням. GL24h успішно застосовується для створення кроквяних систем, несучих балок перекриттів (як міжповерхових, так і горищних), колон, а також елементів стінових конструкцій.

Типові прольоти для балок перекриттів з GL24h у житлових будинках коливаються в межах 4-8 метрів, залежно від кроку балок, величини навантаження (власна вага конструкції, корисне навантаження від людей та меблів, снігове навантаження для дахів) та допустимого прогину. Наприклад, для міжповерхового перекриття житлового будинку з корисним навантаженням 2.0 кН/м² та кроком балок 600 мм, балка перерізом 100×200 мм з GL24h може забезпечити проліт до 6 метрів з дотриманням нормативних вимог щодо прогинів (зазвичай L/250 або L/300, де L — проліт). Важливо зазначити, що для розрахунків необхідно використовувати методи, викладені у ДБН В.2.6-161:2017 ‘Дерев’яні конструкції. Основні положення’, який гармонізовано з Єврокодом 5.

В Україні, з її помірно-континентальним кліматом, клеєний брус GL24h демонструє відмінні експлуатаційні характеристики. Матеріал стійкий до температурних коливань та відносної вологості повітря, якщо забезпечено належний захист від прямого впливу атмосферних опадів та ультрафіолетового випромінювання. Для відкритих конструкцій, таких як навіси або перголи, необхідно застосовувати додаткову обробку антисептиками та лазурями, а також враховувати клас експлуатації згідно з ДСТУ EN 1995-1-1. Наприклад, для внутрішніх приміщень застосовується клас експлуатації 1, для захищених від прямої дії опадів зовнішніх конструкцій – клас 2, для повністю відкритих – клас 3.

Щодо економічної доцільності, GL24h є привабливим завдяки оптимальному співвідношенню ціни та міцності для більшості стандартних застосувань. Використання цього класу дозволяє уникнути надмірного запасу міцності, що знижує вартість матеріалу та, відповідно, загальний кошторис проєкту. Також, його менша вага порівняно з металевими або залізобетонними балками спрощує монтаж та знижує навантаження на фундамент, що також може привести до економії. Приклади таких конструкцій часто зустрічаються у каркасних будинках, будинках із клеєного бруса, а також при реновації старих будівель. Важливо забезпечити професійне проєктування та монтаж, щоб повністю реалізувати потенціал GL24h. Зверніть увагу на наші комплекти будинків з клеєного бруса, де ми використовуємо оптимальні класи міцності для кожного елемента.

Клеєний брус класу GL30h є матеріалом вибору для будівельних проєктів, де висуваються підвищені вимоги до несучої здатності, жорсткості та архітектурної виразності, або коли необхідно перекривати значні прольоти без проміжних опор. Це типово для великих комерційних, промислових та громадських будівель, таких як спортивні зали, басейни, виставкові центри, виробничі цехи, а також для мостових конструкцій та елементів, що працюють під значними динамічними навантаженнями.

Однією з ключових переваг GL30h є його здатність долати прольоти до 18-30 метрів і більше, зберігаючи при цьому відносно невеликий переріз елемента та мінімальні прогини. Це дозволяє створювати просторі інтер’єри, відкриті планування та архітектурно привабливі конструкції, де дерев’яні балки виступають як самостійний естетичний елемент. Наприклад, для перекриття спортивного залу з прольотом 15 метрів, балка з GL30h перерізом 200×600 мм може бути достатньою, тоді як для GL24h знадобився б більший переріз або додаткові опори, що збільшило б вартість та складність проєкту.

Вища міцність на вигин (30 МПа) та модуль пружності (12500 МПа) GL30h дозволяють не тільки витримувати більші постійні та тимчасові навантаження, але й забезпечувати кращу стійкість до вібрацій. Це особливо важливо для перекриттів, де комфорт користувачів безпосередньо залежить від жорсткості конструкції. Застосування GL30h також виправдане у регіонах з високими сніговими навантаженнями (наприклад, у Карпатах, де снігове навантаження може досягати 2.4 кН/м² і більше) або у конструкціях з великим кутом нахилу даху, де вітрове навантаження може бути значним.

