Чем отличается профилированный брус от клееного бруса: Отличие профилированного бруса от клееного бруса — что лучше?

Содержание

Отличие профилированного бруса от клееного бруса — что лучше?

При строительстве каркасного дома или брусового дома часто выбирают между профилированным и клееным брусом. Чем отличается профилированный брус от клееного бруса? Давайте разбираться.

Профилированный или клееный брус: плюсы и минусы

Профилированный брус — это балка, которую вырезали из цельного деревянного массива. На брусе делают насечки — профиль. Профиль обеспечивает стыковку бруса.

Клееный брус — балка из склеенных деревянных пластин. Эти пластины называются ламелями.

Какой брус лучше: профилированный или клееный? И у того, и у другого вида — свои плюсы и минусы.

Плюсы профилированного бруса

  • в его составе нет химических добавок;
  • в брусе сохранена естественная структура дерева. Это обеспечивает хороший воздухообмен между улицей и внутренними помещениями;
  • в обработанном профилированном брусе не заведутся жучки и не вырастет плесень;
  • он дешевле, чем клееный брус.

Минусы профилированного бруса:

  • ограничения в размерах. Максимальная длина — 6 метров. Максимальные размеры сечения: 200*200 мм;
  • он усаживается, поэтому перед дальнейшими строительными работами делают перерыв;
  • не такой прочный, как клееный брус.

Плюсы клееного бруса:

  • дома из клееного бруса прочнее домов из других видов бруса;
  • клееный брус горит хуже других видов бруса. Если на клееный брус попадет искра, пожар начнется не сразу или не начнется вообще;
  • больше свободы при выборе размеров. Максимальная длина — 18 метров, максимальные размеры сечения: 275*275 мм;
  • клееный брус иногда изготавливают из ламелей разной древесины. Например, ламели в центре сделаны из сосны, а внешние — из дуба. Цена при этом ниже, чем у бруса, сделанного только из дуба;
  • усадки почти нет. Можно не ждать, когда дом усядет, и не делать перерывы в строительстве;
  • жучки и плесень не заведутся: клееный брус обработан от грибка и насекомых.

Минусы клееного бруса:

  • самый дорогой из всех видов бруса;
  • наличие клея в составе. Считается, что это неэкологично и вредно для здоровья;
  • плохой воздухообмен.

Что лучше: профилированный брус или клееный?

Мы рассмотрели профилированный брус и клееный брус. Их разница обусловлена способом их производства.

В целом, отличия профилированного бруса от клееного бруса подчеркивают преимущества клееного бруса. Он почти не усаживается, плохо горит и более прочный. Он лучше профилированного во всем, кроме цены и воздухообмена между домом и улицей. Но даже эти минусы не критичны. Профилированный брус содержать дороже: его надо постоянно обрабатывать, поэтому низкая цена — не совсем плюс. И потом, дом из клееного бруса тоже дышит, хоть и не так хорошо.

Присутствие в клееном брусе клея некоторыми рассматривается как недостаток. Из-за клея этот брус считают неэкологичным. Рассмотрим это возражение подробнее.

Разные производители используют разные клеи. Безопасный клей — класса FC0, опасный — FC2. Так, если в клееном брусе применяется безопасный клей, то брус можно считать экологичным. Также, профилированный брус обрабатывают огнебиозащитой, а это тоже химия. Поэтому испарения химических веществ присутствуют и при использовании других видов бруса.

Поэтому, когда рассматриваете проекты домов из бруса, выбирайте клееный брус.


Чем отличается профилированный брус от клееного бруса?

При выборе материала для строительства дома у начинающих строителей часть возникают вопросы. В России продолжает оставаться одним из наиболее доступных вариантов по цене деревянный брус. Действительно, строительный лес – это самый простой и доступный способ организовать собственное жильё. Однако, строительные маркеты предлагают различные варианты дерева:

  • клееный;
  • профилированный;
  • оцилиндрованное бревно и т. д.

Строительство домов из профилированного бруса наиболее распространено в виду его ценовой доступности. Если Вы планируете построить дом в максимально сжатые сроки при не менее сжатом бюджете, то лучшего выбора попросту не придумать. Однако, и у профилированного бруса есть свои недостатки.

Какой брус предпочесть?

 

Производство профилированного бруса осуществляется непосредственно из бревён. Но необходимо понимать, что наиболее плотная древесина у бревна располагается снаружи ствола (речь идёт о наружных слоях).

При производстве материала отсекаются, как раз самые прочные части древесины. В результате, брус состоит из достаточно рыхлой середины. На самом деле, её плотности вполне хватает для использования в качестве строительного материала.

Однако во время хранения или во время эксплуатации уже готового строения, брус неминуемо намокает и высыхает. Вышеозначенные пертурбации приводят к возникновению трещин.

Но это лишь половина проблемы. С течением времени профилированный брус начинает скручивать (по спирали). Естественно, дом от этого не развалиться и если перед установкой дверей и окон выждали усадку, то и блокировок не случится.

Однако, изменение конфигурации дерева всё равно не останется незаметным – появятся сквозняки.

Если экономить, то покупать клееный брус не имеет смысла

Это абсолютная правда. Клееный брус не располагает всеми вышеозначенными недостатками профилированного аналога. Ведь клеёный брус собирается из отдельных досок, склеиваемых между собой.

В результате, и усадки практически, как таковой нет. И дерево не трескается. Однако, стоимость клеёного бруса значительно выше, чем у профилированного. Профессиональные строители предлагают поступить следующим образом.

Построить дом из профилированного бруса и максимально сэкономить. Но, чтобы в дальнейшем «закрыть» главный недостаток строительного материала (через два или три года) выполнить дополнительное утепление строения. Также рекомендуется выполнить монтаж сайдинга. В результате по эксплуатационным характеристикам получится практически то же строение, что и аналог, построенный из клееного бруса.

Смотрите также:

Профессионал открывает секреты выбора строительного материала:

Твитнуть

Плюсы и минусы клееного и профилированного бруса

Плюсы и минусы профилированного бруса.

Предложений строительства дома из профилированного бруса и клееного бруса встречается достаточно много. Но, живя в стране отличающейся наличием большого количества лесов, странным было бы использовать клееный брус для строительства дома, как в стране отягощенной отсутствием такого ресурса.

Всем кто собирается строить дом из клеёного бруса рекомендуем посмотреть недостатки и минусы клееного бруса!

Клееный брус имеет ряд преимуществ — плюсов, о которых говорят все производители клееного бруса.

Но он также имеет и ряд недостатков — минусов, о которых производители клееного бруса умалчивают.

Основной минус клееного бруса это КЛЕЙ, который является синтетическим материалом и не обладает свойством пропускания воздуха и со временем разлагается.

Также минусы клееного бруса это появление трещин и наличие усадки, о которых производители тоже умалчивают.

Отлаженные западные технологи, позволяющие производить клееный брус чуть ли не из опилок и горбыля, заманивают именно «западностью». По привычке считать всё западное более качественным теперь ошибочно и неразумно, совковые времена канули влету, а нам всё по старинке продолжают навязывать менее качественный товар, чем используют сами эти буржуи.

Понятное дело, бизнес не может существовать без прибыли. А такой обширный российский рынок можно наводнить некачественным клееным брусом и «неслабо наварить» на этом. Тем более что отходов от высококачественного сырья, покупаемого западом, вполне достаточно. Вместо утилизации отходов, их можно пустить в дело и использовать по типу секонд-хенда.

Кто знает, что находится в тех пакетах клееных блоков, содержащих клееный брус, вообще!? В строительных блоках могут содержаться любые отходы производств. Это запросто организовать на совместном производстве при участии отечественных бизнесменов, которым и море-то по колено, а всё остальное — немного выше.

Быстрое возведение домов из профилированного бруса, что из клееного, подкупает своей возможной реализации любого проекта. Монтаж готовых блоков сопоставим со сложностью сборки панельной мебели. Берутся строить дома из профилированного бруса все кому не лень. Поэтому и западных контор со своими предложениями достаточно много.

На самом западе народ уже накушался панельного строительства, это не в Америке, где строят жильё, из чего попало, для низших рас и иммигрантов. Европа живёт побогаче и панельные дома, разве что для вторичного загородного жилья годятся.

У нас и второе, и третье жильё строят чаще из кирпича. А у тех, кто средств не имеет в достаточном количестве для возведения бревенчатого дома и готов самостоятельно освоить строительные работы, цельный профилированный строганный брус как нельзя лучше и подходит.

Причём брус цельный, а не клееный, подходит больше для самостоятельного строительства.

Клееный брус всё-таки непременно содержит клеящие субстанции, и они будут постепенно выветриваться, отравляя построенное жильё. Это подобно строительству загородного дома из железнодорожных шпал. Практично с точки зрения сохранности и срока службы материала, но отстойное с точки зрения потребительских качеств такого жилья.

С точки зрения доступности и простоты технологий, клееный брус можно делать из обрезной доски или даже из горбыля. Последующая обработка скрывает все дефекты материала, что означает и возможность использования исходного материала менее качественного. Пропитка обеспечит приостановку даже гниения, это перспективно для производителя и получения им прибыли. Кто же будет использовать такой материал? Тот, кто не знает, из чего всё это делается или не желает, и знать о тонкостях, но вряд ли ему можно позавидовать.

Вкладывая достаточно ощутимые средства строить дом из хлама, да в такой стране, где леса просто в избытке, просто расточительство и неописуемая глупость. Ничего кроме бизнеса и получения прибыли не руководствует производителем. Правда, не все жулики и если поискать, то можно найти отечественные фирмы, которые над своим народом не глумятся и делают качественный товар.

Плюсы и минусы профилированного бруса

Для производства цельного профилированного бруса подойдет не любой исходный материал. Благо, что в России есть в достаточном количестве исходного сырья, чтобы делать брус из качественного дерева.

Профилированный брус естественной влажностипрактичнее бревна, потому что его не «ведёт» в строении, т.е. что уложишь, то и будет стоять. Дом, построенный из профилированного бруса не обязательно отделывать и шпаклевать. Можно просто покрасить и это строение будет выглядеть прилично и привлекательно.

Обязательная просушка и пропитка бруса антисептическими и огнеупорными растворами, обеспечивает продолжительное время сроков службы строения, возведённого из такого материала. Стойкость профилированного бруса к атмосферным воздействиям и противопожарная безопасность этого материала снискала небеспричинный спрос на такой строительный материал.

Цельное и тесаное бревно не может конкурировать с профилированным брусом, т.к. просушить бревно и пропитать проблематично, даже в промышленных условиях. Брёвна, в отличие от бруса, требуют обязательной подгонки по месту и имеют меньшую защищённость от вредителей из-за отсутствия пропитки. Брус, с другой стороны, лишается внешних слоёв древесины, из-за того, что полезной частью для использования остаётся внутренняя часть. Известно, что сердцевинная часть у древесины всегда более рыхлая, чем наружные слои, по определению.

Цельный профилированный брус, в отличие от клееного сохраняет большинство из потребительских свойств и всё же ближе к естественному сырью. Большое количество клеящих веществ, которые обеспечивают связку отдельных слоёв клееного бруса и напрочь превращают в материал, практически мало отличающийся от синтетики или пластмассы.

Цельный профилированный брус

Это современный материал, произведенный из отборных сортов древесины для строительства деревянного дома. Изготовление профилированного бруса производится путем « роспуска » круглого леса на брус (заготовку). В производстве профилированного бруса используется экологически чистый лес. Из заготовок на современном оборудовании брус профилируют и получают детали стенового профилированного бруса.

Брус при помощи паза и гребня плотно фиксируется и не требуется уплотнитель. Стена из профилированного бруса не требует дополнительной отделки. Профилированный брус менее подвержен деформации при эксплуатации дома. У профилированного бруса небольшая усадка и в отличие от рубленого бревна, он менее подвержен растрескиванию. Длина профилированного бруса может быть 12 метров. Благодаря этому мы имеем неограниченные возможности при проектировании и строительстве.

Деревянное домостроение с использованием профилированного бруса вышла на новый современный уровень качества и избавилась от тех недостатков, которые мешали деревянному домостроению. Современные технологии в производстве профилированного бруса впитали в себя все лучшее, высокая надёжность, пожаробезопасность, высокая степень в сохранении тепла, Цельный брус — это проверенный годами строительный материал. Он экологичен, обладает низкой теплопроводностью, паропроницаем и очень лёгок.

Брус обрезной – это строительный пиломатериал. Он представляет собой брус определенной величины и длины, который обрезан с нескольких сторон. Из бруса обрезного впоследствии производятся такие пиломатериалы, как профилированный брус и клееный брус.

Еще не так давно в строительстве домов и многих других сооружений применялись цельные бревна. Но, у этого строительного материала есть свои недостатки, например, неровность поверхности. В результате чего это приводит к внутренней неровности помещения. Выходом из такой ситуации стало появление профилированного бруса. Из такого бруса любой дом будет ровным, стены цельного характера, пригодные для последующей отделки любыми материалами.

Профилированный брус используется при строительстве домов, бань, саун, беседок и прочих построек. Толщина бруса колеблется в среднем от 100 до 250 миллиметров, а ширина в пределах от 100 до 300 миллиметров. Профилированный брус – это долговечный экологически чистый материал. Любой дом, построенный из него словно «дышит», к тому же этот материал пожароустойчив, имеет повышенные теплоизоляционные качества, а также устойчив к усадке и появлению трещин защищённость от гниения и насекомых.

Производится профилированный брус обычно из древесины хвойных пород, таких как: пихта, лиственница, сосна, ель. Хвойная древесина от природы пропитана смолами, что обеспечивает будущему брусу защиту от древесных насекомых. Самым распространенным и востребованным считается профилированный брус, изготовленный из сосны, так как сосна не имеет на своей поверхности сучков и неровностей. Для отделок внутренних помещений чаще всего применяется брус, сделанный из древесины ели. Он влагоустойчив и не подвергается загниванию. А благодаря рыхлому строению еловой древесины, брус надолго сохраняет тепло. Брус, производимый из лиственницы, имеет высокую влагостойкость и не подвергается загниванию, а, напротив, при повышении уровня влаги, лиственничный брус становится лишь прочнее.

Какие существуют плюсы в строительстве дома из цельного профилированного бруса

  1. Дерево — экологически благоприятный для проживания человека материал (присутствуют естественные ощущения того, что в дереве жить приятно).
  2. Стройка идет быстро (четыре человека могут поставить коробку небольшого дома за четыре дня). Благодаря тому, что строительные элементы практически полностью готовы к сборке, монтаж происходит за довольно короткий промежуток времени. Экономия денег связана с тем, что для строительства дома, изготовленного из профилированного бруса, достаточно всего лишь небольшой бригады специалистов, не требуется крупной специальной строительной техники.
  3. Собранный из профилированного бруса жилой дом не требует дополнительной внутренней отделки, потому что хорошо смотрится и без нее. В этот дом можно сразу переехать.
  4. Строительство дома из профилированного бруса- это процесс технический. Не нужно быть мастером, главное, чтобы руки росли оттуда, откуда надо. Требуется аккуратность. Необходимо все точно отмерить рулеткой, точно разметить углы и шипы-пазы, точно отпилить. Чем точнее вы будете отмерять, тем качественнее получится у вас работа.
  5. Экологичность и удобство смолы, которую выделяет древесина хвойных пород деревьев, создает весьма благоприятный микроклимат, хорошо влияющий на организмы хозяев дома.
  6. Брус устойчив к возгоранию, а современные специальные средства (антипирены и антисептики) обеспечивают достаточно хорошую противопожарную защиту и антибактериальную защиту. Вплоть до того, что по утверждению специалистов в доме из бруса можно устанавливать любой существующий тип отопления.
  7. Дом из профилированного брусане обязательно обшивать, потому что поверхность бруса гладкая и имеет опрятный вид. И по горизонтальным швам не будет проходить вода, даже если боковой ветер задувает стену, так как профилированный брус имеет специальный профиль предотвращающий затекание воды.

Минусы

  1. В этом строительстве используется дерево в больших количествах. Если раньше наши предки ходили по лесу и делали выборочную рубку, отмечали деревья, которые готовы к строительству дома и которые будут стоять столетьями. То сейчас ведется варварское использование древесины, то есть ведется сплошная рубка, и мы этим пользуемся.
  2. С точки зрения тепла, 15 сантиметров дерева — недостаточно. По ощущениям такой дом холодноватый. Для постоянного проживания требуется более толстая стена, что ведет к увеличению объема профилированного бруса.
  3.   Усадка дома, то есть в процессе строительства дома надо учитывать, что дом усядет примерно на 5%, то есть, грубо говоря, на высоту одного бруса, примерно на 15 сантиметров.

Какую бы конструкцию вы не выбрали, необходимо вникать во все тонкости возведения и участвовать в строительстве дома от начала и до конца.

Только в этом случае вы получите гарантию того, что ваш дом будет теплым, уютным и, по желанию, совсем недорогим.

Клеёный и профилированный брус: в чем отличие

 

Вступление

Нельзя сказать, что дома из клеёного бруса лучше домов из профильного. И наоборот, дома из профильного бруса лучше домов из клеёного. Однако существуют объективное отличие профилированного и клеёного бруса для строительства. О них и поговорим в этой статье.

