ВИМОГИ ДБН І EUROCODE 5 ДЛЯ ДЕРЕВ’ЯНИХ КОНСТРУКЦІЙ

Проєктування дерев’яних конструкцій в Україні регламентується як національними Державними будівельними нормами (ДБН), так і європейськими стандартами Eurocode, зокрема Eurocode 5 (EN 1995 ‘Проєктування дерев’яних конструкцій’). ДБН, такі як ДБН В.2.6-163:2010 ‘Конструкції з деревини. Основні положення’, встановлюють обов’язкові вимоги щодо міцності, жорсткості, стійкості та довговічності дерев’яних елементів. Eurocode 5, зі свого боку, пропонує більш деталізовану методологію розрахунків, враховуючи різні види деревини, умови експлуатації та типи навантажень. Важливо відзначити, що українські норми активно гармонізуються з європейськими, що дозволяє застосовувати передові європейські практики. Однак, при використанні Eurocode, необхідно враховувати Національний додаток (National Annex), який містить специфічні параметри та коефіцієнти, адаптовані до українських умов та традицій будівництва.

Основні принципи проєктування включають розрахунок за граничними станами: за несучою здатністю (міцність, стійкість) та за придатністю до нормальної експлуатації (жорсткість, деформації). Для деревини критично важливим є врахування анізотропії матеріалу, що означає різні властивості вздовж та поперек волокон. Також необхідно враховувати вплив вологості, температури та тривалості навантажень на механічні властивості деревини. Наприклад, для тривалих навантажень міцність деревини знижується, що вимагає застосування відповідних коефіцієнтів у розрахунках згідно з EN 1995-1-1, розділ 2.3.2. Наприклад, для службового класу 1 (сухі умови) коефіцієнт модифікації k_mod може бути до 0.6 для постійних навантажень. ДБН В.1.2-12:2008 ‘Навантаження і впливи’ визначає розрахункові значення вітрових та снігових навантажень для різних регіонів України, які необхідно інтегрувати в модель розрахунку кроквяних систем. Таким чином, грамотне застосування як ДБН, так і Eurocode 5, дозволяє створювати надійні та безпечні дерев’яні конструкції, що відповідають сучасним інженерним стандартам.

Додатково, важливою є класифікація деревини за міцністю, яка визначає її несучу здатність. Згідно з EN 338, деревина хвойних порід класифікується на класи, такі як С14, С16, С24, С27, С30. Цифри вказують на характеристичну міцність при згині в МПа. Вибір правильного класу деревини є фундаментальним для забезпечення відповідності вимогам міцності та жорсткості. Клеєний брус, своєю чергою, має свою систему класифікації, про що буде детально розглянуто в наступних розділах. Необхідно також враховувати вимоги до довговічності та захисту деревини від біологічних уражень, вогню та атмосферних впливів. ДБН та Eurocode 5 надають рекомендації щодо антисептичної та антипіренової обробки, а також конструктивних рішень для забезпечення належного вентилювання та відведення вологи, що є особливо актуальним для конструкцій даху.

Клеєний брус, або клеєна ламінована деревина (КЛД), класифікується згідно з EN 14080:2013 та EN 1194:1999, які визначають його механічні властивості та вимоги до виробництва. Маркування GL24h, наприклад, вказує на клас міцності (24 МПа) та тип ламінування (h – homogeneous, однорідний, де всі ламелі мають однаковий клас міцності). Існують також гетерогенні клеєні бруси (GL24c, GL28c, GL32c), де міцніші ламелі розташовуються по краях перерізу. Перевага GL24h полягає у його стабільних механічних властивостях по всьому перерізу, що спрощує проєктування та дозволяє досягати високих показників несучої здатності. Це робить його ідеальним матеріалом для складних і відповідальних конструкцій, таких як кроквяні системи з великими прольотами.