Окрім міцнісних характеристик, GL30h має покращену вогнестійкість порівняно зі звичайним брусом. Завдяки значному перерізу та повільному обвуглюванню, великі елементи з клеєного бруса можуть зберігати несучу здатність протягом тривалого часу під час пожежі, що відповідає вимогам стандартів EN 13501-2. Це робить його придатним для громадських будівель, де потрібен високий рівень пожежної безпеки. Хоча вартість GL30h вища за GL24h, у проєктах з великими прольотами та високими навантаженнями його застосування може бути економічно виправданим завдяки зменшенню кількості опор, оптимізації транспортних витрат та скороченню термінів монтажу, а також довговічності та мінімальних експлуатаційних витрат. Наші проекти з використанням клеєного бруса часто передбачають GL30h для ключових несучих елементів.

Проєктування перекриттів є одним з найбільш відповідальних етапів будівництва, оскільки вони несуть не тільки власну вагу, а й корисні навантаження від людей, меблів, обладнання, а також забезпечують жорсткість просторової структури будівлі. Вибір класу міцності клеєного бруса (GL24h або GL30h) для балок перекриття залежить від низки факторів, включаючи величину прольоту, інтенсивність навантажень, крок балок, допустимі прогини та естетичні вимоги.

Основні етапи розрахунку перекриття з клеєного бруса включають:

1. **Збір навантажень:** Визначення постійних (власна вага балок, покриття підлоги, оздоблення стелі) та тимчасових навантажень (корисне навантаження згідно з ДБН В.1.2-12:2008 ‘Навантаження і впливи’). Наприклад, для житлових приміщень нормативне корисне навантаження становить 1.5-2.0 кН/м², для офісів – 2.0-3.0 кН/м², для спортивних залів – до 5.0 кН/м².
2. **Визначення розрахункової схеми:** Залежно від типу кріплення балок (шарнірне, жорстке, консольне) та наявності проміжних опор.
3. **Підбір перерізу за міцністю:** Перевірка балок на міцність на вигин та зсув. Формула для максимальної напруги на вигин: σ_m,max = M_max / W_y ≤ f_m,d, де M_max — максимальний вигинальний момент, W_y — момент опору перерізу, f_m,d — розрахункова міцність на вигин.
4. **Перевірка за деформаціями (прогинами):** Розрахунок прогинів та їх порівняння з допустимими значеннями згідно з ДБН. Для житлових будівель, як правило, допустимий прогин становить L/250 або L/300. Формула для прогину: w = (5 * q * L^4) / (384 * E * I), де q — рівномірно розподілене навантаження, L — проліт, E — модуль пружності, I — момент інерції перерізу.

Модуль пружності (E) є критично важливим для контролю прогинів. Саме тут переваги GL30h з його E_0,mean = 12500 МПа стають очевидними для великих прольотів. Припустимо, ми проєктуємо перекриття з прольотом 9 метрів і корисним навантаженням 2.5 кН/м². Використання GL30h дозволить досягти необхідної жорсткості та мінімізувати прогини з меншим перерізом, ніж GL24h. Це також важливо для шумоізоляції, адже більш жорстка конструкція менше вібрує і передає звук.

Для балок перекриття великих прольотів (понад 8-10 метрів), особливо у громадських будівлях, GL30h є обґрунтованим вибором. У цьому випадку, навіть якщо GL24h може задовольнити вимоги по міцності, він часто не відповідає вимогам по допустимому прогину без значного збільшення перерізу, що може бути неестетичним або економічно невигідним. Також варто враховувати динамічні навантаження, які можуть викликати вібрації. GL30h, завдяки своїй вищій жорсткості, краще справляється з такими впливами, забезпечуючи більший комфорт експлуатації. Ретельний інженерний розрахунок, що враховує всі ці аспекти, є запорукою надійності та довговічності конструкції перекриття.