Дома из бруса

Для начала вспомним, что дома из бруса в отличие от срубов, строят не из брёвен, а из строганых или клеёных заготовок древесины хвойных пород с прямоугольным сечением. Некоторые компании выпускают брус у которых, условно, внешняя сторона полукруглая.

Для строительства брусовых домов активно применяются два типа строительного бруса:

  • Профильного;
  • Клеёного.

Между ними есть принципиальные отличия, которые влияют на их цену и технологию строительства. Посмотрим на них.

Дома из профильного бруса

Из профильного бруса строят одноэтажные и двухэтажные дома площадью до 250-280 кв. метров. Для строительства наиболее выгодно приобретение готового комплекта дома из сухого бруса.

Данный вид домов, как конструктор, покупается по готовому проекту или изготавливается по индивидуальному проекту. В комплект дома входят все необходимые элементы и стройматериалы для сборки дома на участке. Комплект полов на уровне лаг, без половой доски. Фундамент к дому изготавливается отдельно.

В компании «Норма брус», на сайте https://normabrus.ru/doma-iz-profilirovannogo-brusa/, вы можете посмотреть готовые проекты домов из бруса и иметь лучшее представление об их разнообразии.

В отличие от бруса естественной влажности, данная компания выпускает дома из сухого бруса. Это брус изготовленный из древесины естественной влажности и высушенный в сушильной камере до влажности 20%.

Сухость бруса гарантирует усадку дома в первый год не более 5%, а во второй год не боле 3%. Это не позволит заниматься отделочными работами в год постройки, однако и не потребует ждать несколько лет до полной усадки.

Дома из клеёного бруса

Производство клеёного бруса принципиально отлично. Брус необходимо сечения клеят из заранее изготовленных и просушенных ламелей (досок). Получаемый материал обладает рядом преимуществ:

  • Поперечное расположение волокон древесины в соседних ламелях бруса значительно его укрепляют;
  • Влажность бруса до 10%;
  • Внешнюю сторону бруса делают из древесины лиственных пород, что исключает необходимость внешней облицовки дома;
  • Дома из клеёного бруса практически не дают усадки, а значит от завершения строительства до заселения сроки минимальны;
  • Недостатки клеёного бруса в более дорогой цене.

Заключение

Итак, клеёный и профилированный брус отличаются технологией их производства. Первый клеят из досок, второй строгают из заготовки хвойных пород. Клеёный брус более сухой, дом из него не даёт усадки, стоит он дорого. Стоит отметить, что оба типа бруса имеют профильные стороны шип-паз для лучшей сборки и утепления дома.

©opolax.ru

Еще статьи

 

Похожие статьи

ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ КЛЕЕНЫЙ БРУС ОТ ОБЫЧНОГО? 🏠 Иваново

 

ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ КЛЕЕНЫЙ БРУС ОТ ОБЫЧНОГО?

Дома из клееного бруса экологически чистые, красивые, простые в возведении.Данные строения, можно увидеть, как в элитных поселках, так и в черте крупных городов всех регионов. К приоритетным преимуществам деревянных домов из клееного бруса, можно отнести:

— Регулярный воздухообмен через массив, обеспечивающий проветривание.

— Беспрецедентную экологичность.

— Свойство дерева выделять фитонциды, обеззараживающие воздух.

— Эстетичный внешний вид.

— Низкую теплопроводность, позволяющую экономить на отоплении.

— Технологичность материала, упрощающую процессы строительства.

— Доступность обработки и декорирования.

— Инвестиционную привлекательность проекта в целом.

Несмотря на общность основных характеристик материалов из дерева, перед началом строительства необходимо ответить на вопрос: «Какой именно брус выбрать?». Большинство современных застройщиков, отдают предпочтение клееному брусу, отличающемуся долговечностью, надежностью, доступностью и адекватной ценовой политикой.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КЛЕЕНОГО БРУСА С ПРОФИЛИРОВАННЫМ БРУСОМ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЛАЖНОСТИ

Чтобы получить объективную оценку клееного бруса и профилированного бруса естественной влажности, проведем небольшой сравнительный анализ этих материалов .

Для начала определимся в понятиях:

— Клееный брус – это строительный материал, характеристики которого соответствуют всем требованиям, необходимым для индивидуального строительства. Клееный брус склеивают из предварительно высушенных   и колиброванных досок с помощью специального экологически  чистого клея.Технология его изготовления позволяет полностью сохранять все свойства натуральной древесины. Внешнее отличие дома, построенного из клееного бруса от бревенчатого сруба, заключается в ровных и плоских поверхностях.

— Профилированный брус естественной влажности — это строительный материал, который получается в результате четырехсторонней окантовки цельных бревен. Его повсеместно применяют для недорогого строительства дачных домиков и приусадебных построек. Технология изготовления материала считается самой простой и малозатратной. Застройщики предупреждают, что после окончания строительных работ, дом дает существенную и продолжительную усадку ввиду большой естественной влажности.

НЕДОСТАТКИ ПРОФИЛИРОВАННОГО БРУСА ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЛАЖНОСТИ

1.Усадка сруба 5-7 % от высоты. Удаление из древесины связанной влаги продолжается в течение 6-12 месяцев.  
2.Образование трещин и щелей.

3.Питательная среда для плесени, микроорганизмов и грибка. 4.Относительно высокий уровень влажности, составляющий 40-60%, требует крайне серьезного отношения к обязательной защите используемой в строительстве древесины.

КОНКУРЕНТНЫЕ ОТЛИЧИЯ КЛЕЕНОГО БРУСА

1.Усадка дома составляет 1-1,5 % от высоты.Стены из клееного бруса изначально сухие и готовы к отделке.
2.Клееный брус не имеет трещин.Возможно образование микротрещин.
3.В связи с тем что клееный брус изначально сухой он не подвержен образованию плесени и грибков.
4. Несмотря на то, что клееный брус несколько дороже, чем цельный, дома из него гораздо проще в отделке и в конечном итоге общая стоимость постройки и дальнейшей эксплуатации не будет существенно отличаться.
5.Дома из клееного бруса строятся в разы быстрее чем дома из бруса естественной влажности.

 

ЧАСТО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КЛЕЕНОГО БРУСА

Ель и сосна чаще всего используются в производстве клееного бруса. В зависимости от предназначений будущего, дома выбирается толщина стен. Так, например, для капитального жилья, оптимальным вариантом толщина стен будет 200мм.В нашей компании «Стройсоюз» используется брус разных размеров как по толщине от 160мм до 270мм,так и по высоте от 180мм до 400мм.

 

ОСНОВНОЕ ПРЕИМУЩЕСТВО

Исходя из этих, начальных требований, выбирается и рассчитывается материал стен,размер и профиль  бруса. Основным преимуществом на этом этапе можно считать стандартные размеры заготовок, что существенно сокращает расходы и сроки монтажа.

.

 

ОСТАЛЬНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА КЛЕЕНОГО БРУСА:

-Технология, используемая при производстве клееного бруса, предусматривает тщательную принудительную просушку всех пиломатериалов, обеспечивающую высокую прочность, устойчивость к влаге и ультрафиолету.

-В процессе изготовления клееного бруса, доски склеиваются специальным клеем, не выделяющим токсические вещества при строительстве и эксплуатации строения. В нашей компании «Стройсоюз»используется конструкционный клей Dynea-Prefere 6151 с нулевым содержанием формальдегида.

-Клееный брус обладает идеально гладкой поверхностью, которая не требует дорогостоящих способов декорирования.

-Эстетическая составляющая ничем не отличается от других видов деревянного материала, поскольку сохраняется естественный цвет дерева и натуральность.При этом дома из клееного бруса смотрятся современно и технологично.

-Технология клееного бруса обеспечивает минимальный процент деформации и усадки даже при длительной эксплуатации дома в самых неблагоприятных климатических условиях. 

-Устойчивость к механическим повреждениям.

-Высокая пожаробезопасность.Стены из клееного бруса практически невозможно зажечь.

-При изготовлении клееного бруса применяются защитные антисептические пропитки, которые предотвращают появление плесени, грибков и отталкивают влагу.

Какой брус лучше выбрать для строительства дома?

Лесстрой запускает серию статей по сравнению основных материалов для строительства дома. Эта серия будет полезна при первом рассмотрении вариантов для выбора. Первая статья посвящена брусу.

Обрезной брус

Самый простой и дешевый вид материала. Представляет собой результат распиловки массива дерева (обычно это сосна или ель). Чаще всего предлагается брус естественной влажности, квадратного или прямоугольного сечения. Минимальный размер, который встречается в предложениях по строительству домов  — 100х150, максимальный — 200х200. Длина обычно 6 м.

Плюсы:
— низкая стоимость
— доступность материала и простота заказа

Минусы:
— естественная влажность гарантирует наличие усадки сруба (1-2 сезона до установки дверей и начала отделки)
— необходимость обработки и отделки сруба
— необходимость использования более толстого межвенцового уплотнителя
— чаще встречается низкосортная древесина

Строганый брус

Это простой обрезной брус с обработанными гранями с целью сделать их гладкими во избежание дальнейшей отделки. Обычно после острожки брус обрабатывают антисептическими составами и антипиренами для предохранения от поражения вирусами, грибами и насекомыми и для повышения огнестойкости. Размеры строганого бруса соответствуют размерам простого обрезного.

Плюсы:
— более эстетический внешний вид по сравнению с обрезным брусом
— отсутствие необходимости обработки и отделки сруба
— стоимость ниже, чем у профилированного и клееного бруса

Минусы:
— длительная усадка (если брус естественной влажности)
— необходимость использования более толстого межвенцового уплотнителя

Профилированный брус

Это продукт более глубокой обработки бруса, когда на стыковочных плоскостях вырезается профиль для лучшего сцепления бруса друг с другом. Профиль позволяет убрать мостики холода, брус прилегает друг к другу очень плотно. При использовании сухого бруса с высококачественным профилированием строительство дома представляет собой более простой процесс по сравнению со строительством из обрезного или строганого бруса.

Существует несколько видов профиля:

  1. со скошенными фасками и «зубьями»
  2. «гребенка» с несколькими шипами
  3. с двумя шипами
  4. финский профиль (комбинированный)
  5. лунный профиль, когда одна или две стороны бруса имеет форму дуги — для придания вида оцилиндрованного бревна
  6. лунный D- и О-образный профиль

У всех них задача одна: повысить надежность соединения бруса и улучшить теплоизоляцию. При высоком качестве и достаточной глубине профиля иногда даже межвенцовый утеплитель не применяется. Хотя его наличие позволяет уплотнить стыковку бруса.

Необходимо понимать, что после профилирования исходный размер бруса всегда уменьшается на 5-10 мм, поэтому часто размер бруса в предложениях корректируется по сравнению с не профилированным: 90(95) мм вместо 100, 140(145) мм вместо 150 и т.д. Поэтому предложения по строительству домов из профилированного бруса, например, 150х150 и 140х140 (или 145х145) стоит воспринимать как равнозначные.

Профилированный брус может быть и естественной влажности, но чаще предлагается сухой. На теме влажности стоит остановиться подробнее, поскольку этот показатель серьезно влияет на стоимость бруса.

Нормы, регулирующие определение сухости пиломатериалов, в т.ч. бруса, обозначены в ГОСТ 8242-88 (п.2.2.4). Согласно этому документу, сухим считается пиломатериал, уровень влажности которого составляет:

  • 12±3% — если брус предназначен для внутренних помещений
  • 15±3% — если брус будет использоваться для наружных стен

Свежеспиленное дерево имеет влажность от 45-50% (при спиле зимой) до 100% (при спиле весной во время активного сокодвижения). Когда предлагают брус естественной влажности, эта влажность зависит от того, как давно спилили дерево и каковы условия хранения. Обычно брус естественной влажности содержит 40% влаги и больше.

Если предлагается сухая древесина атмосферной сушки, это предполагает, что заготовки бруса перед профилированием высушивают под укрытием и с обеспечением вентиляции (зазорами) в течение нескольких месяцев, потом профилируют. Влажность профилированного бруса атмосферной сушки обычно находится в пределах 15-25%, т.е. совсем сухим брус при атмосферной сушке не станет, но просушивается равномерно по всей толщине, что является преимуществом данного метода.

Брус, прошедший камерную сушку, имеет меньший процент влажности (8-12%), но и значительно более высокую стоимость за счет использования оборудования — сушильных камер, где брус находится от нескольких дней до 4 недель в зависимости от типа сушильной камеры.

Возвращаясь к профилированному брусу, отметим его преимущества и недостатки:

Плюсы:
— отличная стыковка бруса, что обеспечивает прочность домокомплекта и теплоизоляцию
— минимальная необходимость в использовании уплотнителя
— эстетический внешний вид
— сравнительная простота сборки домокомплекта
— небольшая усадка при использовании сухого бруса

Минусы:
— более высокая стоимость по сравнению с не профилированным брусом (до 80% при использовании сухого бруса)
— наличие усадки при использовании бруса естественной влажности или атмосферной сушки с высоким процентом влажности (более 20%)

Клееный брус

Отличается от всех других видов бруса тем, что он не является цельномассивным, а состоит из деревянных ламелей, предварительно высушенных и склеенных так, чтобы волокна древесины была разнонаправленными. Это самый дорогой вид бруса, поскольку он имеет одно неоспоримое преимущество: сухие составные ламели исключают усадку дома после его возведения. Клееный брус имеет те же типы профилей, что и профилированный.

Плюсы:
— отсутствие усадки дома, позволяющее сразу же приступить к отделке
— большее разнообразие размеров бруса (толщина стены)
— низкие показатели теплопроводности
— эстетический внешний вид — при производстве ламелей используется высший сорт древесины без сучков

Минусы:
— высокая стоимость
— использование клеевых составов позволяет противникам этого материала говорить о его неэкологичности

Как сравнить?

Попробуем разложить эти материалы по требуемым характеристикам, используя самую простую шкалу оценки:

  • + хорошая характеристика по данному параметру
  • — плохая характеристика
  • +/- среднее значение

По всем параметрам принцип оценки одинаковый (т. е. если у материала низкая теплопроводность или низкая стоимость строительства, то будет стоять +, т.к. это хорошее значение, а наличие усадки будет отмечено -, т.к. это плохое значение).

Материал

Доступность

Прочность

Теплопроводность/Необходимость утепления

Внешний вид

Необходимость отделки

Скорость строительства

Наличие усадки

Экологичность

Стоимость

Вывод

Обрезной брус + +/- + + Дешевый материал. Итоговое качество дома зависит от качества леса и мастерства плотников.
Строганый брус + +/- +/- +/- + + По сути, отличается от обрезного бруса только более эстетичным видом.
Профилированный брус +/- + +/- +/- +/- + +/- + +/- Благодаря гребенке упрощается сборка дома и повышается прочность конструкции. Меньшие требования к квалификации плотников по сравнению с обычным брусом. Но более дорогой. Важно качество профиля.
Клееный брус +/- + + + + + + +/- Самый эстетичный и быстровозводимый материал, усадка незначительна. Но экологичность зависит от применяемых клеевых составов. И самый дорогой.

 

Материалы по теме:

Сколько должен стоить кв.м дома из бруса
Из чего построить дом для постоянного проживания
Строим дом из необычного бруса

Материалы по теме

Чем отличается клееный брус от профилированного бруса?

Если выбирали для строительства дома брус, узнайте чем отличается профилированный брус от клеенного. Деревянные здания распространены в России очень широко, ведь есть ряд преимуществ:

  • сравнительно невысокая стоимость постройки;
  • низкая теплопроводность;
  • быстрый и недорогой монтаж;
  • экологичность материала;
  • полезный для здоровья микроклимат;
  • стены из дерева «дышат».

Теперь непосредственно о брусе.

Профилированный брус и его свойства

Материал производится из цельной древесины. На лесоперерабатывающих предприятиях у бревна — отпиливают кромку с четырех сторон, до образования пиломатериала правильной квадратной или прямоугольной формы.
Затем, для достижения высокого качества пиломатериала, его отправляют в сушильный цех, где влажность изделия понижается до 18-20%. Более дешевый вариант — материал без просушки. На последнем этапе подгоняют размеры всей продукции к одному стандарту с точностью до миллиметра, фрезеруют, и, если это требуется, делают соединение типа «шип-паз».
В результате получается эстетичный на вид стройматериал, который можно быстро монтировать, обойтись без внешней и внутренней отделки.
Но есть и ряд недостатков:
1. Стены из профилированного бруса требуют постоянного ухода.
2. Необходимо выждать хотя бы пол года, пока произойдет усадка дома. В это время нельзя ставить ни окна, ни двери. Поэтому быстрый монтаж не поможет вам быстро заселиться в новое жилище. По мере усадки, будут появляться щели, которые нужно утеплять.
3. Через 1-5 лет, в зависимости от качества материала, по брусу пойдут трещины, поэтому придется либо заняться отделкой, либо искать дизайнерское решение.
Теперь разберем чем отличается клееный брус от профилированного бруса.