Механічні властивості клеєного бруса GL24h значно перевершують показники цільної деревини. Він має вищу міцність на згин, розтяг та стиск, а також більшу стабільність розмірів, оскільки процеси сушіння та склеювання мінімізують внутрішні напруження та дефекти, характерні для масиву. Характеристична міцність при згині для GL24h становить 24 МПа, модуль пружності вздовж волокон E0,mean дорівнює 11500 МПа. Ці параметри критично важливі для розрахунку прогинів та несучої здатності кроквяних ферм. Завдяки цьому можна проєктувати елементи меншого перерізу, що зменшує вагу конструкції та дозволяє створювати елегантніші та відкритіші простори. Крім того, клеєний брус має кращу вогнестійкість порівняно з цільною деревиною подібного перерізу завдяки контрольованому процесу горіння (вуглеутворення на поверхні), про що буде детально розказано в наступних розділах.

Застосування клеєного бруса GL24h у кроквяних системах дозволяє вирішувати широкий спектр архітектурних та інженерних завдань. Його можна використовувати для створення складних форм дахів, великих прольотів без проміжних опор, а також для виготовлення зігнутих елементів. Точність виготовлення на заводах за допомогою ЧПУ забезпечує ідеальну геометрію та спрощує монтаж на будівельному майданчику. Це призводить до скорочення термінів будівництва та підвищення якості кінцевого продукту. Відповідність GL24h європейським стандартам також полегшує його експорт та застосування у міжнародних проєктах. Такий матеріал є ключовим компонентом для створення довговічних та естетично привабливих будівель фінського типу, де якість та надійність мають першочергове значення.

Проєктування кроквяних систем є одним із найвідповідальніших етапів у будівництві дерев’яних споруд. Eurocode 5 (EN 1995-1-1) надає комплексний підхід до розрахунку, враховуючи всі можливі навантаження та їх комбінації. Основними критеріями є забезпечення несучої здатності та жорсткості конструкції. Несуча здатність перевіряється на міцність при згині, стиску, розтягу та зсуві, а також на стійкість від втрати форми (вигин). Жорсткість забезпечується обмеженням прогинів кроквяних елементів, щоб уникнути пошкодження оздоблювальних матеріалів та дискомфорту для користувачів.

Для розрахунку міцності застосовуються розрахункові значення міцності, які отримуються діленням характеристичних значень на коефіцієнт часткової надійності матеріалу γ_M (зазвичай 1.3 для деревини) та множенням на коефіцієнт модифікації k_mod, який враховує тривалість навантаження та клас службової експлуатації. Навантаження визначаються згідно з ДБН В.1.2-12:2008 та EN 1990:2002. Для кроквяних систем це переважно постійні навантаження (власна вага покрівлі), тимчасові навантаження (сніг, вітер, експлуатаційні), а також особливі навантаження (землетруси). Розрахунок прогинів є особливо важливим. Eurocode 5 встановлює граничні значення прогинів для різних типів конструкцій. Наприклад, для кроквяних балок, які підтримують оздоблення, граничний прогин може бути L/300, де L – проліт балки, а для крокв без оздоблення L/250. Ці значення є критичними для забезпечення довговічності та естетики покрівлі.

Методика розрахунку кроквяних систем також включає перевірку стійкості від вигину-кручення для елементів, схильних до втрати стійкості під дією стискаючих зусиль. Для складних кроквяних ферм, таких як полігональні або арочні, необхідний детальний розрахунок вузлів кріплення, який є слабкою ланкою будь-якої дерев’яної конструкції. Правильне проєктування вузлів забезпечує передачу зусиль між елементами без надмірної концентрації напружень. Це може вимагати використання спеціальних металевих кріплень або з’єднань нагелями, болтами чи шпонками, які повинні відповідати вимогам EN 1995-1-1, розділ 8. Комплексний підхід, що поєднує нормативні вимоги ДБН та Eurocode 5, а також досвід професійного архітектора, дозволяє створювати надійні та функціональні кроквяні системи.

Вогнестійкість є одним із найважливіших аспектів безпеки будівлі, і для дерев’яних конструкцій це питання має свої особливості. ДБН В.1.1-7:2016 ‘Пожежна безпека об’єктів будівництва’ та Eurocode 5, частина 1-2 (EN 1995-1-2 ‘Проєктування дерев’яних конструкцій. Проєктування на вогнестійкість’) встановлюють вимоги до вогнестійкості дерев’яних елементів. Європейський стандарт EN 13501-2:2016 ‘Класифікація будівельних виробів та елементів будівель за вогнестійкістю’ визначає класи вогнестійкості, такі як R30, R60, R90, де число вказує на час у хвилинах, протягом якого елемент зберігає свою несучу здатність (R) під час пожежі.

