Во время аудитов я часто сталкиваюсь с конструкциями столбов и колонн, которые представляют собой пакет досок. Хочу рассказать, почему такое решение является ошибочным. Также я поделюсь рекомендациями о том, как правильно запроектировать деревянный столб.
Во-первых:
С точки зрения строительной механики, столбы, стойки и колонны представляют собой стержни — элементы, длина которых значительно превышает толщину. Стержни обладают свойством гибкости — то есть, способностью легко изменять свою форму под воздействием силы, приложенной к концам. Противоположное гибкости свойство — устойчивость — характеризует способность стержня сохранять прямолинейную форму и противостоять продольной силе. Чем выше устойчивость и ниже гибкость, тем лучше для строительной конструкции.
Вычисление гибкости стержня осуществляется довольно просто: необходимо разделить расчётную длину на радиус инерции поперечного сечения. Так как гибкость представляет собой результат деления двух линейных размеров, то она не имеет собственной единицы измерения.
Поскольку в большинстве случаев используется прямоугольное сечение с прямоугольной системой координат, следует учитывать два направления гибкости: относительно оси X и относительно оси Y.
"Относительно" означает, что изгиб стержня направлен поперёк оси.
Например, для доски сечением 50х150 мм и расчётной длиной 3 метра:
Теперь давайте определим гибкость столба, состоящего из пяти досок с одинаковым сечением 50х150 мм, скреплённых гвоздями толщиной d=0,4 сантиметра по два гвоздя через каждые полметра. Расчётная длина столба также составляет 3 метра, и мы будем определять гибкость относительно оси Y. Сжатие столба - центральное, без дополнительных изгибающих сил.
Ветвью называется одна доска в составной стойке
Для расчёта мы воспользуемся формулами из свода правил СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции»
При определении гибкости отдельной ветви в качестве расчетной длины нужно принимать не полную длину, а расстояние между крепежами.
В формуле коэффициента приведения гибкости b и h - размеры сечения составного элемента (принимаются в сантиметрах), nш - количество швов между досками (в нашем случае их 4), nc - количество гвоздей в одном шве на один метр длины (тоже 4).
Примечание: коэффициент приведения гибкости в большей, чем от других параметров, зависит от расчётной длины, потому что она используется в формуле во второй степени.
Подставив в формулы 18 и 17 вычисленные значения, получим:
И в этом нет ошибки - такова методика, приведенная в Российских нормативах. Для того, чтоб приблизить это значение к реальности, СП 64.13330.2016 уточняет, что гибкость составного элемента, вычисленную по формуле 17, следует принимать не более гибкости отдельных ветвей:
Даже после уточнения гибкость пакета из пяти досок оказалась равной гибкости одной доски!
Отсюда следует, что устойчивость составной стойки по плоскостям сплачивания такая же маленькая и опирать на нее несущие прогоны может быть опасно. В этом и заключается первая причина того, что нельзя использовать в каркасных домах составные столбы и колонны.
Вторая причина
Касается составных столбов и колонн, да и других составных деревянных элементов, работающих на открытом воздухе. Дело в том, что большинство досок имеют тангенциальный распил и, соответственно, разные характеристики древесины на противоположных пластях. При изменении температурно-влажностных условий древесина деформируется по-разному, что вызывает коробление доски.
В пакете досок при короблении возникают силы, раскрывающие продольные швы. В открытые швы легче попадает влага, пыль, споры грибов и насекомые.
В результате - элемент быстро приходит в негодность.
Поэтому сразу два свода правил - СП 64.13330.2017 "Деревянные конструкции" и СП 28.13330.2017 "Защита строительных конструкций от коррозии" запрещает использовать составные элементы деревянных конструкций на открытом воздухе без проведения специальных защитных мероприятий.
Ну и третья причина
Это прямой запрет в специализированном СП 31-105-2002:
Пункт 6.1.5 "Изготовление элементов конструкций путем сращивания пиломатериалов, имеющих размеры, меньшие чем номинальные размеры этих элементов, недопустимо, за исключением случаев, указанных в тексте настоящего Свода правил". При этом в тексте СП 31-105-2002 описаны прогоны составного сечения в пункте 6.2.6, сдвоенные балки перекрытий у проемов (6.2.11), двойные верхние обвязки стен (7.2.6), стропила (8.2.1.10). Составных столбов в своде правил нет.
А как же правильно проектировать деревянные столбы и колонны?
Часто мне указывают, что брус цельного сечения тоже может покоробится, да и зачастую он выглядит неэстетично из-за трещин.
Ответ простой - нужно использовать клееный брус!
Коэффициент kc для клеевого соединения равен 0 и в таком случае гибкость составного элемента, вычисленная по формуле 17, получится равной гибкости цельного элемента того-же сечения.
Доски для клееного бруса коробятся незначительно из-за малой толщины, а клей надежно удерживает швы от раскрытия - поэтому СП 64 и СП 28 разрешают использовать его для наружных конструкций.
Ну и напоследок стоит заметить, что составные стойки в стене каркасного дома использовать можно, так как обычно они раскреплены распорками, обрешетками или плитными обшивками, их расчётная длина относительно мала. А вместе с расчётной длиной также мала и гибкость.
Читайте также
Разработка и аудит проектов каркасных домов