Клееный брус и его свойства

В качестве составляющих качественного клееного бруса используют ламели. Это отборные просушенные доски, строганные, тщательно отшлифованные и подогнанные друг под друга. Затем ламели склеивают между собой на специальных станках и снова просушивают. За счет 2 этапов сушки влажность готовой продукции колеблется в пределах 11-13%. На последнем этапе проходит процесс фрезеровки.
Эстетичный вид клееного бруса обычно превосходит профилированный, так как готовый стройматериал может иметь разнообразную форму. При этом со временем материал не рассыхается и на нем не образуется трещин. А значит можно совсем обойтись без отделки.
Низкая влажность стройматериала позволяет минимизировать усадку до 0,5-1%, и не придется заниматься утеплением стен первые три года, достаточно будет сделать это при строительстве.
Окна и двери можно установить сразу после возведения дома. Можно заселиться в жилье, не ожидая усадки, и не делая отделку. Что позволит сэкономить деньги. Да и разве не здорово заехать в дом через 1-2 месяца после покупки участка?
Готовый стройматериал может достигать 18-20 метров, что позволяет возводить практически монолитные здания. Соответственно и прочность таких строений выше.
А чтобы разобраться объективно, что лучше клееный брус или профилированный брус, необходимо рассмотреть еще и недостатки клееного материала.
Их всего два:
1. Высокая стоимость. Значительно выше, чем у профилированного.
2. Использование клея в производстве материала. Только качественный клей может гарантировать, что брус не расслоиться. И это еще больше увеличивает стоимость. К тому же, содержание формальдегидов должно быть менее 0,5 мг/литр. В противном случае материал нельзя назвать экологичным, ведь превышенное содержание вещества вредно для здоровья.

Что лучше профилированный брус или клееный брус?

Если бюджет ограничен, есть возможность ждать заселение в новый дом полгода или год, и есть желание ухаживать за домом, то стоит рассмотреть вариант с профилированным брусом. Не стоит гнаться за дешевым клееным брусом, его качество может быть сомнительным. Лучше построить дом из профилированного бруса от проверенного производителя, и правильно ухаживать за ним.
А если средства позволяют, или нужно заселиться как можно скорее, то вариант постройки дома из фирменного клееного бруса будет предпочтительней. В результате получиться дом, выделяющийся на фоне других, изящным дизайном. Внутренние помещения будут выглядеть модно, экологично, и не потеряют вид со временем.
Теперь вы знаете, чем отличается профилированный брус от клееного бруса.

Клееный брус | WoodSolutions

Glulam, сокращение от клееного клееного бруса, представляет собой инженерный продукт из дерева. Крупные элементы из клееного бруса изготавливаются из более мелких кусков выдержанной и выдержанной древесины, известной как ламинат.

Клееный брус возник в Германии примерно в 1900 году, но не попал в Австралию до 1950-х годов. В настоящее время он используется как в структурных, так и в декоративных целях.

Производство
В процессе производства производятся клееные клееные элементы больших и длинных размеров, что также приводит к повышенной прочности по сравнению с прочностью отдельного элемента.Это также означает, что можно производить гораздо большие куски древесины, чем это было бы возможно при использовании традиционных цельных пиломатериалов. Клееный брус неизменно прочнее массивной древесины, отчасти из-за уменьшения размера и появления естественных дефектов.

Древесные ламинаты, используемые в производстве клееного бруса, как правило, сшиваются в непрерывные отрезки с шиповым соединением и доступны в различных породах как мягкой, так и твердой древесины. Толщина ламинатов будет зависеть от применения и используемых видов.Перед склеиванием ламинаты тщательно правятся до точной и одинаковой толщины. Ламинаты также будут сжаты вместе под постоянным давлением, пока клей не затвердеет. После склеивания элементы строгаются, обрезаются до точного размера и могут быть покрыты водоотталкивающим герметиком.

Многие производители могут производить изделия различных форм и размеров по желанию дизайнера. Длина и форма секций клееного бруса ограничивается только производственными, транспортными и погрузочно-разгрузочными возможностями.

Австралийские производители обычно производят глубокие секции с горизонтальным расположением ламината. В Европе клееный брус использовался с ламинированием лицевой и кромочной поверхностей для производства глубоких профилей с вертикальным ламинированием; этот метод также может использоваться некоторыми австралийскими производителями.

Возможно изготовление клееной балки из слоистых материалов более высокой прочности в зонах высоких нагрузок, таких как верхние и нижние пластины балок, и слоистых материалов меньшей прочности в зонах низких нагрузок. Армирование сталью и волокном также может быть включено в области высокого растягивающего напряжения и может быть расположено либо параллельно, либо перпендикулярно направлению ламината.

Пригодность для строительных конструкций 

Клееный брус предлагает множество преимуществ, когда речь идет о строительных конструкциях:

  • Большие сечения и большие длины – клееный брус может изготавливаться изогнутым или прямым и часто используется в качестве конструкционных балок. Соединение на пальцах позволяет использовать большие длины.
  • Повышенная прочность благодаря процессу ламинирования — клееный брус прочнее массивной древесины, так как имеет меньше естественных дефектов и более широкое распространение.Он также сравним со сталью по прочности, но намного легче.
  • Высокая степень стабильности размеров — клееный брус изготавливается из выдержанной древесины и, следовательно, менее подвержен деформации, вызванной изменениями влажности. Однако необходимо соблюдать осторожность, если они используются снаружи или в среде с быстро меняющейся влажностью (например, в крытом бассейне). Набухание и усадка могут привести к расщеплению или, в крайнем случае, расслаиванию балки.
  • Надежность — клееный брус изготавливается в соответствии со строгими требованиями к качеству из древесины, прошедшей сортировку по нагрузке, с известной конструкционной способностью.В Австралии действуют программы обеспечения качества клееного бруса, но не все производители могут к ним принадлежать.
  • Химическая стойкость — клееный брус устойчив к большинству кислот, ржавчине и другим агрессивным веществам. Типичное использование в коррозионных ситуациях включает комплексы по обработке шкур животных, склады удобрений и плавательные бассейны.

Клееный брус — обзор | ScienceDirect Topics

18.8 Примеры использования

Общепринятого единого определения изделий из инженерной древесины (EWP) не сформулировано.Согласно Википедии, EWP включает в себя ряд производных изделий из древесины, которые производятся путем связывания или фиксации прядей, частиц, волокон, шпона или досок вместе с клеями или другими методами фиксации для образования композитного материала.

EWP были разработаны для достижения нескольких основных целей. EWP позволяют использовать более длинные строительные элементы или элементы с большим поперечным сечением, чем то, что можно найти в природе. EWP можно использовать как для противодействия изменчивости и ортогональным свойствам древесины, так и для эффективного использования древесных отходов, таких как опилки или щепа. EWP также можно использовать в сочетании с древесиной и другими материалами.

Наиболее распространенными разновидностями ЭРМ являются обшивочные материалы (доски), конструкционные балки, массивные деревянные строительные элементы, комплектующие для столярных работ. Наибольшие объемы ЭДП составляют плитные материалы; фанера из поперечно склеенного шпона, ориентированно-стружечные плиты (ОСП) из более крупной щепы, древесно-стружечные плиты из щепы или опилок, древесноволокнистые плиты средней плотности (МДФ), а также ДВП из древесного волокна подходят как для столярных, так и для конструкционные цели.Балки EWP могут быть клееными, изготовленными из сращенных и клееных досок, клееного бруса из шпона (LVL), изготовленного из шпона, двутавровых балок, изготовленных из досок и цельных или LVL полок, или пиломатериалов из параллельных прядей (PSL), изготовленных из полос шпона. Продукты EWP для столярных работ обычно изготавливаются из цельной древесины или цельной древесины в сочетании с плитным материалом, сучки которого удаляются или скрываются за счет комбинации шипового соединения и ламинирования. Существует несколько других разновидностей, и различные категории продуктов, как правило, могут использоваться в широком спектре приложений и часто перекрываются.

Одной из разновидностей EWP являются реконструированные изделия из дерева. Мы предлагаем определить это как продукты, в которых отдельные куски дерева разрезаются перед повторным соединением кусков, чтобы сформировать новый компонент, сделанный из кусков необработанной древесины. Типичными примерами являются оконные заготовки, в которых секции с сучками вырезаются из доски перед повторной сборкой древесины с помощью шипового соединения, чтобы сформировать компонент без сучков, или доски, которые раскалываются до того, как исходные внешние поверхности повернуты друг к другу и снова собраны для получения компонентов. с улучшенными поверхностными свойствами или стабильностью размеров.

Помимо производства собственно ЭРМ, все большее значение при создании композитов на основе древесины в сочетании с другими материалами приобретает технология склеивания. Стержни и пластины из стали, алюминия или стекловолокна обычно вклеиваются в древесину для обеспечения эффективного крепления деревянных элементов или для соединения крупных строительных элементов на строительной площадке.

Ниже приведены некоторые примеры использования клеевой технологии в деревообработке. Выбранные примеры отражают развитие инженерных изделий из древесины во времени от первых изделий из инженерной древесины, таких как клееный брус и фанера, до более поздних применений, таких как LVL и CLT, а также использование клея в соединениях, таких как шиповые соединения и вклеивание. стержни.

Клееный брус (GLT) в основном получается путем укладки нескольких досок или пластин друг на друга и склеивания их вместе, так что они образуют поперечное сечение балки желаемой формы. Уже около века клееный брус используется как материал с улучшенными характеристиками по сравнению с массивной древесиной. Ранние образцы конструкций из клееного бруса, которые все еще используются, можно найти на железнодорожных станциях в Мальмё и Стокгольме, Швеция, построенных в 1922 и 1925 годах соответственно; в обоих случаях конструкции склеивались казеиновым клеем. Среди наиболее часто упоминаемых преимуществ клееного бруса:

Улучшенные характеристики прочности и жесткости

Свобода выбора геометрических форм качества ламинирования по отношению к ожидаемым уровням нагрузки

Повышенная точность размеров и стабильность формы при воздействии влаги.

Теоретически клееный брус можно производить практически любого размера.По практическим причинам, связанным с транспортировкой и планировкой завода, максимальная длина обычно составляет примерно 16–30 м. Другим ограничивающим фактором размера является жизнеспособность клея; очень большие или сложные укладки балок требуют слишком много времени для сборки. Клееный брус бывает различной формы: наиболее распространены прямые призматические балки и колонны, но также широко используются изогнутые или конические балки.

Клееный брус представляет собой высокотехнологичный продукт, который благодаря промышленному методу производства позволяет осуществлять контроль качества в процессе производства. Контроль качества включает испытания на изгиб или растяжение шиповых соединений, испытания на расслоение и испытания на сдвиг клеевого шва. Такие методы контроля качества являются важной частью производства клееного бруса и включают как внутренний контроль, осуществляемый производителем, так и внешний контроль, осуществляемый независимой третьей стороной.

На заре производства клееного бруса пластины вообще не соединялись по длине, но введение шипового соединения в начале 1960-х радикально улучшило характеристики клееного бруса.Шиповое соединение можно описать как соединение внахлест, и это очень эффективный способ сращивания деревянных элементов (рис. 18.6).

Рис. 18.6. Пальцевое соединение, вырезанное из древесины ели и скрепленное фенольным резорцином.

Конструкционная древесина с шиповым соединением может использоваться так же, как и цельная древесина. Сустав пальцев приводит к уменьшению площади, которая пропорциональна отношению ширины кончиков пальцев к шагу пальцев. Это соотношение должно быть небольшим, и этого можно добиться, используя малую ширину наконечника, т.е.е., порезав пальцы как можно острее. Хотя сустав пальца, очевидно, следует рассматривать как слабый участок, с меньшей прочностью, чем у чистой древесины без сучков, не всегда верно, что сустав является самым слабым участком. Это связано с тем, что другие части соединительных элементов могут включать узлы, снижающие прочность, и отклонение направления волокон, которые являются более серьезными с точки зрения снижения прочности. В некоторых случаях шиповое соединение выполняется просто для получения пластин или шпилек определенной длины, что оптимизирует использование исходного материала.Устранение дефектов (сучков) для повышения прочности и эстетики — еще одна причина для использования этого эффективного типа соединения.

CLT (поперечноклееный брус) – панельный продукт, полученный путем склеивания досок из цельной древесины, расположенных слоями, ориентированными перпендикулярно друг другу (как фанера, но с более толстыми слоями). Соседние слои имеют доски, ориентированные в ортогональных направлениях, а количество слоев составляет не менее 3 и редко более 9, образуя плоские листы, которые используются в качестве несущих стен, крыш или полов.CLT в основном склеивают полиуретановыми клеями, реже клеями MUF. Склеивание осуществляется при температуре окружающей среды быстротвердеющими клеями. Размер панелей может варьироваться шириной 1,2–3 м и длиной 16 м. Также доступны панели длиной до 30 м. CLT используется в качестве сборных элементов зданий и может заменить сборные железобетонные элементы. С помощью элементов CLT и GLT недавно были разработаны новые строительные системы, позволяющие возводить высокие деревянные здания.Системы на основе CLT отличаются конструктивной гибкостью и возможностью использования CLT не только в качестве несущего элемента, но и в качестве изоляции. CLT как древесный продукт является экологически чистым и устойчивым. Гибридные системы, сочетающие CLT и бетон, очень распространены. В таких системах бетон чаще всего используется для лестниц и лифтовых шахт, которые, в свою очередь, используются для горизонтальной стабилизации здания. Бетон также используется для полов, в некоторых случаях в качестве покрытия пола из CLT для увеличения массы и улучшения акустических характеристик и огнестойкости.

Параллельно с массивными деревянными конструкциями в деревянном строительстве также используются легкие инженерные изделия из дерева, такие как двутавровые балки . Двутавровые балки представляют собой клееные EWP, обычно состоящие из твердой древесины с классом прочности или фланцев LVL или GLT и стенки, изготовленной из древесных панелей, таких как OSB, HDF или фанера. Для получения длинных балок полки соединяют шипами. Разработка двутавровых балок началась в 1960-х годах в Северной Америке. Двутавровые балки доступны в широком диапазоне размеров: глубиной от 160 до 610 мм и длиной до 24 м.Клеи, используемые для двутавровых балок, представляют собой MF, MUF, PUR и PRF. Использование двутавровых балок в стенах высотных деревянных зданий более ограничено по сравнению с CLT из-за различий в жесткости и устойчивости.

Фанера получается из шпона, уложенного друг на друга в нечетное количество слоев, каждый слой имеет направление волокон, повернутое на 90 градусов. В результате получается листовой материал с меньшей ортотропией. С начала 20 века фанера производится промышленным способом.В течение многих лет он использовался для авиастроения как высокотехнологичный материал того времени и объект обширных исследований. Раньше производство было основано на натуральных клеях, но сегодня клеи ПФ горячего отверждения обычно используются для производства конструкционной или морской фанеры.

Процесс резки или даже измельчения сырья на более мелкие части, такие как хлопья или волокна, привел к разработке стружечных плит , таких как плиты с ориентированной стружкой (OSB) или волокнистые плиты высокой плотности (HDF) .В этих видах продукции переориентация сырья приводит к меньшей степени ортотропии, как это было в случае с фанерой. Однако меньшая ортотропия обычно достигается за счет меньшей прочности по сравнению с прочностью массивной древесины, нагруженной параллельно волокнам. С другой стороны, получаемые преимущества включают улучшенную стабильность размеров и доступность в больших размерах. Клеи, используемые при производстве этих материалов, включают UF, PF, MUF или p-MDI (изоцианат) [49,50].

Ламинированный брус из шпона (LVL) получают путем склеивания нескольких слоев шпона с помощью конструкционного клея, аналогично процессу изготовления фанеры. Однако в LVL все виниры ориентированы с одинаковым направлением волокон. Иногда несколько слоев ориентированы в поперечном направлении, чтобы улучшить размерную стабильность и прочность, перпендикулярную направлению основного зерна. Шпон имеет толщину примерно 2,5–5 мм и укладывается друг на друга для получения заготовок толщиной от 20 до 90 мм.Затем им придают желаемую форму, и конечные доступные продукты включают балки и коллекторы глубиной 65–1200 мм и длиной до 25 м. Клей, используемый при производстве ЛВЛ, обычно представляет собой ПФ. К основным преимуществам, связанным с использованием LVL, можно отнести повышенную прочность и меньшую изменчивость по сравнению с массивной древесиной. В середине и конце 1980-х годов были представлены два аналогичных продукта, известных как клееный брус (LSL) и брус из параллельных прядей (PSL). PSL производится путем разрезания шпона на нити и склеивания клеем PF для формирования заготовок, которые затем разрезаются на балки и перемычки.Хотя LSL похож на PSL, он производится из прядей, которые вырезаются непосредственно из бревна, а затем собираются в заготовки с использованием клея MDI (изоцианата) [51].