Для дерев’яних конструкцій принцип забезпечення вогнестійкості ґрунтується на контрольованому процесі горіння. При високих температурах на поверхні деревини утворюється вугільний шар, який слугує теплоізоляцією, захищаючи внутрішні, неуражені шари деревини від подальшого прогрівання. Швидкість обвуглювання (β) є ключовим параметром у розрахунках. Згідно з EN 1995-1-2, типові значення швидкості обвуглювання для хвойних порід складають приблизно 0.7 мм/хв для одностороннього горіння. Це означає, що за 30 хвилин пожежі глибина обвуглювання становитиме близько 21 мм. Розрахунок вогнестійкості передбачає визначення ефективного перерізу елемента, який залишається неураженим вогнем після заданого часу. Цей зменшений переріз повинен забезпечувати необхідну несучу здатність під дією розрахункових навантажень.

Для клеєного бруса GL24h, завдяки його багатошаровій структурі та стабільним властивостям, прогнозування поведінки під час пожежі є більш точним, ніж для цільної деревини. Розроблені інженерні методики дозволяють точно розрахувати необхідні розміри перерізів для досягнення класів R30, R60 або вище. Наприклад, для досягнення R30 для балки з GL24h, необхідно забезпечити мінімальний ефективний переріз, що зберігає несучу здатність після втрати 21 мм з кожної горючої сторони. Для R60 цей показник подвоюється. Крім несучої здатності (R), важливо враховувати також цілісність (E – exclusion of flames and hot gases) та теплоізоляційну здатність (I – insulation) для огороджувальних конструкцій. Це забезпечує безпеку інженерних систем та мешканців у разі пожежі, дозволяючи евакуацію. Дотримання цих вимог є запорукою безпечної експлуатації дерев’яних будівель в умовах України та Європи.

Надійність кроквяної системи значною мірою залежить від якості та правильності виконання вузлів кріплення. ДБН В.2.6-163:2010 та Eurocode 5 (EN 1995-1-1), розділ 8, містять детальні вимоги до проєктування та розрахунку з’єднань у дерев’яних конструкціях. Вузли кріплення повинні забезпечувати ефективну передачу зусиль між елементами, запобігаючи локальним руйнуванням або надмірним деформаціям. Для клеєного бруса GL24h застосовуються як традиційні врубки, так і сучасні металеві кріплення.

Типові рішення для кроквяних систем включають: врубки, які можуть бути косими, зубчастими або шпунтовими; з’єднання нагелями або болтами; використання перфорованих металевих пластин (фермні пластини) та спеціальних кріплень, таких як кутники, опори для балок, з’єднувачі для збірно-розбірних елементів. При проєктуванні врубок, згідно з EN 1995-1-1, необхідно враховувати зменшення ефективного перерізу елемента та концентрацію напружень. Рекомендується застосовувати врубки з мінімальним ослабленням перерізу та дотримуватися відстаней між врубками, що не перевищують 1/3 висоти балки. Для з’єднань нагелями або болтами ключовими параметрами є діаметр, кількість та розташування кріпильних елементів, а також відстані до країв і торців деревини.

Металеві кріплення, виготовлені згідно з EN 14545 ‘З’єднувальні елементи для дерев’яних конструкцій’, забезпечують високу несучу здатність та простоту монтажу. Вони можуть бути прихованими або відкритими, в залежності від архітектурних вимог. Важливо, щоб всі металеві елементи були захищені від корозії (наприклад, гарячим цинкуванням). Для забезпечення вогнестійкості, металеві кріплення можуть вимагати додаткового захисту або використання спеціальних розрахункових методів, що враховують їхню поведінку при високих температурах. Eurocode 5 передбачає методику розрахунку вогнестійкості з’єднань, яка враховує обвуглювання деревини навколо кріпильних елементів та зниження їхньої міцності при нагріванні. При проєктуванні великих прольотів з клеєного бруса, можуть застосовуватися сталеві тяги та розпірки, що створюють комбіновані системи, оптимізуючи розподіл навантажень. Для ефективної реалізації таких проектів необхідний досвідчений інженер-конструктор.