Вибір між GL24h та GL30h часто зводиться до балансу між технічними вимогами та економічною доцільністю. Хоча GL30h пропонує вищі механічні характеристики, його вартість, як правило, на 10-25% вища за GL24h за одиницю об’єму (м³). Тому простий вибір ‘міцніше — значить краще’ не завжди є оптимальним.

З точки зору матеріальних витрат, для коротких та середніх прольотів (до 8 метрів), де навантаження є стандартними, GL24h зазвичай виявляється більш економічно вигідним. Інженери можуть оптимізувати переріз балок або їх крок, щоб відповідати вимогам міцності та жорсткості, використовуючи менш дорогий матеріал. Наприклад, замість однієї балки GL30h великого перерізу можна використати дві балки GL24h меншого перерізу з меншим кроком, що може виявитися дешевше за загальним обсягом матеріалу.

Однак, при великих прольотах (понад 10 метрів) або значних навантаженнях, ситуація змінюється. Для таких умов, використання GL24h може вимагати значного збільшення перерізу балок, що призведе до зростання об’єму матеріалу, збільшення ваги конструкції, а також може створити архітектурні обмеження (масивні балки, що виступають). У цьому випадку, інвестиція у GL30h, який дозволяє використовувати менші перерізи, стає виправданою. Менший переріз GL30h може зменшити загальний об’єм деревини, транспортні витрати, спростити монтаж та дозволити більш естетичні та функціональні архітектурні рішення. Це відображається у концепції Total Cost of Ownership (TCO), де враховуються не тільки початкові витрати на матеріал, а й витрати на транспортування, монтаж, а також експлуатаційні витрати протягом життєвого циклу будівлі.

Наприклад, для об’єкта зі складним прольотом у 12 метрів, GL30h дозволить застосувати балки перерізом 160×500 мм, тоді як GL24h вимагав би балок 200×650 мм. У цьому випадку, об’єм GL30h буде меншим, що компенсує його вищу вартість за кубометр. Додатково, менший переріз дозволяє збільшити висоту стелі або зменшити загальну висоту будівлі, що також може мати економічні переваги (менший об’єм фасадної та покрівельної системи). Звісно, на остаточний вибір впливають і такі фактори, як наявність матеріалу на ринку України, логістика та терміни постачання. Завжди рекомендується проводити детальний техніко-економічний розрахунок для кожного конкретного проєкту, щоб знайти оптимальне рішення. Для консультацій щодо проєктування та вибору матеріалів, ви можете звернутись до наших фахівців через сайт КОЛЕО.

Ефективний монтаж та забезпечення структурної цілісності є ключовими для довговічності конструкцій з клеєного бруса, незалежно від класу міцності (GL24h чи GL30h). Процес монтажу вимагає високої кваліфікації робітників та дотримання проєктної документації, яка базується на детальних інженерних розрахунках. Основними аспектами, що впливають на структурну цілісність, є якість з’єднань, правильність кріплення та захист від зовнішніх факторів.

З’єднання елементів з клеєного бруса можуть бути реалізовані різними способами: за допомогою сталевих кріплень (пластин, кутників, шпильок), врубок (наприклад, ‘ластівчин хвіст’, зубоподібні врубки) або спеціальних клейових з’єднань. Для GL30h, який використовується для більших навантажень, часто застосовуються більш масивні та складні металеві з’єднання, розраховані на вищі сили зсуву та витягування. Це можуть бути, наприклад, приховані з’єднання типу GSA (Glulam Splicing Assembly) або стандартні болтові з’єднання з посиленими сталевими пластинами. При проєктуванні цих вузлів важливо враховувати коефіцієнти ослаблення перерізу та можливі концентрації напружень.