Последним примером эффективного использования клеев в древесине являются вклеенные стержневые соединения . Вставляя стальные стержни, болты с резьбой или деформированные арматурные стержни или стержни из пултрузионного полиэстера, армированного стекловолокном (GFRP), можно получить прочные и жесткие соединения балок с колоннами или фундаменты колонн.Также можно использовать вклеенный стержневой соединитель для армирования древесины перпендикулярно волокнам. Этот тип разъема успешно используется в странах Северной Европы и в Германии с 1970-х годов. Клеи, используемые в этих соединениях, представляли собой эпоксидные смолы и полиуретаны, хотя даже модифицированные PRF использовались в европейской программе исследований вклеенных стержней [52]. Основные преимущества использования этого типа соединения связаны с его свойствами прочности и жесткости в сочетании с эстетикой, достигаемой за счет почти невидимого соединителя.Встраивая стальные детали в изоляционную древесину, также можно получить хорошие противопожарные свойства. Основным недостатком использования вклеенного стержневого соединителя, возможно, является сложность получения пластичного соединения, позволяющего избежать хрупкого разрушения.

Механические свойства клееного бруса с различными схемами сборки

Секция из клееного бруса с пластинами разных сортов может эффективно использовать прочность материала и снизить стоимость. Испытание на изгиб в 4 точках было проведено на 18 образцах для исследования механических свойств клееного бруса.Для сборки секций балки использовались однородные, асимметричные смешанные и симметричные смешанные модели. По результатам экспериментов оценивали изгибную жесткость и надежность балок. Влияние схемы сборки на поведение клееного бруса при изгибе было исследовано с помощью моделей конечных элементов. Результаты показывают, что схема сборки секции мало влияет на режим разрушения клееного бруса. Относительная меньшая прочность в сжатой области сечения способствует замедлению появления первой трещины на балке из клееного бруса.Предложено уравнение для кажущейся жесткости клееного бруса на изгиб, результаты которого хорошо согласуются с результатами эксперимента. Секция балки, собранная по асимметричной смешанной схеме, сохраняет более высокий уровень безопасности по сравнению с балочной сборкой по однокомпонентной и симметричной смешанной схемам. Марка второй нижней пластины на растяжение мало влияет на характеристики клееного бруса, в то время как пластины более низкой марки в сжатой зоне сечения вызвали бы снижение жесткости на изгиб при меньшем прогибе.

1. Введение

Конструкционный клееный брус широко используется в деревянных конструкциях. Этот материальный продукт известен как материал, склеенный из отобранных кусков дерева путем соединения пиломатериалов встык, край в край и лицом к лицу [1]. По сравнению с пиломатериалами клееный брус может быть выполнен с большим пролетом и переменным поперечным сечением в зависимости от конкретных применений [2–7]. Кроме того, естественные дефекты, снижающие прочность, рандомизированы по всему объему структурного элемента.Появление клееного бруса принципиально решило проблему несоответствия древесины техническим требованиям по размерному разбросу и дефектам. Следует отметить, что конструктивные элементы из клееного бруса имеют завышенную прочность из-за его хрупкого вида разрушения. Важной особенностью клееного бруса является то, что при склеивании пластин можно получить секции с более высокой прочностью, чем прочность одиночной пластины, из которой они построены [8].

Было проведено множество исследований характеристик клееного бруса.Торатти и др. [9] провели анализ надежности клееной балки, который показал, что влияние изменения прочности незначительно. Томаси и др. [10] исследовал поведение на изгиб смешанных и армированных балок из клееного бруса. Результаты показали, что стальная арматура снова оказалась способной обеспечить простое и надежное решение. Хирамацу и др. [11] провели исследование прочностных свойств клееного бруса. Результаты показали, что использование клеевых краевых соединений не повлияло на разрушение образцов.Аншари и др. [12] предложили новый подход к усилению клееных балок, который был испытан на изгиб. Телес и др. [13] провели неразрушающий контроль для оценки прогиба клееных балок, изготовленных из твердой древесины. Роханова и Лагана [14] сделали описание параметров качества и соответствующих требований к конструкционной древесине. Финк и др. [15] предложили и проиллюстрировали вероятностный метод моделирования несущей способности клееного бруса. Карраско и др. [16] провели несколько испытаний для изучения влияния косого соединения на характеристики балки из клееного бруса.Бланк и др. [17] предложил аналитическую модель, которая продемонстрировала, что производительность балок из клееного бруса значительно повышается, если учитывать квазихрупкость. Кендлер и др. [18] провели испытание балок из клееного бруса с морфологией сучков, результаты которого показали, что механические модели деревянных элементов должны быть разработаны для реалистичного прогнозирования механических свойств.

При традиционном проектировании и изготовлении клееного бруса по сечению используются пластины однородного сортамента.Влияние схемы сборки на элементы конструкции не учитывается, что является пустой тратой материалов. Секция из клееного бруса с пластинами разных сортов может эффективно использовать прочность материала и снизить стоимость. Несмотря на то, что несколько основных схем сборки охвачены некоторыми руководствами и стандартами по проектированию [19–22], необходимо провести дополнительные исследования влияния схем сборки на характеристики клееного бруса. В этом исследовании проводятся испытания балок на изгиб в 4 точках для оценки механических свойств клееного бруса.Используются три типа шаблонов сборки, которые включают сборку однородного класса, асимметричную сборку смешанного класса и симметричную сборку смешанного класса. По результатам экспериментов оценивают изгибную жесткость и надежность балок различными методами. Также проводится параметрический анализ ABAQUS.

2. Экспериментальная программа
2.1. Свойства материала

Образцы клееного бруса, протестированные в этом исследовании, были изготовлены с использованием шести сортов пластин из пихты Дугласа, от класса Me 8 до Me 14.Образцы клееного бруса были изготовлены и испытаны на предел прочности и модуль упругости, как показано на рис. 1. Свойства материала клееного бруса приведены в таблице 1. Эпоксидная паста для склеивания имела модуль упругости при пределе прочности на растяжение 23. –26 МПа и прочность на сдвиг 13–16 МПа, которые обеспечиваются поставщиками.




Усилительное напряжение (MPA) Упругая модуль в напряжении (МПа) Ultimate Сжимающий стресс (MPA) Упругостиящая модуль в сжатии (МПа)

Me8 18. 1 8636 33,6 8787
ME9 21,8 9381 37,7 9692
ME10 22,6 10336 40,9 10828
me11 24.6 11538 43.3 11629
ME12 26.3 12318 46.6 12630
Me14 32.8 14063 57,2 14282

9013 Проектирование и изготовление образцов

Клееный брус сортов 21 и 24 был спроектирован в соответствии с китайским стандартом GB/T 26899-2011 [19], при этом пластины были склеены вместе в 6 слоев, как показано на рисунке 2. Три типа сборки использовались образцы, которые включали однородную сборку (TC T ), асимметричную смешанную сборку (TC YF ) и симметричную смешанную сборку (TC YD ). Для каждого профиля было разработано по три образца, в этом случае всего было изготовлено 18 образцов. Ширина и глубина всех образцов составляли 90 мм и 200 мм соответственно. Пролет всех образцов составлял 3750  мм. Отношение пролета к глубине составляло 18,75, что способствовало изгибу, а не сдвигу. Образцы были зажаты под давлением 0,5 МПа в течение 24 часов, как показано на рисунке 3, и подвергались постотверждению при температуре окружающей среды в течение 7 дней.

2.3. Установка и процедура испытания

Образцы были подвергнуты 4-точечному статическому изгибу, как показано на рис. 4.Вертикальные нагрузки прикладывались к пролету 1400 мм и 2200 мм через испытательную машину 100 кН со скоростью 2 мм/мин в соответствии с GB/T 50329-2002 [23]. Использовался метод контроля смещения, а общая продолжительность нагрузки устанавливалась в пределах от 6 до 14 минут. Шесть тензорезисторов были размещены на каждой пластине в середине пролета балки. Осадку на опоре и прогиб образца регистрировали с помощью линейных регулируемых дифференциальных трансформаторов (LVDT).

3. Экспериментальные результаты
3.1. Разрушение образцов

Предельная нагрузка и режим разрушения 18 образцов приведены в таблице 2. Можно видеть, что прочность асимметричного участка сборки из смешанных материалов и симметричного участка сборки из смеси сортов выше, чем участка односортной сборки. На рис. 5 показаны явления разрушения типичных образцов. За исключением образца ТС Т -21, во всех образцах наблюдалось разрушение нижней пластинки при растяжении. Большинство трещин возникло из-за сучков на нижней пластине.Разрушения при сжатии и отслаивания не наблюдалось. Следует отметить, что расслоение, показанное на рис. 5, действительно произошло после разрушения образцов при растяжении. Некоторое отслоение происходит даже в самой пластине, а не в клеевом слое. По этой причине напряжение сдвига между пластинами в исследовании не учитывается. Это может означать, что схема сборки не повлияет на режим разрушения клееного бруса.


99.03 YD -21 (1) -21 (1) 9015 43.59 37.16

9015 55.38

Ultimate Load (KN) Отказ в режиме отказа
Тестовые результаты Среднее значение
TC T -21 (1) 30. 02 29.06 Прокачка растяжения Нижняя Lamina
TC T -21 (2) 28.91
TC T -21 (3) 28.24

TC YF -21 ( 1) 40.53 39.23 39.23 Растягивающая провал дна Lamina
TC YF -21 (2)
TC YF -21 (3) 38.13

TC
45.03 43.59 Растягивающая провал дна Lamina
TC YD -21 (2) 43.37
TC YD -21 (3) 42.37

TC T -24 (1) 38. 27 37.34 37.34 Растягивающая провал снизу Lamina
TC T -24 (2)
TC T -24 (3) 36.59
TC YF Tc YF 2 -24 (1) 50.77 49.84 Прокачка растяжения Нижняя Lamina
TC YF -24(2) 50.10
TC YF -24 (3) 48.65
TC YD -24 (1) 56.63 Прокачка растяжения дна Lamina
TC YD -24 (2) -24 (2) 55.67
TC YD -24 (3) 53.83


3.
2. Реакция балок на нагрузку-прогиб

На рис. 6 показана реакция образцов на нагрузку-прогиб.Представлена ​​только одна типичная кривая каждой схемы сборки. Анализ кривых нагрузки-перемещения показывает, что даже трещины инициировались и распространялись вместе с увеличением вертикальной нагрузки, поведение образцов оставалось почти линейным, и до разрушения образцов не происходило значительного снижения жесткости. Можно видеть, что жесткость секций сборки смешанной марки была выше, чем жесткость секции сборки однородной марки. Можно сделать вывод, что поведение нижней пластины оказывает наибольшее влияние на прочность и жесткость клееного бруса, а не средней пластины.

Растрескивающая нагрузка асимметричного сборочного участка из смешанных сортов больше, чем у однородного и симметричного сборочного участка из смешанных сортов в секциях из клееного бруса класса 21 и класса 24. Этот факт может свидетельствовать о том, что относительная меньшая прочность в сжатой области сечения способствует замедлению появления первой трещины на балке из клееного бруса по сравнению с однородным и симметричным смешанным сборочным сечением. На рис. 6 также показано, что секции сборки смешанного класса имеют больший предельный прогиб, чем секция сборки с однородным классом.Сравнивая секции из клееного бруса сортов 21 и 24 с одной и той же схемой сборки, можно увидеть, что деформационная способность клееного бруса будет уменьшаться с увеличением сорта клееного бруса.

3.3. Распределение деформации в секции в середине пролета

Пластины секции пронумерованы от 1 до 6 сверху секции. На рис. 7 показано распределение деформации в середине пролета типичных образцов при различных уровнях нагрузки. Всего для шести секций в классах 21 и 24 секции растяжения и сжатия находятся в упругом состоянии на ранней стадии нагрузки, что подтверждает отсутствие проскальзывания на границе раздела между пластинами в секции.После образования трещин наблюдалась нелинейность при растяжении и сжатии, свидетельствующая о дальнейшем развитии трещин в образцах. Значения, приведенные в таблице 3, показывают, что асимметричная схема сборки допускает более высокое напряжение в клееной древесине при разрушении, чем симметричная схема сборки.


Нагрузка на неудачу (кн) Максимальная растягивающая штамма в нижней пластинке ( με ) Максимальная растягивающая напряжение в нижней ламинаре (МПа)

ТК Т -21(1) 30.02 2

8

2200 22.7
TC T -21 (2) 28.91 2100 21.7
TC T -21 (3) 28.24 2050 21.2
TC YF -21 (1) -21 (1) 40.53 3050 37.6
TC YF -21 (2) 39.03 3000 36.9
TC YF -21(3) 38.13 2900 2900 35.7
TC YD -21 (1) 45. 03 2750 33.8
TC YD -21 (2) 43.37 2600 32.0
TC YD -21 (3) 42.37 42.37 2550 31.4
TC T -24 (1) 38.27 1500 18.0
TC Т -24(2) 37.16 1400 1400 16.8
TC T -24 (3) 36.59 1350 16.2
TC YF -24 (1) 50.77 2250 27.7
TC YF -24 (2) 50.10 2200 2900
TC YF -24 (3) 48.65 2050 25.2
TC Ярд -24(1) 56.63 1900 26.6
TC YD -24 (2) 55. 67 55.67 1800 25.9
TC YD -24 (3) 53.83 1650 23.1

4. Обсуждение результатов
4.1. Жесткость при изгибе

Экспериментальная кажущаяся жесткость при изгибе (EI) e.app балки из клееного бруса для всего пролета [23] может быть получена из кривых нагрузка-прогиб с использованием следующего уравнения: где Δ F ω — наклон кривой прогиба нагрузки, l s — расстояние между точкой приложения нагрузки и опорой, а L — пролет балки.

Теоретическая жесткость на изгиб ( EI ) em балки из клееного бруса может быть получена из упругой модели с использованием уравнения (2). Межслойные скольжения и вклад эпоксидных клеев в расчет не учитывались: где E i – модуль упругости слоя , A i — площадь слоя i , а a i — расстояние между центром тяжести слоя i и нейтральной осью.

Уравнение из ссылки [21], которое может учитывать деформацию сдвига и отношение длины к высоте балки из клееного бруса, также используется для расчета теоретической жесткости на изгиб ( EI ) ec балки из клееного бруса :где G w – модуль сдвига пластин, равный 730 МПа [24], H – высота балки, k – коэффициент деформации сдвига, определяемый по формуле h w – стенка высота, b w — ширина стенки, b — ширина балки.

Как указано в Таблице 4, жесткость на изгиб секции балки класса 21 на основе простой упругой модели выше экспериментальных результатов, а жесткость секции балки класса 24 ниже экспериментальных результатов. При рассмотрении деформации сдвига и отношения пролета к глубине теоретические значения становятся ниже для секций балки класса 21 и класса 24.




( EI ) e. APP ( EI ) EM EM EI ( Ei ) EI ) EI / ( Ei ) E.APP ( EI ) EI ( Ei ) EC / ( Ei ) Ei ) EI ) Ei 9059
TC T -21 (1) 5.05 6.16 1.23 5.77 1.14
ТК Т -21(2) 4.97 6.16 6.16 1.24 5.77 1.16
TC T -21 (3) 4.93 6.16 1.25 5.77 1.17
TC YF — 21 (1) 5.45 6.44 6.44 1.18 6.01 1.10
TC YF -21 (2) 5.23 6.44 1.23 6.01 1. 15
ТК YF -21(3) 4.98 6.44 6.44 1.29 6.01 1.21
TC YD -21 (1) 6.02 6.89 1.14 60158
TC YD — 21 (2) 5.88 6.89 6.89 1.4015 6.40158
TC YD -21 (3) 5.76 6.89 1.20 6.40158
ТК Т -24(1) 5.76 60158 6.74 1.17 6.27 1.09
TC T -24 (2) 5.43 6.74 1.24 6.27 1.15
TC T — 24 (3) 5.38 6.74 6.74 1.25 6.27 1.17
TC YF -24 (1) 6.80 7.50 1. 10 6.98 1.02
ТК YF -24(2) 6.56 701518 1.14 6.98 6.98 1.06
TC YF -24 (3) 6.36 7.50 1.18 6.98 1.10
TC YD — 24 (1) 7.38 7.92 7.92 1.07 7.29 0.99
TC YD -24 (2) 7.01 7.92 1.13 7.29 1.04
TC YD -24(3) 6.88 7.92 7.92 1.15 7.29 1.06

Поскольку уравнение (3) слишком сложно использовать, поправочный коэффициент K v для теоретической жесткости изгиба было предложено в работах [7, 25]: где m , n , p — константы, определяемые опытным путем.

На основании экспериментальных результатов в этом исследовании предлагается следующий поправочный коэффициент K v1 :

На рис. 8 показано сравнение между экспериментальными результатами и теоретической жесткостью на изгиб.Можно было видеть, что теоретическая жесткость на изгиб с предложенным поправочным коэффициентом в этом исследовании лучше всего соответствует экспериментальным результатам. Поправочный коэффициент 90 535 K 90 536 90 261 v 90 262, рассчитанный методами, описанными в ссылках [7, 25], слишком мал, чтобы соответствовать экспериментальным результатам в данном исследовании. Это можно объяснить тем, что для образцов при испытаниях в работах [7, 25] использовались составные сечения. В будущем необходимо провести дополнительные исследования для повышения точности расчета теоретической жесткости на изгиб балок из клееного бруса.