Монтаж кроквяних систем з клеєного бруса GL24h вимагає точності та дотримання технологічних карт. В умовах України, де кліматичні умови можуть бути суворими, особливу увагу слід приділяти захисту матеріалу на всіх етапах. Перед початком монтажу необхідно провести ретельну перевірку фундаменту та мауерлата на горизонтальність та відповідність проєктним розмірам. Елементи кроквяної системи, як правило, поставляються на об’єкт у вигляді готових заводських секцій або комплектів з маркуванням, що значно спрощує процес складання.

Етапи монтажу включають: 1) підготовка майданчика та обладнання (крани, підйомники); 2) встановлення мауерлата та його надійне кріплення до стін; 3) підйом та монтаж перших кроквяних ферм або балок, їх тимчасове кріплення для забезпечення стійкості; 4) поступове встановлення інших елементів системи згідно з проєктною документацією; 5) фінальне закріплення всіх вузлів з’єднань з використанням стандартизованих кріплень (болти, нагелі, металеві пластини). При використанні металевих кріплень важливо контролювати моменти затягування болтів, щоб уникнути пошкодження деревини.

В українських умовах, з урахуванням значних снігових та вітрових навантажень (згідно з ДБН В.1.2-12:2008), необхідно забезпечити підвищену жорсткість кроквяної системи. Це досягається шляхом правильного вибору перерізів елементів, ефективного проєктування вузлів та застосування додаткових зв’язків жорсткості (розкоси, діагональні зв’язки). Важливо також забезпечити належний захист деревини від атмосферних опадів під час монтажу. Після завершення монтажу кроквяної системи слід негайно приступити до влаштування покрівельного покриття або тимчасового захисту. Дотримання цих рекомендацій гарантує, що кроквяна система з GL24h буде служити довго та надійно, відповідаючи всім вимогам безпеки та експлуатації, що є основою для позитивних відгуків клієнтів.

Аудит відповідності нормативним вимогам є завершальним, але не менш важливим етапом життєвого циклу дерев’яних конструкцій. Він передбачає перевірку всієї проєктної документації та фактично виконаних робіт на відповідність ДБН, Eurocode 5 та іншим релевантним стандартам. Метою аудиту є виявлення можливих відхилень, що можуть вплинути на несучу здатність, жорсткість, довговічність та вогнестійкість конструкції.

Основними аспектами аудиту є: 1) перевірка повноти та коректності розрахунків конструкцій на міцність, жорсткість та стійкість, виконаних з урахуванням ДБН В.1.2-12:2008 ‘Навантаження і впливи’ та EN 1995-1-1; 2) аналіз вибору матеріалів, зокрема відповідності клеєного бруса GL24h заявленим характеристикам (сертифікати якості, маркування EN 14080); 3) оцінка правильності виконання вузлів кріплення та їх відповідності проєктним рішенням та вимогам EN 1995-1-1, розділ 8; 4) перевірка заходів із забезпечення вогнестійкості, включаючи розрахунки ефективного перерізу та застосування антипіренових покриттів, якщо вони передбачені проєктом згідно з EN 13501-2.

Аудит також може включати інструментальний контроль: вимірювання геометричних параметрів, контроль якості з’єднань, а також неруйнівний контроль стану деревини. У разі виявлення суттєвих відхилень, які впливають на безпеку, розробляються рекомендації щодо їх усунення або посилення конструкцій. В Україні проведення такого аудиту є особливо важливим для об’єктів підвищеної відповідальності (СС3), де він може бути частиною науково-технічного супроводу будівництва. Залучення незалежних експертів з глибоким знанням ДБН та Eurocode 5 гарантує об’єктивність оцінки та сприяє підвищенню загальної культури будівництва, а також допомагає уникнути поширених помилок. Це забезпечує не лише відповідність нормам, але й спокій для замовника та майбутніх мешканців.