В Україні, при монтажі конструкцій з клеєного бруса, необхідно дотримуватися вимог ДБН В.2.6-161:2017 та інструкцій виробників. Досвід показує, що типові помилки при будівництві з клеєного бруса часто пов’язані з недостатнім контролем якості з’єднань, неправильним зберіганням матеріалу на будівельному майданчику (що може призвести до зміни вологості та деформацій) та відхиленнями від проєктних розмірів під час встановлення. Наприклад, якщо балки перекриття встановлені з відхиленням від горизонталі або з недостатнім обпиранням, їхня несуча здатність може значно знизитися. Забезпечення правильного обпирання балок на несучі стіни або колони є фундаментальним. Мінімальна довжина обпирання балок повинна відповідати розрахункам, але зазвичай становить не менше 100-150 мм.

Після монтажу важливо забезпечити захист дерев’яних конструкцій від вологи та біологічного руйнування. Це включає обробку антисептиками (якщо брус не був оброблений на заводі), влаштування гідроізоляції та пароізоляції у відповідних місцях, а також організацію ефективного дренажу та вентиляції. Для зовнішніх конструкцій або у вологих приміщеннях (наприклад, у басейнах), необхідно застосовувати спеціальні захисні покриття, що відповідають класу експлуатації 3. Дотримання цих практичних аспектів є запорукою того, що клеєний брус, будь то GL24h чи GL30h, ефективно виконуватиме свою функцію протягом усього терміну експлуатації будівлі.

Кліматичні умови України, що характеризуються помірно-континентальним типом з жарким літом, холодною зимою та значними перепадами температур і вологості протягом року, накладають певні вимоги на експлуатацію дерев’яних конструкцій, зокрема клеєного бруса GL24h та GL30h. Хоча клеєний брус є матеріалом з високою стабільністю, розуміння його взаємодії з навколишнім середовищем є критичним для забезпечення довговічності та запобігання деформаціям.

Основні кліматичні фактори, що впливають на деревину:

1. **Вологість повітря:** Коливання відносної вологості (ВВ) можуть призводити до зміни вологості деревини, що, у свою чергу, викликає її розбухання або всихання. Хоча клеєний брус менш схильний до таких деформацій порівняно зі звичайним брусом завдяки технології склеювання та низькій початковій вологості (10 ± 2%), тривалий вплив високої вологості без належного захисту може призвести до розвитку грибкових уражень. Для внутрішніх конструкцій у житлових будинках, де ВВ стабілізується на рівні 50-60%, ризики мінімальні. Однак для зовнішніх елементів або у приміщеннях з підвищеною вологістю (наприклад, бані, сауни) необхідна додаткова гідроізоляція та вентиляція.
2. **Температурні коливання:** Значні перепади температур між сезонами (від -20°C до +30°C і більше) можуть спричиняти термічні деформації. Деревина має низький коефіцієнт лінійного розширення, тому цей вплив зазвичай менш критичний, ніж вплив вологості. Проте, при проєктуванні великих прольотів і довгих елементів необхідно враховувати можливі термічні рухи та передбачати деформаційні шви або гнучкі з’єднання.
3. **Ультрафіолетове випромінювання:** Прямий вплив сонячного світла може призвести до руйнування лігніну в поверхневих шарах деревини, викликаючи її посивіння та зниження поверхневої міцності. Для зовнішніх конструкцій обов’язкове використання лакофарбових матеріалів з УФ-фільтрами або захисних лазурей.
4. **Опади:** Дощ і сніг є прямими джерелами вологи. Всі зовнішні дерев’яні елементи повинні мати ефективну систему відведення води, а також захисні покриття.

Вибір класу міцності (GL24h або GL30h) сам по собі не визначає стійкість до кліматичних факторів, оскільки обидва матеріали виготовляються за схожою технологією. Однак, у випадках, коли Glulam використовується у складних кліматичних умовах з високими навантаженнями (наприклад, у гірських регіонах з великим сніговим покровом), вища міцність GL30h може забезпечити більший запас надійності. Для забезпечення довговічності та стабільності конструкцій з клеєного бруса в умовах України, необхідно ретельно проєктувати вузли та деталі, забезпечуючи захист від вологи, УФ-випромінювання та біологічного руйнування, а також використовувати сертифіковані захисні засоби. Це особливо важливо для таких проєктів, як індивідуальні проекти, де кожен елемент має бути досконалим.