4.2. Надежность

Для оценки эффективности разносортного клееного бруса для проведения анализа используются критерии эксплуатационной пригодности Еврокода 5 [21]. Изгибающий момент, относящийся к предельному прогибу L /300, определяется как M 300 . Коэффициент α определяется как отношение между изгибающим моментом M 300 сборочных секций смешанного и однородного профиля. Коэффициент β определяется как отношение между предельным изгибающим моментом M u и изгибающим моментом M 300 .Ссылаясь на эти факторы как на стандарт, можно оценить поведение балок с различными схемами сборки при эксплуатационных нагрузках.

Как указано в Таблице 5, эффективность клееного бруса значительно повышается при использовании смешанной схемы сборки: момент M 300 увеличивается на 14–40 % по сравнению с однородной схемой сборки. Из Таблицы 5 также видно, что коэффициент β асимметричной схемы сборки, которая представляет уровень безопасности, больше, чем у двух других моделей сборки.Это означает, что секция балки, собранная по асимметричной смешанной схеме, сохраняет более высокий уровень безопасности, чем секция, собранная по однокомпонентной и симметричной смешанной схемам сборки, при одинаковой несущей способности балок.




N M M U (KNM) M 1 300262 (KNM) α = м 300 — смешанные / M M M 300-DOWE β = M U / M 9 300262 300159


TC T -21 (1) 48.03 21.82 2,20
TC T -21 (2) 46.26 2.17
TC T -21 (3) 45.18 20.76 2.18
TC YF -21 (1) 64.85 64.65 26.65 1.22 2.43
TC YF -21 (2) 62. 45 24.78 1.16 1.52
TC YF -21 (3) 61.00 23.66 1.14 2.58
TC YD -21 (1) 72.05 72.05 32.36 1.48 2.28 2.23
TC YD -21 (2) 69.39 29.67 1.39 2.34
TC YD -21 (3) 67.79 28.26 1.36 2.40
TC T TC T -24 (1) 61.23 61.89 1.71
TC T -24 (2) 59.46 59.46 34.56 1.72
TC T TC T -24 (3) 58.54 1.75
TC YF -24 (1) 81. 23 81.23 81.23 40,86 1.14 1.99
TC YF -24 (2) 80.16 39.55 1.14 2.02
TC YF -24 (3) 77.84 37.96 1.14 2,05
TC Ю.Д. -24 (1) 90,61 48,92 1,36 1,85
TC Ю.Д. -24 (2) 89,07 47,58 1.38 1.87
TC YD -24 (3) 86.13 45.97 1.38 1.87


5. Численный анализ
5.1. Модель конечных элементов

Модели конечных элементов разрабатываются с использованием ABAQUS для исследования влияния схемы сборки на поведение при изгибе клееного бруса. Твердые элементы C3D8R используются для моделирования пластин, которые соединяются вместе с помощью команды «Tie», как показано на рисунке 9, поскольку в ходе испытаний не наблюдалось проскальзывания. Вертикальные нагрузки прикладывают в том же положении, что и при испытании на 4-точечный изгиб. Размеры и свойства материала модели идентичны образцам.


5.2. Проверка модели

Модели конечных элементов (КЭ) типовых образцов проверяются по результатам испытаний, как показано на рис. 10. Численные результаты хорошо согласуются с результатами испытаний по жесткости и прочности образцов на изгиб. Из-за наличия дефектов и сучков в образцах наклон кривых, представляющих численные результаты, несколько выше, чем у кривых, представляющих результаты испытаний.В целом модели КЭ достаточно точны для проведения параметрического анализа.

5.3. Параметрический анализ

Шесть секций из клееного бруса собираются для параметрического анализа, как показано на рис. 11. Сечение A1 основано на образце TC YD -21. Стандартные механические свойства, полученные из ссылки [19], в дальнейшем вводятся в модели для параметрического анализа. Достижение максимального растягивающего напряжения в нижней пластине определяется как разрушение моделей в соответствии с режимами разрушения, продемонстрированными в ходе испытаний.


5.3.1. Вторая нижняя пластина при растяжении

В связи с характером разрушения нижней пластины при растяжении, наблюдаемым на всех 18 образцах, можно сделать вывод, что поведение нижней пластины при растяжении определенно играет решающую роль в механических свойствах клееного бруса. На основании этого общеизвестного факта изучается влияние второй нижней пластины на растяжение, как показано на рисунке 12. На рисунке 13 (а) показаны кривые нагрузка-прогиб моделей A2 и A3. Можно видеть, что класс второй нижней пластины при растяжении мало влияет на характеристики клееной балки, включая жесткость на изгиб, прочность на изгиб и предельный прогиб.На рис. 13(b) показана нефограмма стресса для моделей, где наблюдается небольшая разница.


5.3.2. Верхняя пластина при сжатии

Несмотря на то, что в ходе испытаний не наблюдалось разрушения при сжатии, считается, что верхняя пластина при сжатии влияет на механические свойства клееного многослойного таймера. С этой целью две секции с различными верхними пластинами при сжатии собираются, как показано на рисунке 14. На рисунке 15 (а) показаны кривые нагрузка-прогиб для верхних пластин разного класса. Видно, что жесткость и прочность моделей на изгиб увеличиваются с увеличением класса прочности верхней пластины, в то время как предельный прогиб моделей имеет обратную тенденцию.На рис. 15(b) показаны стрессовые нефограммы моделей. Максимальное сжимающее напряжение и растягивающее напряжение в модели A3 выше, чем в модели A4.


5.3.3. Последовательность сборки

При одном и том же классе и количестве пластин три секции собираются в разной последовательности, как показано на рис. 16. Класс пластин в области сжатия секции уменьшается. На рис. 17(а) показано влияние последовательности сборки на производительность моделей при изгибе. Видно, что жесткость и прочность моделей при изгибе уменьшаются с уменьшением марки пластины в зоне сжатия сечения, а предельный прогиб моделей имеет обратную тенденцию. При этом стоит отметить, что снижение изгибной жесткости наблюдается при все меньшем прогибе с более низкими степенями пластин в сжимаемой области сечения.


6. Выводы

Всего для исследования механических свойств клееного бруса на четырехточечный изгиб было испытано 18 образцов. Для изготовления секций балки использовались однородная сборка, асимметричная смешанная сборка и симметричная смешанная сборка. По результатам экспериментов оценивают изгибную жесткость и надежность балок различными методами.Кроме того, для дальнейшего исследования проводится численный анализ. Сделаны следующие выводы: (1) Схема сборки сечения мало влияет на режим разрушения клееного бруса. Относительно более низкая прочность в сжатой области сечения полезна для замедления появления первой трещины на балке из клееного бруса. пластины уклона в сжимаемой области сечения вызовут снижение жесткости на изгиб при меньшем прогибе.(3) Секция балки, собранная по асимметричной разносортной схеме, сохраняет более высокий уровень безопасности, чем собранная по односортной и симметричной разносортной схемам. (4) Предложено уравнение для кажущейся жесткости на изгиб клееного бруса. что показывает хорошее согласие с экспериментальными результатами.

Доступность данных

В статью включены экспериментальные и численные данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Проект был поддержан Фондом фундаментальных исследований центральных университетов (№ 2572017CB02 и 2572017DB02), Национальным фондом естественных наук Китая (№ 51408106), Программой фундаментальных исследований естественных наук Шэньси (№ 2019JQ- 145), Открытый фонд Шэньсийской ключевой лаборатории безопасности и долговечности бетонных конструкций (№ XJKFJJ201803) и Молодежная инновационная группа университетов Шэньси и Специальный фонд Университета Сицзин (№ XJ17T07), которые выражают благодарность.

Разработка массивных и пустотелых древесно-клееных систем для мало- и среднеэтажного строительства

Прогресс 01. 09.12 — 31.08.15

Выходы 90:Есть Целевая аудитория были три целевые аудитории для этого проекта: 1) техническая аудитория — это включает дизайнеров, архитекторов, ученых и инженеров, которым необходимо понимать данные о производительности и проектных значениях, связанных с панелями CLT; 2) информационная аудитория — сюда входят агенты по распространению знаний и специалисты, отвечающие либо за жилье, либо за природные ресурсы.Это также включает информационно-разъяснительную работу с заинтересованными представителями широкой общественности. 3) строительная аудитория — эта аудитория включает технических преподавателей программ обучения местных колледжей и внутренних программ обучения в рамках развивающейся отрасли CLT. Строители и подрядчики должны быть обучены работе с этим новым строительным материалом и его установке, а производители CLT-панелей нуждаются в технической помощи по требованиям к продукту, квалификации и обеспечению качества. Нескольким группам практикующих врачей было предоставлено несколько туров по тестам CLT в Южной сосне. Практики и организации, которые мы исследовали, включали Plum Creek, Lend Lease (развивающаяся фирма, которая недавно построила отель CLT в Хантсвилле, штат Алабама), Sumitomo Forestry, Construction Science & Engineering (CSE), Momentive, Akzo Nobel и Architectural Woodwork Institute. Для специалистов по дереву, инженеров и исследователей в конференции и симпозиумы.Проект может выйти на широкую публику через веб-сайт проекта. Изменения/проблемы: Ничего не сообщалось Какие возможности для обучения и профессионального развития предоставляет проект? Мероприятия по обучению и профессиональному развитию были организованы для студентов и аспирантов, которые работали над проектом. Каким образом результаты были распространены среди заинтересованных сообществ? Результаты продолжают распространяться через публикации, презентации и веб-сайт проекта.Что вы планируете сделать в течение следующего отчетного периода для достижения целей? Ничего не сообщалось

Воздействие
Что было достигнуто в рамках этих целей? Небольшие экспериментальные панели CLT были изготовлены в Университете штата Северная Каролина и Университете Клемсона. Панели были 4' в ширину и до 12 дюймов. в длину и были трехслойными или пятислойными из южной сосны толщиной 1,375 дюйма (Pinus spp.). Для изготовления панелей использовались четыре различных клея: меламиноформальдегидный (MF), фенолрезорциноформальдегидный (PRF), реактивный полиуретан (PUR) и эмульсионный полимер-изоцианат (EPI).Было две конфигурации: Long-Cross-Long (LCL) или Long-Long-Cross (LLC), где «длинный» указывает на то, что древесина была параллельна более длинному краю CLT, а «поперечные» слои были перпендикулярны длинному краю. CLT. Обе пятислойные панели CLT имели конфигурацию LCLCL. Полномасштабные 3-слойные панели SP CLT (10×40 дюймов) были изготовлены компанией Structurlam в Пентиктоне, Канада, и отправлены в Университет Клемсона для испытаний. Эти панели были изготовлены с использованием полиуретанового клея и укладки PRG-320 V3.Испытания на сдвиг при качении проводились на экспериментальных панелях CLT как по большой, так и по малой осям. Все испытательные образцы имели размеры 4,125×12×23,625× с отношением пролета к глубине, равным пяти, и испытаны в соответствии со стандартом ASTM D198. Три различных клея (MF, PRF и EPI) использовались для исследования влияния адгезионной связи на сопротивление сдвигу при качении. За исключением образцов EPI со слабой осью, которые почти не соответствуют требованиям, все остальные образцы соответствуют требованиям PRG-320 к сдвиговым нагрузкам 180 фунтов на квадратный дюйм.Испытания на изгиб проводились на опытных CLT-панелях по методу ASTM D198. Все панели в пилотном масштабе были изготовлены с использованием 'V3' укладка ПРГ-320 и клея МФ. Обратите внимание, что панели экспериментального масштаба были спрессованы размером 4×12 дюймов. а затем разрезать на 1x12x39; полоски для пробы. В панелях пилотного масштаба не было пальцевых соединений. По 8 образцов испытывали по большой и малой осям. Предварительные результаты показывают, что эти панели соответствуют и превосходят требования PRG-320 по прочности на изгиб (Fb) и жесткости (E).Испытания на изгиб также проводились на полноразмерных панелях производства Structurlam. Прочность на изгиб полноразмерных панелей заметно ниже, чем у панелей опытного образца. Это связано с наличием пальцевых соединений в полноразмерных панелях и выходом из строя пальцевых соединений. Испытания на огнестойкость проводились на небольших CLT-панелях с использованием протокола тепловых характеристик, описанного в PS 1-09 (Добровольный стандарт на конструкционную фанеру). Панели, изготовленные из PRF и MF, показали себя лучше, чем панели, изготовленные из PUR.Результаты испытаний на малых образцах были подтверждены исследованиями, проведенными на опытных образцах CLT-панелей в горизонтальной огнеупорной печи. Клей EPI плохо работал с обширным расслоением, а клей PUR был лишь незначительно лучше, чем EPI. Гипсовая плита, прикрепленная к поверхности CLT-панели, защищала сборку в течение примерно 30 минут, а затем замедляла скорость обугливания настолько, что время разрушения увеличивалось примерно на 60 минут по сравнению с аналогичным незащищенным образцом. Были проведены эксперименты по сорбции, усадке, набуханию и диффузии, и результаты были включены в гигротермическое программное обеспечение для моделирования различных конфигураций CLT-панелей в конструкциях. Презентации, публикации и веб-сайт проекта охватили сотни людей. Аудитория состояла из инженеров-строителей, лесников, работников деревообрабатывающей промышленности, специалистов по жилищному строительству, техников-исследователей и ученых, а также студентов-материаловедов.

Публикации

  • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Другой Год публикации: 2015 Цитата: Ван Г., Перальта П., Митчелл П. и Дик Б.2015. Огнестойкость клееного бруса из сосны южной. Международная конвенция Society of Wood Science and Technology 2015, 7–12 июня 2015 г., Джексон, Вайоминг.
  • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Опубликовано Год публикации: 2015 Цитата: Гу, М., Панг, В., и Шифф, С. 2015. Процедура расчета смещения для качающихся стен из поперечно-клееной древесины (CLT) с жертвенными демпферами, Труды Конгресса по конструкциям, ASCE, Портленд, штат Орегон, 23–25 апреля.
  • Тип: Журнальные статьи Статус: Поданный Год публикации: 2015 Цитата: Гу, М. , и Панг, В. (2015), Способность к сдвигу при качении панелей из клееной древесины Southern Pine Cross, Wood Design Focus, представлено на рассмотрение.
  • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Поданный Год публикации: 2016 Цитата: Панг, В., Гу, М. и Стоунер, М. 2016. Способность клееной древесины южной сосны к поперечному сдвигу (CLT) на изгиб и сдвиг, реферат, представленный на Всемирной конференции по деревообработке 2016 года.
  • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Поданный Год публикации: 2016 Цитата: Хасбург, Л., Борн, К., Перальта, П., Митчелл, П., Шифф, С. и Панг, В. 2016. Влияние клеев и конфигурации слоев на огнестойкость кросс-клееной древесины. реферат, представленный на Всемирной конференции по деревообработке 2016 года.
  • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Другой Год публикации: 2013 Цитата: Митчелл, Фил.Что такое КЛТ? (Крестовый клееный брус). Презентация для Ассоциации лесоводов-консультантов. Кросснор, Северная Каролина. 21 марта 2013 г.
  • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Другой Год публикации: 2013 Цитата: Митчелл, Фил. CLT (Cross Laminated Timber): Использование южной желтой сосны для освоения нового рынка в Соединенных Штатах. Выставка Weinig Holz-Her Tech. Мурсвилл, Северная Каролина. 12-13 сентября 2013 г.
  • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Другой Год публикации: 2013 Цитата: Митчелл, Фил.Введение в класс проектирования деревянных конструкций. Использование южной желтой сосны для производства клееного бруса. Шарлотта, Северная Каролина. 7 ноября 2013 г.
  • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Другой Год публикации: 2014 Цитата: Митчелл, Фил. PHRANC (Профессиональная ассоциация реабилитации жилья Северной Каролины) Весенняя конференция 2014 года. CLT (Cross Laminated Timber): Использование южной желтой сосны для освоения нового рынка в Соединенных Штатах. Конкорд, Северная Каролина. 1-2 мая 2014 г.
  • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Другой Год публикации: 2014 Цитата: Митчелл, Фил. Страховой институт безопасности бизнеса и дома. CLT (Cross Laminated Timber): Использование южной желтой сосны для освоения нового рынка в Соединенных Штатах. Ричбург, Южная Каролина. 11 ноября 2014 г.
  • Тип: Другой Статус: Другой Год публикации: 2015 Цитата: Митчелл, Фил. Перекрестно-ламинированная древесина: использование южной желтой сосны для освоения нового рынка в Соединенных Штатах.Презентация класса на SMT 444. 16 октября 2015 г. ) техническая аудитория — сюда входят дизайнеры, архитекторы и инженеры, которым необходимо понимать данные о производительности и проектные значения, связанные с панелями CLT; 2) дополнительная аудитория — сюда входят агенты по распространению знаний и специалисты, отвечающие либо за жилье, либо за природные ресурсы.Это также будет включать информационно-разъяснительную работу с заинтересованными представителями широкой общественности. 3) строительная аудитория — эта аудитория включает технических преподавателей программ обучения местных колледжей и внутренних программ обучения в рамках развивающейся отрасли CLT. Строители и подрядчики должны быть обучены работе с этим новым строительным материалом и его установке, а производителям CLT-панелей потребуется техническая помощь в отношении требований к продукту, квалификации и обеспечения качества. Изменения/проблемы: Ничего не сообщалось Какие возможности для обучения и профессионального развития предоставил проект? Организовано обучение и повышение квалификации аспирантов (В.Г. Монтгомери, П. Моррис), работавших над проектом. Каким образом результаты были распространены среди заинтересованных сообществ? Результаты продолжают распространяться через публикации, презентации на конференциях и блог проекта. Что вы планируете сделать в течение следующего отчетного периода для достижения целей? Ничего не сообщалось

    Воздействие
    Что было достигнуто в рамках этих целей? Завершены экспериментальные испытания огнестойкости панелей из поперечно-клееного бруса (CLT) из южной сосны в горизонтальной огнестойкой печи промежуточного масштаба. Первоначальный анализ показывает, что клеи на основе меламиноформальдегида (MF) и фенолрезорциноформальдегида (PRF) показали себя хорошо с небольшим расслаиванием. Эмульсионно-полимерный изоцианатный (ЭПИ) клей показал плохие результаты при обширном расслаивании, а полиуретановый клей лишь немного лучше, чем ЭПИ. Гипсовая плита, прикрепленная к поверхности CLT-панели, защищала сборку в течение примерно 30 минут, а затем замедляла скорость обугливания настолько, что время разрушения увеличивалось примерно на 60 минут по сравнению с аналогичным незащищенным образцом.Чтобы облегчить производство квалифицированных CLT-панелей, APA-Ассоциация инженерной древесины вместе с Американским национальным институтом стандартов опубликовала PRG-320: Стандарт для перекрестно-ламинированной древесины с рейтингом производительности в 2011 году, а затем пересмотренный в 2012 году для CLT. оценки. Этот стандарт предоставляет методы испытаний и характеристические значения испытаний для предварительной квалификации завода и обеспечения структурного/механического качества CLT. Для оценки структурных характеристик PRG-320 требует, чтобы жесткость на изгиб (EI), изгибающий момент (fbS) и способность к межслоевому сдвигу (Vs) слоев CLT в обоих основных и второстепенных направлениях прочности были проверены и подтверждены табличными значениями.Оценка жесткости при изгибе (EI) и изгибающего момента (fbS) продолжается, в то время как оценка характеристики сопротивления сдвигу при качении (Vs) была завершена в течение этого отчетного периода. Схема нагрузки центральной точки, описанная в ASTM D4761, использовалась для оценки характеристик сдвиговых свойств образцов CLT, которые были изготовлены с использованием клеев MF, PRF и EPI. Подогнанные значения прочности на сдвиг при качении 5% в основном направлении прочности для MF, PRF и EPI составляют 223 фунта на кв. дюйм, 278 фунтов на квадратный дюйм и 199 фунтов на квадратный дюйм соответственно. Таким образом, для 'V3' компоновка ЦЛТ.Пять образцов, вышедших из строя из-за отслоения клеевого слоя EPI, были исключены из расчета на прочность. Были подготовлены образцы на сдвиг при качении в направлении незначительной прочности, и они будут испытаны с использованием того же метода испытаний, который описан выше.

    Публикации

    • Тип: Журнальные статьи Статус: Опубликовано Год публикации: 2014 Цитата: Монтгомери В.Г., Шифф С.Д., Панг В. 2014. Массивные полые деревянные панели: высокоэффективная альтернатива с большим пролетом поперечно-клееной древесине.Материалы Международной конференции по лесопромышленности. 10–14 августа 2014 г., Квебек, Канада
    • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Опубликовано Год публикации: 2014 Цитата: Хорват, М., Дик, Б., Перальта, П. Митчелл, П., Пешлен, И., Панг, В., Шифф, С. и Уайт, Р. 2014. Огнестойкость и коэффициент диффузии клеев, используемых для Клееный брус из южной сосны. Международная конвенция Society of Wood Science and Technology 2014, 23-27 июня 2014 г., Зволен, Словакия.
    • Тип: Тезисы/диссертации Статус: Опубликовано Год публикации: 2014 Цитата: Montgomery, WG 2014. Массивные полые деревянные панели: высокоэффективная альтернатива ламинированной древесине с большими пролетами. РС. Диссертация, Департамент гражданского строительства, Университет Клемсона
    • Тип: Материалы конференции и презентации Статус: Другой Год публикации: 2014 Цитата: Перальта, П. 2014. Перекрестно-ламинированная древесина: новые разработки и использование в США.S., Weinig/Holz-Her Technology Expo, 15-16 мая, Мурсвилл, Северная Каролина.

Прогресс 01.09.12 по 31.08.13

Результаты
Целевая аудитория: Целевая аудитория в основном состояла из членов консультативного совета: представителей компаний-производителей клеев, древесных композитов ассоциации, компания по производству деревянных соединителей, ассоциация по сортировке пиломатериалов, университеты, проводящие исследования в области CLT. Состоялась встреча между участниками проекта и консультативным советом.Соавторы продолжают консультироваться с отдельными членами консультативной группы. Широкая общественность также была доступна через блог проекта Changes/Problems: Ничего не сообщалось Какие возможности для обучения и профессионального развития предоставил проект? Для аспирантов (Уильям Монтгомери, Брайан Дик) и приглашенных ученых (Миклош Хорват), которые работали или работали над проектом, были организованы мероприятия по обучению и повышению квалификации. Каким образом результаты были распространены среди заинтересованных сообществ? Результаты продолжают распространяться через блог проекта.Что вы планируете сделать в течение следующего отчетного периода для достижения целей? Сотрудники NCSU будут более агрессивны в поиске докторской степени. Студент, который будет работать над проектом.

Воздействие
Что было достигнуто в рамках этих целей? Воздействие проекта: Перекрестно-клееная древесина (CLT) — это строительная система, обладающая огромным потенциалом для замены бетона, кирпичной кладки и стали в мало- и среднеэтажном жилом и коммерческом строительстве. Таким образом, CLT может способствовать росту рынка древесины в США и повышению конкурентоспособности лесной промышленности.Цель этого проекта — стимулировать использование южной сосны для производства CLT-панелей для использования в строительстве в Северной Америке. Данные о характеристиках продукта будут использованы для получения одобрения строительных норм и правил и, в конечном итоге, общественного признания CLT из южной сосны. За отчетный период сотрудники успешно: 1. изготовили трехслойные CLT-панели лабораторного размера (приблизительно 3 фута x 4 фута) с использованием фенол-резорцинформальдегидных (PRF) и меламиноформальдегидных (MF) клеев. 2. испытал огнестойкость 3-х видов клея (полиуретановый, ПРФ и МФ) по стандарту ПС-1 3.оценили соединение фланца с стенкой для пустотелых панелей 4. создали веб-сайт для блога проекта

Публикации


Методы склеивания, влияющие на эффективность склеивания и механические свойства кросс-клееной древесины (CLT), изготовленной из Larix kaempferi

Полимеры (Базель). 2021 март; 13(5): 733.

Shuangbao Zhang

2 Колледж материаловедения и технологий Пекинского университета лесного хозяйства, Пекин 100083, Китай; нк[email protected]

Charles Frihart, академический редактор

Поступила в редакцию 3 февраля 2021 г.; Принято 23 февраля 2021 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).Эта статья цитировалась в других статьях в PMC. .

Abstract

Предыдущие исследования показали, что Larix kaempferi является хорошим материалом для изготовления поперечно-клееной древесины (CLT), но под действием напряжения сдвига при изгибе CLT, изготовленный из Larix kaempferi , склонен к растрескиванию лицевой поверхности склеивания, что серьезно влияет на характеристики сдвига CLT.Для решения этой проблемы в данной статье в качестве исходного материала был взят Larix kaempferi , проведены эксперименты по условиям шлифования поверхности, давлению склеивания и типам клея пиломатериалов, а также исследовано влияние этих трех факторов на качество склеивания CLT. Далее были изучены микроскопические характеристики связующего слоя. Результаты показали, что для Larix kaempferi с плотностью 0,68 г/см 3 , используемого в этом эксперименте, требуется высокое давление склеивания.Среди трех клеев холодного отверждения, выбранных в ходе эксперимента, эмульсионный полимеризоцианатный (EPI) клей требует давления склеивания 1,5 МПа для обеспечения качества склеивания, в то время как для полиуретана (PUR) и фенол-резорциноформальдегида (PRF) давление 1,2 МПа может удовлетворить потребность в клеевое давление. Это связано с проницаемостью различных клеев при различном давлении. Результаты микроскопии связующего слоя показывают, что клеи EPI имеют плохую проницаемость, поэтому требуется высокое давление склеивания.Влияние шлифовальной поверхности различных песчаных лент на прочность блока на сдвиг (BSS) и процент разрушения древесины (WFP) неочевидно, в то время как долговечность связующего слоя лучше при числе ячеек шлифования 100. Следовательно, необходимо высокое давление. используется для промышленного производства CLT, когда плотность ламината выше, особенно когда клей имеет плохую проницаемость. При обработке поверхности ламината можно использовать разумную шлифовальную обработку поверхности для повышения долговечности CLT.

Ключевые слова: кросс-клееный брус, Larix kaempferi , характеристики склеивания, механические свойства, технология склеивания

1.Введение

Клееный брус (CLT) представляет собой разновидность деревянного конструкционного строительного материала, изготовленного из древесины или других пиломатериалов, которые соединяются друг с другом в вертикальном направлении с помощью клея. Благодаря уникальной структуре CLT его формат можно расширять до бесконечности, и он обладает хорошими механическими свойствами. Деревянное строительство становится все более популярным из-за различных преимуществ устойчивости, поэтому CLT можно использовать в качестве материала для высоких зданий с деревянными конструкциями, особенно в перенаселенных городских центрах, таких как Северная Америка, Австрия, Германия, Австралия и др. [1]. В стране с большим населением высокие деревянные здания остро необходимы в Китае, и CLT становится предпочтительным материалом для высоких деревянных зданий благодаря своим уникальным свойствам. Производство CLT из отечественной древесины может снизить транспортные расходы, а производство CLT из отечественной древесины постепенно превратилось в горячую точку.

Композитный пол из дерева и терраццо и другие неорганические материалы, обладающие хорошими механическими свойствами, часто используются в традиционных зданиях [2].Деревянная структура была признана во всем мире благодаря своим характеристикам защиты окружающей среды и устойчивого роста. CLT возник в Европе, но Larix Kaempferi редко использовался для приготовления CLT в Европе. В Китае Larix kaempferi является основной лесонасаждающей и древесной породой в субальпийском регионе, обладающей хорошими механическими свойствами и пригодностью для изготовления изделий из дерева. Плотность Larix kaempferi колеблется от 0,48 г/см 3 до 0,84 г/см 3 в зависимости от местоположения и окружающей среды. Модуль сдвига при качении CLT, полученного из Larix kaempferi , составлял около 140 МПа [3], что было намного выше, чем у материала, полученного из Picea sitchensis , Abies fabri и других хвойных пород в Северной Америке [4,5]. Предыдущие исследования показали, что адгезионные свойства являются одним из важных свойств клеевых продуктов, изготовленных из Larix kaempferi [6,7]. По сравнению с хвойными породами, обычно используемыми для CLT в Европе, твердая древесина и хвойная древесина с более высокой плотностью труднее иметь хорошие характеристики склеивания из-за ее высокой плотности и содержания смолы [8,9], и та же проблема существует с CLT.Таким образом, представляет большой промышленный интерес изучение эффективных методов улучшения характеристик склеивания Larix kaempferi CLT.

Существует несколько типов клеев, которые использовались для конструкционных клеев, включая фенол-резорцинформальдегид (PRF), полиуретан (PUR), меламин-мочевиноформальдегид (MUF) и эмульсионный полимер-изоцианат (EPI). Выбор подходящего клея во многом зависит от породы дерева. Целостность древесно-клеевого соединения имеет особое значение для конечного использования клееных изделий.Качество склеивания в значительной степени зависит от вида клея, породы дерева и обработки поверхности. Юсоф и др. [10] приготовили CLT, используя Acacia mangium в качестве сырья с различными клеями. Результаты показали, что долговечность CLT, склеенного PRF, выше, чем у PUR. Более того, с увеличением давления склеивания прочность на сдвиг CLT значительно возрастает, поэтому для Acacia mangium требуется более высокое давление склеивания. PRF обладает лучшим сцеплением, чем PUR, потому что PRF обладает лучшей проницаемостью для Acacia mangium , а проницаемость клея является важным фактором, влияющим на качество склеивания [11].Предыдущие исследования показали, что для разных пород древесины требуются разные клеи и методы склеивания, поэтому исследования по приготовлению CLT Larix kaempferi заслуживают дальнейшего изучения.

Шлифование — широко используемый метод создания гладких однородных поверхностей перед склеиванием [12]. Тестовые исследования показывают, что склеивание поверхностей, отшлифованных крупнозернистым материалом (36), оказалось плохим, а более мелкозернистым (80–180) – хорошим [13,14]. При шлифовке деревянных поверхностей обнаруживались раздавленные и вырванные волокна [14,15].Частично отслоившиеся или слегка раздробленные компоненты клеточных стенок, называемые фибриллами, которые, как считается, способствуют хорошему качеству склеивания, а шлифовка поверхности древесины может эффективно повысить долговечность клеевого слоя [16]. Однако этому методу предварительной обработки для склеивания CLT уделялось мало внимания.

Таким образом, целью данного исследования было (1) выбрать эффективный метод склеивания для CLT, изготовленного из Larix kaempferi , (2) найти подходящий метод обработки поверхности для изготовления CLT.

2. Материалы и методы

2.

1. Подготовка материала

Larix kaempferi , используемый в этом исследовании, получен из искусственного леса, произрастающего в провинции Ляонин, Китай. Средняя плотность после сушки в печи составила 0,68 г/см 3 . Все бревна были распилены на 21 мм (радиальный) × 90 мм (тангенциальный) × 540 мм (продольный). Согласно GB/T 29897-2013 [17], визуальную классификацию всех пиломатериалов следует проводить перед изготовлением CLT, только тех, которые соответствуют требованиям класса № 1.2 в североамериканской системе классификации пиломатериалов будет сохранен для дальнейшей обработки. Чтобы сделать влажность древесины около 12%, древесину необходимо выдержать при температуре 25°С и относительной влажности 65% не менее четырех недель. Материал с явными дефектами отбраковывается, оставшаяся древесина сортируется по плотности, а в качестве промежуточного слоя используется менее плотная древесина.

Для производства CLT использовались три коммерческих полимера холодного отверждения: EPI (Харбин, Китай), PRF (Шэньян, Китай) и PUR (Харбин, Китай).

2.2. Предварительная обработка поверхности шлифованием

Для улучшения адгезии Larix kaempferi поверхность пиломатериалов была отшлифована различными шлифовальными лентами (P60, P80 и P100), скорость подачи шлифования (v f ) составляет 6 м/с. мин, глубина шлифовки (α p ) была установлена ​​равной 0,3 мм.

2.3. Микроскопия поверхности

Текстуру поверхности наблюдали с помощью СЭМ, были приготовлены небольшие образцы (10 мм × 10 мм × 5 мм) и покрыты тонким слоем золота.Микрофотографии были получены при ускоряющем напряжении 10 кВ с использованием микроскопа Hitachi «S-4800» с системой Bruker Skvscan «1172» (Токио, Япония).

2.4. Шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности измеряли профилометром Mitutoyo (Шанхай, Китай). Наконечник стилуса имел угол конусности 90° и радиус кончика 5 мкм. Скорость измерений 0,25 мм/с. Четыре параметра шероховатости R a (среднее арифметическое отклонение), R z (расстояние между линией пика контура и линией впадины контура) и R t (сумма средней высоты пика максимального контура средняя глубина впадины максимального контура) и R см (средний шаг микроскопических неровностей контура).

2.5. CLT Manufacturing

В этом исследовании использовались три разных клея (EPI, PRF и PUR) и три уровня давления склеивания (0,8 МПа, 1,2 МПа и 1,5 МПа), а размеры пиломатериалов подробно описаны в 2.1. Инструкция производителя по приготовлению каждого клея показана на рис. Способ склейки — ручная склейка, а давление обеспечивается прессом ().

Изображение поперечно-клееного бруса (CLT), изготовленного методом прессования в лаборатории.

Таблица 1

Параметры процесса склеивания.

9182 30 9182
Клей Скорость распространения (G / M 2 ) Время сборки (мин) Время нажатия (мин) Температура отверждения (℃)
EPI 300 320 30 30 160158 30 30 30152 PRF 380-400 50
Pur 180-200 70 90-200 200 30

Для изучения влияния обработки поверхности шлифованием на характеристики склеивания Larix kaempferi CLT использовались шлифовальные ленты с P60, P80 и P100 для изменения шероховатости поверхности ламината. Условия склейки показаны на .

Таблица 2

Условия шлифования, клеи и давление.

Температура 91 879
Абразивный Пояс сетки Клей Давление
Р60 / Р80 / Р100 ПУР 1,5 МПа 30 ℃

2.6. Испытание на проницаемость клея

Для наблюдения за проницаемостью клея при различных давлениях склеивания из D in вырезали и окрашивали срезы толщиной 8–15 мкм, включая линию склеивания. Проницаемость связующего слоя наблюдали под флуоресцентным микроскопом и оптическим микроскопом. Для каждой техники приклеивания проводят по шесть повторений.

2.7. Испытания блока на сдвиг Блоки

CLT (B) вырезали из геометрического центра CLT-панели, как показано на диаграмме выборки в соответствии со стандартом ASTM D2559 [17]. Испытания на блочный сдвиг проводились в соответствии с [18,19] и Эрхартом [20]. Процент разрушения древесины (WFP) и прочность блока на сдвиг (BSS) определяли в соответствии со стандартами ASTM D905 [19] и D5266 [21] соответственно.10 повторений для каждого условия.

2.8. Испытания на циклическое расслоение

Испытания на циклическое расслаивание (вакуумное давление-вымачивание, быстрое окрашивание) были проведены для определения скорости расслаивания (RD) в соответствии с тестом AITC T110-2007 [22]. Место отбора проб C, как показано на рис. Для каждого метода склеивания было испытано по 10 образцов.

2.9. Испытания на изгиб в центральной точке короткого пролета

Прочность на межслойный сдвиг материала Larix kaempferi CLT (580 мм × 90 мм × 63 мм) определяли посредством испытаний на изгиб в центральной точке короткого пролета в соответствии со стандартом ASTM D 3737 [23]. Испытания проводились при отношении пролет-к-соотношению 6,5. Место отбора проб — А, как показано на рис. Шесть повторностей были протестированы для основных направлений силы.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Влияние клея и давления на качество склеивания Larix kaempferi CLT

3.1.1. Block Shear Performance

Влияние различных клеев и давления на прочность на сдвиг блоков CLT и процент разрушения древесины представлены в . Все три клея, участвовавшие в испытаниях, продемонстрировали наилучшие клеящие свойства при высоком давлении склеивания (1.5 МПа), в то время как среднее значение BSS было ниже при низком давлении склеивания, а степень диспергирования была выше. ВПП образцов под давлением 1,5 МПа было самым высоким, а ВПП всех 10 образцов в каждой группе превышало 75%. При давлении склеивания 1,2 МПа и 0,8 МПа ВПП некоторых образцов, изготовленных из ЭПИ и ППУ, не могла достигать 75 %.

Таблица 3

Влияние клея и давления склеивания на процент разрушения древесины (WFP), прочность блока на сдвиг (BSS) и скорость расслоения (RD) (COV означает коэффициент вариации).

Давление клей BSS (COV) WFP (номер <75% WFP) RD (COV)
0,8 MPA PUR 1.99 MPA (11,44%) 83,5% (2) 17,85% (27,73%)
0,8 MPA EPI 1,59 МПа (2,27%) 45% (5) 55,6% (55,10%)
0,8 МПа ПРФ 1,52 МПа (3. 6%) 85% (3) 29,7% (41,35%) 99,7% (41,35%) 99,7% (41,35%)
1.2 MPA PUR 1.98 MPA (13,25%) 70% (2) 15,3% (9,42%)
1.2 MPA EPI 1.53 MPA (44,7%) 37,5% (6) 43,9% (4,66%)
1,2 МПа PRF 2. 11 MPA (17,0%) 77,5% (0) 17,2% (10,36%)
1,5 МПа ПУР 2.02 MPA (3,3%) 97,5% (0) 97,5% (0) 8,35% (5,32%)
1,5 МПа 1,5 МПа 2,03 МПа (25,4%) 94% (0) 12,1% 1,58%)
1,5 МПа PRF PRF 1. 96 MPA (20,2%) 96% (0) 9,01% (2,02%)

При изменении склеивания были изменены давление, средние значения BSS связи CLT с PUR были почти одинаковыми. В то время как WFP увеличивается по мере увеличения давления.Средние значения BSS связи CLT с EPI и PRF были явно повышены, а закономерность изменения WFP была такой же, как связанная с PUR. Когда давление склеивания составляло 1,2 МПа и 1,5 МПа, среднее значение BSS и его степень дисперсии PRF не претерпели значительных изменений, а WFP всех 10 образцов был выше 75%. Можно сделать вывод, что для изготовления CLT Larix kaempferi , склеенного с PUR и PRF, можно использовать давление склеивания 1,2 МПа, а склеенного с EPI — более высокое давление склеивания, равное 1.Требуется 5 МПа. В условиях изменения давления изменение значения коэффициента вариации (COV) также является одним из важных показателей для оценки качества склеивания. Чем меньше значение COV, тем стабильнее данные. Однако влияние повышения давления на численную устойчивость ББС неочевидно.

3.1.2. Показатели циклического расслаивания

Влияние клеев и давления склеивания на циклические показатели расслаивания Larix kaempferi CLT показаны на рис.С увеличением давления склеивания значение RD всех трех клеев уменьшалось. Долговечность клея EPI была более чувствительна к давлению склеивания, чем два других, когда давление склеивания составляло 1,5 МПа, значение RD уменьшалось на 43,5% по сравнению с давлением склеивания 0,8 МПа. Среди трех клеев, выбранных в этом исследовании, долговечность полиуретана меньше зависит от давления клея. Из COV видно, что увеличение давления не только снижает скорость расслаивания, но и улучшает стабильность долговечности.

3.1.3. Прочность на межслойный сдвиг

Прочность на межслойный сдвиг и смещение Larix kaempferi CLT, испытанные на изгиб в центральной точке короткого пролета, показаны на рис. Средняя прочность на межслойный сдвиг CLT, изготовленного из Larix kaempferi , в различных условиях составляет 3,16 МПа. Сообщалось, что межпластинчатая прочность на сдвиг в основном направлении прочности для трехслойного ЦПС тополя толщиной 105 мм составила 2,0 МПа, для трехслойного ЦПС черной ели толщиной 105 мм — 1.6 МПа, для трехслойной Эвкалиптовой CLT толщиной 54 мм – 1,75 МПа [8,24,25].

Механические свойства CLT при испытании на изгиб в центральной точке короткого пролета ( a . Прочность на межслойный сдвиг; b . Прогиб).

При давлении склеивания 0,8 МПа значения межслойной прочности на сдвиг трех клеев (PUR, EPI, PRF) составили 3,37 МПа, 2,29 МПа и 3,33 МПа, при этом смещение центра пролета составило 7,07 мм, 4,91 мм и 5.69 мм соответственно. Когда давление клея составляло 1,2 МПа, значения межслойной прочности на сдвиг трех клеев (PUR, EPI, PRF) составляли 3,05 МПа, 2,78 МПа и 2,92 МПа, а смещение центра пролета составляло 7,17 мм, 5,12 мм, и 5,61 мм соответственно. При давлении клея 1,5 МПа значения межслойной прочности на сдвиг трех клеев (PUR, EPI, PRF) составили 3,52 МПа, 3,39 МПа и 3,86 МПа, а смещение центра пролета составило 7,96 мм, 7,00 мм, и 6,92 мм.Анализ данных показал, что результаты совпадают с результатами BSS. Для трех клеев, использованных в испытании, давление 1,5 МПа имеет более высокую межслойную прочность на сдвиг и более низкую степень дисперсии.

3.1.4. Микроскопическая характеристика поверхности склеивания

Считается эффективным методом глубокого изучения свойств склеивания путем определения микроскопических характеристик поверхности склеивания [26]. Влияние на связующий слой трех клеев при трех различных давлениях склеивания наблюдали под лазерным конфокальным микроскопом и оптическим микроскопом.Как показано на рисунке, полиуретановый клей представляет собой типичный пенообразующий клей. При давлении склеивания 1,2 МПа и 1,5 МПа можно наблюдать, что полиуретановый клей проникает в клетки древесины, особенно при давлении 1,5 МПа в клетках древесины можно увидеть больше клея, а при давлении 0,8 МПа, в клетках древесины отсутствует клей. Для клея ЭПИ клей проникал в клетки древесины при давлении склеивания 1,5 МПа, но при давлении склеивания 0.8 МПа и 1,2 МПа, в древесине не видно клея. Клей PRF обладает хорошей проницаемостью, и можно наблюдать его проникновение в древесину при трех различных давлениях склеивания. Различное давление склеивания следует выбирать в зависимости от проницаемости клеев. Для Larix kaempferi с высокой плотностью, выбранной в этом эксперименте, больше подходит более высокое давление склеивания.

Микрофотографии, сделанные с помощью флуоресцентного микроскопа и оптического микроскопа, с поперечным видом горизонтальных линий соединения, показывающих проникновение клея.

3.2. Влияние шероховатости поверхности на характеристики сцепления Larix kaempferi CLT

3.2.1. Шероховатость поверхности Larix kaempferi после шлифования с использованием различных шлифовальных лент

Сравнение отшлифованных поверхностей с различным числом ячеек выявило различия для всех значений шероховатости. Larix kaempferi – хвойная древесина с однородной структурой. Шероховатость поверхности Larix kaempferi , обработанной разными песчаными лентами, различна. Результаты измерений шероховатости поверхности показаны на рис.С увеличением числа ячеек шлифовальной ленты параметры шероховатости поверхности уменьшаются. Кроме того, отображаются различия между тремя методами обработки поверхности. Деревянная поверхность, обработанная песчаной лентой с сеткой 80 и сеткой 200, дала более высокий уровень фибриллирования.

РЭМ тангенциальных участков, отшлифованных шлифовальными лентами с разной сеткой. ( a ) сетка 60, ( b ) сетка 80, ( c ) сетка 100; красными стрелками отмечена фибрилляция.

Таблица 4

Шероховатость поверхности образцов, подготовленных с использованием различных шлифовальных лент, и ее влияние на BSS и RD.

Количество пескоструйных ремней R SM (мм) R A (мкМ)

R Z (мкМ) R T (мкм) BSS ( COV) WFP (N <75%) RD (COV)
0. 12 7.55 43.65 56.65 56.45 1.99 MPA (11,4%) 87% (0 ) 12,8% (3,43%)
Р80 0.10 6,68 40,20 51,39 2,02 МПа (3,38%) 93% (0) 9,02% (2,81%)
Р100 0,09 5,55 36,76 42. 87 1,98 МПа (13 %) 89 % (0) 5,43 % (3,56 %)
3.2.2. Block Shear Performance

Результаты для BSS (среднее значение и коэффициент вариации (COV)) и WFP вместе со статистическим анализом показаны на .Значения BSS трех песчаных лент явно не отличались, а WFP превышал 75%, что означало лучшее качество адгезии. Отшлифованные поверхности показали более высокие значения R a и R z , и, в связи с этим, большая поверхность доступна для адгезии, согласно исследованию Маркуса [16], в то время как большая поверхность не имеет прямого отношения к BSS и WFP в этом исследовании. Результаты не показали четкой корреляции между шероховатостью и BSS или WFP, что согласуется с выводами Kläusler et al.[13].

3.2.3. Показатели циклического расслаивания

Значения RD были оценены в соответствии со стандартными требованиями [22], с увеличением числа ячеек песчаной ленты шероховатость поверхности уменьшается, и значение RD постепенно уменьшается. При числе ячеек песчаного пояса 60, 80 и 100 RD составляет 12,8%, 9,02% и 5,43% соответственно. Когда количество песчано-ленточных сеток равно 100, образуется больше фибрилл, чтобы улучшить характеристики циклического расслаивания поверхности склеивания, что соответствует предыдущему исследованию [16].Таким образом, для Larix kaempferi долговечность CLT может быть повышена путем шлифования поверхности пиломатериалов шлифовальными лентами с размером ячейки 100 меш.

4. Выводы

Было изучено влияние клея и давления на характеристики склеивания и механические свойства CLT производства Larix kaempferi , а также обсуждена обработка шлифованием для получения ламинатов. Основные результаты обобщены следующим образом:

  • 1. Давление склеивания определяется проницаемостью клея и древесины, что также является основным фактором, влияющим на характеристики склеивания, особенно для клея EPI.Рекомендуется использовать высокое давление склеивания для контроля постоянства качества продукции в промышленных целях.

  • 2. Поверхность обработанного ламината с разным числом ячеек песчаных лент не оказывает заметного влияния на BBS, но оказывает большое влияние на показатели циклического расслоения. Показатели циклического отслаивания хорошие, когда число ячеек песчаной ленты равно 100. Таким образом, подходящая предварительная обработка шлифованием может быть одним из методов повышения долговечности клеевой линии CLT.

Взносы авторов

Финансирование приобретения, H.R.; Расследование, М.Л.; Ресурсы, ZT; Программное обеспечение, Ю.Г.; Надзор, С.З. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук (проект № 31971596). и Национальная исследовательская программа стратегического альянса инноваций в области технологий деревообрабатывающей и бамбуковой промышленности (проект № Tiawbi202001).

Заявление Институционального контрольного совета

Неприменимо.

Заявление об информированном согласии

Неприменимо.

Заявление о доступности данных

Обмен данными неприменим.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сноски

Примечание издателя: MDPI сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Ссылки

1. Van De Kuilen J.W.G., Ceccotti A., Xia Z., He M.Очень высокие деревянные здания из клееного бруса. Procedia англ. 2011;14:1621–1628. doi: 10.1016/j.proeng.2011.07.204. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]2. Форабоски П., Ванин А. Механические свойства композитного пола из дерева и терраццо. Констр. Строить. Матер. 2015; 80: 295–314. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.01.068. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]3. Гонг Ю., Ву Г., Рен Х. Оценка и теоретический расчет механических свойств различных сортов поперечно-клееного бруса, изготовленного из плантационной лиственницы. Китайские древесные плиты. 2019;26:21–25. [Google Академия]4. Хамдан Х., Анвар У. Производство панелей из поперечно-пластинчатой ​​древесины с использованием пород древесины сесендук. Лесная техника. бул. 2016; 59:1–6. [Google Академия]5. Frangi A., Fontana M., Hugi E., Jübstl R. Экспериментальный анализ поперечно-клееных деревянных панелей в условиях пожара. Пожарный сейф. Дж. 2009; 44:1078–1087. doi: 10.1016/j.firesaf.2009.07.007. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 6. Гонг Ю., Ву Г., Рен Х. Свойства поперечного сдвига поперечно-клееной древесины, изготовленной из отечественной японской лиственницы в Китае.China Wood Ind. 2018; 32:6–9. [Google Академия]7. Чжу Дж., Тан М., Ян П., Лю С. Выбор клея для клея Larix Gmelinii Glulam. Китай Для. Произв. 2017; 44:33–36. doi: 10.19531/j.issn1001-5299.201712008. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]8. Лу З., Чжоу Х., Ляо Ю., Ху К. Влияние обработки поверхности и клея на характеристики сцепления и механические свойства кросс-клееной древесины (CLT), изготовленной из древесины эвкалипта малого диаметра. Констр. Строить. Матер. 2018; 161:9–15. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.11.027. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]9. Чжан Ю., Фу Ф. Исследование эффективности склеивания плантационной древесины с плохим сцеплением. China Wood Ind. 2005; 19:4–7. [Google Академия] 10. Мохд Юсоф Н., М. Тахир П., Ли Ш. Х., Хан М. А., Мохаммад Суффиан Джеймс Р. Механические и физические свойства поперечно-слоистого бруса, изготовленного из древесины акации мангиевой, в зависимости от типов клея. Дж. Вуд Науч. 2019:65. doi: 10.1186/s10086-019-1799-z. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 11. Курт Р. Прочность клееных и клееных соединений древесины с фанерой.Хольц Альс Ро Веркст. 2003; 61: 269–272. doi: 10.1007/s00107-003-0397-2. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 12. де Моура Л.Ф., Эрнандес Р.Э. Влияние абразивного материала, зернистости и скорости подачи на качество отшлифованных поверхностей древесины сахарного клена. Вуд науч. Технол. 2006; 40: 517–530. doi: 10.1007/s00226-006-0070-0. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 13. Клауслер О., Рем К., Эльстерманн Ф., Нимц П. Влияние механической обработки древесины на прочность на растяжение при сдвиге и процент разрушения однокомпонентной полиуретановой связкой деревянных соединений после смачивания.Междунар. Вуд Прод. Дж. 2013; 5:18–26. doi: 10.1179/2042645313Y.0000000039. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 14. де Моура Л.Ф.Х.Р. Оценка эффективности лакокрасочного покрытия для трех способов наплавки на сахар. Наука о древесном волокне. 2005; 37: 355–366. [Google Академия] 15. Крутой Дж.Х.Р. Улучшение процесса шлифования древесины черной ели для улучшения качества поверхности и воды. За. Произв. Дж. 2011; 61: 372–380. [Google Академия] 16. Кнорц М., Нойхаузер Э., Торно С., ван де Куилен Дж.-В. Влияние методов подготовки поверхности на влагостойкие характеристики конструкционных клеевых соединений древесины лиственных пород.Междунар. Дж. Адхес. Адгезив. 2015;57:40–48. doi: 10.1016/j.ijadhadh.2014.10.003. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 18. АСТМ. Американское общество тестирования. Американское общество тестирования, США; Западный Коншохокен, Пенсильвания, США: 2004 г. Обозначение D 2559-04. [Google Академия] 19. АСТМ. Стандартный метод испытаний прочностных свойств клеевых соединений при сдвиге под нагрузкой сжатия. Американское общество испытаний и материалов; Западный Коншохокен, Пенсильвания, США: 2013 г. Обозначение D905-08. [Google Академия] 20. Эрхарт Т., Бранднер Р. Роллинг-ножницы: Тестовые конфигурации и свойства некоторых европейских пород мягкой и твердой древесины. англ. Структура 2018; 172: 554–572. doi: 10.1016/j.engstruct.2018.05.118. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 21. АСТМ. Стандартная практика оценки процента разрушения древесины в клеевых соединениях. Американское общество испытаний и материалов; Западный Коншохокен, Пенсильвания, США: 2020 г. Обозначение D 5266-13. [Google Академия] 22. АИТЦ. Методы испытаний конструкционного клееного бруса циклически. Американский институт деревянного строительства, США; Уэст-Коншохокен, Пенсильвания, США: 2007 г. Деламинация Т110-2007. [Google Академия] 23. АСТМ. Стандартная практика установления допустимых свойств конструкционной клееной ламинированной древесины (клееный клееный брус) Американское общество испытаний и материалов; Уэст-Коншохокен, Пенсильвания, США: 2019 г. Обозначение D 3737-03. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 24. Ван З., Фу Х., Чуй Ю.Х., Гонг М. Возможность использования тополя в качестве поперечного слоя для изготовления поперечно-клееного бруса; Труды Всемирной конференции по деревообработке; Квебек, Квебек, Канада. 10–14 августа 2014 г.[Google Академия] 25. Чжоу К., Гонг М., Чуй Ю.Х., Мохаммад М. Измерение модуля сдвига при качении и прочности поперечно-клееного бруса, изготовленного из черной ели. Констр. Строить. Матер. 2014; 64: 379–386. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2014.04.039. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 26. Камке Ф. А. Проникновение клея в древесину. Обзор. Наука о древесном волокне. 2007; 39: 205–220. [Google Scholar]

CLT, клееный брус обеспечивает прочность, низкий профиль и эстетику для B.

C. офисное здание

Когда он начал проектировать новое здание штаб-квартиры своей компании на Лейкшор-роуд в живописной Келоуне, Б.C., Тим МакЛеннан из Faction Projects быстро понял, что кросс-клееная древесина (CLT) является идеальным материалом. Несколько ключевых характеристик CLT, в том числе тонкий профиль, класс огнестойкости, простота установки и внешний вид, способствовали успеху проекта.

Разработанное, спроектированное и построенное объединенной командой Faction, офисное здание площадью 14 000 кв. футов также будет сдаваться арендаторам.

Это была проектная площадка, которая дублирует Мишн-Крик и систему зеленых дорожек в районе, где расположены курортные комплексы и жилые дома, которые определили общее направление дизайна Макленнана.«Мы хотели строить так, чтобы не загромождать район с низкой плотностью населения», — говорит он. «Мы искали возможности для проверки просмотров и их защиты».

Чтобы достичь меньшего масштаба, не жертвуя прибыльной плотностью, МакЛеннан обратил внимание на общую планировку здания и сами конструкционные материалы.

Здание построено из клееных стоек и балок, перекрытие и крыша выполнены из CLT. Кросс-клееная древесина представляет собой трех-, пяти- или семислойную деревянную панель, каждый слой которой ориентирован поперек для повышения стабильности размеров и прочности.В результате CLT обеспечивает беспрецедентный уровень структурной целостности, гибкости конструкции и конкурентоспособности по стоимости.

Для проекта Kelowna команда использовала семислойный CLT от Structurlam Products Ltd. для полов и пятислойный CLT для крыши. В отличие от более толстого перекрытия из деревянных или стальных балок, семислойные панели имеют толщину всего 9-1/2 дюйма, что аналогично толщине бетона. Это позволило зданию иметь немного меньшую массу, сохранив при этом высокие потолки.

Решение использовать полностью стоечно-балочную стеновую конструкцию с клееным клееным брусом, также производимым Structurlam, было принято в связи с предыдущим проектом CLT, в котором гибридная система несущих стен, стоек и балок создавала проблемы с выравниванием по сравнению с CLT. панели; отказ от несущих стен устранил эти проблемы.

Клееные колонны площадью примерно 8-1/2 квадратных дюймов являются непрерывными для высоты здания — почти 40 футов — решение, которое сократило количество соединений и обеспечило большую однородность.Кроме того, клееный брус предлагал предсказуемые характеристики и однородность по сравнению с цельнопилеными пиломатериалами, а также эффективность затрат и эффективности поставщиков для проектной группы.

Для кровельной системы CLT-панели простираются от балки к балке, устраняя необходимость во вторичных несущих конструкциях, которые мешали бы офисам открытой планировки.

Снаружи консольные возможности CLT добавляют ключевые особенности фасада. На восточной стороне 5-футовые балконы служат как солнцезащитным кремом, так и удобствами для арендаторов.На западной стороне наклонный свес крыши высотой от 10 до 5 футов улучшает вход, защищая его от непогоды.

Компания Structurlam, член APA, производит и сертифицирует свою продукцию CLT в соответствии со стандартом ANSI PRG-320 для поперечно-клееной древесины, стандартом, который устанавливает требования и методы испытаний для квалификации и обеспечения качества CLT. Стандарт включает семь классов нагрузки, охватывающих основные породы древесины в Северной Америке.

Как и другие изделия из дерева, CLT представляет собой знакомый материал для подрядчиков и устраняет большую часть хлопот, связанных с монолитным бетоном; панели поставляются готовыми к установке с помощью традиционных инструментов.По оценкам Макленнана, весь каркас был возведен примерно за три недели, что значительно меньше времени, необходимого для бетона. Кроме того, панели в шесть раз легче бетона.

Слой дугласовой пихты архитектурного класса на открытом CLT служит встроенной отделкой потолков, еще одним ключевым преимуществом; клееные балки и колонны, также открытые в большинстве областей, идеально сочетаются друг с другом.

«Это помогло нам с арендой», — говорит МакЛеннан. «Они это видят, и это красиво от пола до потолка.

Чтобы узнать больше о коммерческих проектах с использованием конструкционного каркаса из инженерной древесины, станьте членом  APA Designers Circle на сайте www. apawood.org/designerscircle. Интернет-сообщество для архитекторов, инженеров и других представителей коммерческой строительной отрасли, Designers Circle предоставляет своевременную информацию, технические ресурсы, непрерывное образование и рекомендации по инновационному деревянному каркасному строительству.

Экспериментальное исследование балок из клееного бруса с хорошо известной морфологией сучков

Системные свойства/эффективные свойства образцов GLT

Из графиков, представленных на рис.2}, \end{выровнено}$$

(4)

где \(F_{\max }\) — максимальная общая нагрузка, a — горизонтальное расстояние между опорой и грузом, b — ширина балки, h — ее высота. На рис. 6 видно, что прочность на изгиб \(f_b\) уменьшается с увеличением числа слоев. Неудивительно, что для балок с одинаковым номером ламинирования прочность на изгиб класса LS22 выше, чем прочность на изгиб класса LS15.Как видно из доверительных интервалов, обозначенных пунктирными линиями, разница между средними значениями двух классов градации значительна на уровне 5% для балок из 10 пластин. 3 \left( \frac{2}{k} — \frac{6 a}{5 G bh}\right) }, \end{aligned}$$

(5)

, где L обозначает расстояние между опорами, а G — модуль упругого сдвига.В Kandler et al. (2015), значение для G было получено из микромеханической модели. Однако исследование Kandler et al. (2015), а совсем недавно также Balduzzi et al. (2018) показали, что модуль сдвига оказывает незначительное влияние на результат уравнения. (5) для исследуемых пучков. По этой причине, а также во избежание внесения ненужной ошибки, здесь используется постоянное значение \(G={650}{\hbox {МПа}}\) в соответствии с EN 408 (2010).

Для жесткости и прочности переход системных величин \(F_\mathrm {max}\) и k к материальным величинам \(f_m\) и \(E_\mathrm {GLT} \), соответственно, «сжимает» данные.2\) остается прежним, поскольку сохраняется линейная зависимость.

Рис. 7

Переход системных величин (\(F_\mathrm {max}\), k ) в материальные величины (\(f_m\), \(E_\mathrm {GLT}\ )), что приводит к «сжатию» данных

Рис. 8

Блок-диаграммы меры крутизны \(L_{\mathrm {трещина},z}/L_{\mathrm {трещина},x}\)

Механизмы обнаруженных отказов

На рис. 5 показаны кривые прогиба под нагрузкой \(F = F_\mathrm {слева} + F_\mathrm {справа}\) всех типов.Можно видеть, что после изначально линейной кривой 12 балок демонстрируют нелинейное поведение до того, как будет достигнута несущая способность системы \(F_{\max}\). Эти нелинейности представляют собой, с одной стороны, трещины на стороне растяжения, что приводит к резкому скачку кривой нагрузки-перемещения, а с другой стороны, пластификации на стороне сжатия образца, что приводит к уменьшению градиента нагрузки-перемещения. После этого наблюдается хрупкое разрушение системы из-за образования трещин. Переход от линейной к нелинейной кривой можно объяснить локальными пластификационными эффектами в зоне сжатия балок, как это видно на рис.4а. Вычисление \(f_b\) по уравнению. (4) не отражает эти локальные пластификации, которые приводят к нелинейному распределению нормального напряжения по высоте поперечного сечения, поэтому формула рендеринга. (4) неточное. Скорее, \(f_b\) носит системный характер и представляет собой величину напряжения, соответствующую традиционной теории хрупкой прочности (Бланк и др., 2017).

После образования первой трещины некоторые балки достигают более высокой несущей способности. Такое поведение наблюдается для 2 лучей типа А, 4 лучей типа В и 3 лучей типа С.\mathrm {dyn}\), эффективная жесткость \(E_{\mathrm {GLT,exp}}\) при квазистатическом четырехточечном изгибе, предел прочности при изгибе \(f_b\) и количество вышедших из строя ламелей \(n_ \mathrm {lam,failed}\)

Чтобы идентифицировать закономерности в направлениях трещин, для каждого сегмента записанной геометрии трещин вычислялась разница высот \(\varDelta z\) между конечной и начальной точками. Впоследствии для каждой балки была вычислена сумма этих значений, чтобы получить меру крутизны трещин: \(L _ {\ mathrm {трещина}, z} = \sum \varDelta z\).Точно так же составляющая, относящаяся к x -направлению, \(L _ {\mathrm {трещина},x}\), была вычислена из суммы разностей \(\varDelta x\). На рис. 8 отношение этих двух результатов \(L _ {\ mathrm {трещина}, z}/L _ {\ mathrm {трещина}, x} \) отображается для каждой балки. При этом видно, что это отношение находится в том же диапазоне для балок класса прочности LS22 и, по-видимому, не зависит от количества слоев. Например, трещина, протянувшаяся на 1000 мм в направлении x , в среднем сопровождается шагом z в 40 мм.Таким образом, такая трещина пересекает примерно одну пластину (напомним, что все пластины имеют толщину 33 мм). И наоборот, для класса LS15 отношение \ (L _ {\ mathrm {трещина}, z} / L _ {\ mathrm {трещина}, x} \) значительно больше, и трещина с \ (\ varDelta X = {1000} {\hbox {мм}}\) в среднем пересекает не менее 2 ламелей.

Это поведение также можно наблюдать, сравнивая визуализацию узоров трещин двух классов классификации для одного и того же количества слоев, т. е. рисунки E.1 с E.2 и рисунки E.4 с рисунками E.5 соответственно. Для более низкого класса сортности LS15 картины трещин, по-видимому, остаются более локализованными по отношению к их протяженности в продольном направлении, что можно объяснить более высокой вероятностью смежных слабых участков по сравнению с более высоким классом сортности LS22, что подчеркивается более высоким плотностью цветных пятен на графиках первого, показывающих расположение узлов, а также большим количеством голубоватых/темных цветов, обозначающих более высокие объемы одиночных узлов и, следовательно, более крупные узлы.

Сравнение балок GLT для более низкого класса сортности LS15 (см. рисунки E.1 и E.4) показывает, что разница в размерах и пролетах изгиба, примерно в два раза превышающая длину и пролет изгиба для больших балок GLT, приводит почти в два раза больше крутизны трещин. Такое поведение можно объяснить тем, что при меньших размерах распространение трещины в вертикальном направлении ограничивается их высотой, так как после разрушения всего двух пластин уже половина поперечного сечения балки растрескивается.Для больших балок GLT LS15 трещина, которая, как объяснено для этого класса градации, имеет тенденцию быть более локализованной и, таким образом, с большей вероятностью распространяться в вертикальном направлении, приводит к сравнительно большему количеству неудавшихся расслоений.

Интересно, как упоминалось выше, мера крутизны балок LS22 (см. рис. Д.2, Д.3 и Д.5) кажется одинаковой для всех размеров и количества пластин. В данном случае это означает, что по мере увеличения пролета изгиба, а также расширения трещины в продольном направлении \(L _ {\ mathrm {трещина}, x}\) становится больше, больше слоев разрушается.2=0,6\) и среднеквадратичной ошибки (RMSE) \(\sqrt{\mathrm {MSE}}={5,62}{\hbox {МПа}}\). На рис. 10а значения, предсказанные на основе регрессионной модели, нанесены на график в сравнении с фактическими значениями. Можно видеть, что более низкие значения прочности имеют тенденцию к завышению, в то время как более высокие значения прочности, как правило, занижаются по критерию.

Кроме того, был введен параметр «жесткость-профиль-кривизна» для моделирования пространственной близости соседних слабых мест (см. рис. 9). Начиная с самой верхней ламели 0 (со стороны растяжения), определяют наименьшее значение жесткости в области максимального изгибающего момента.Для следующей ламели 1 определяются все локальные минимумы и выбирается ближайший к исходному слабому месту. Начиная с ламели 1, ищется следующее слабое место в ламели 2 и так далее. Наконец, градиент оценивается линейной регрессией через определенные точки. Идея этого подхода заключается в том, что градиент представляет структуру трещин, ответственных за разрушение.

Рис. 9

Пример результата вычисления кривизны профиля жесткости. В этом случае кривизна (отмеченная над четырьмя верхними слоями на графике профиля жесткости) вычисляется по 4 самым верхним пластинам

Рис.10

Расчетная прочность на изгиб по сравнению с экспериментально полученной \(f_b\), a с использованием модели линейной регрессии, приведенной в уравнении. (2), b с использованием профилей жесткости и прочности (для трех разных IP) в сочетании с критерием разрушения Цай-Ву и c с использованием профилей жесткости и прочности (для IP 3) в сочетании с критерием разрушения Цай-Ву. и метод среднего напряжения

В качестве альтернативы используется более сложная модель, использующая двумерный анализ методом конечных элементов.Для этого подход, аналогичный механической модели в Kandler et al. (2015) был выбран. Вместо непрерывных профилей жесткости на основе лазерного сканирования для описания продольной жесткости каждой пластины используются трехмерные профили жесткости на основе КЭ в соответствии с рис. 1d. Кроме того, профили прочности используются для описания предела прочности при растяжении каждой ламели.

Свойства материала извлекаются из набора профилей жесткости и прочности, предоставленных для процедуры КЭ.{-2}},\nonumber \\ E_R= \frac{E_L(x)}{15},\nonumber \\ \nu _{RL}= 0,41, \nonumber \\ \nu _{LR}= 0,027. \end{выровнено}$$

(6)

Значения \(E_L(x)\) получаются из профиля жесткости соответствующей пластины. Таким образом, для задачи плоского напряжения в каждой точке интегрирования матрица упругости \(\mathbb {C}\) вычисляется из

$$\begin{aligned} \mathbb {C} = \left[ \begin{array} {lll} 1,011 E_L(x) \quad & 0,027 E_L(x) \quad & 0 \\ 0.027 E_L(x) \quad & 0,067 E_L(x) \quad & 0 \\ 0 \quad & 0 \quad & 650.0 \end{массив} \right] , \end{aligned}$$

(7)

где \(E_L(x)\) — значение профиля жесткости соответствующей ламели. Точно так же каждая точка интегрирования связана с параметрами прочности, которые получаются из соответствующего профиля прочности. Результаты, возвращаемые решателем КЭ, включают значения смещения всех узлов, а также напряжения во всех точках интегрирования.2 — 1 \le 0. \end{align}$$

(8)

Таким образом, L соответствует x , а R соответствует направлению z . Поскольку значения прочности на растяжение, представленные профилями прочности, изменяются в пространстве, соответствующие параметры зависят от местоположения точки интегрирования. Компоненты в L -направлении вычисляются в каждой точке интегрирования в соответствии с

$$\begin{aligned} a_{LL}&= \frac{1}{f_{t,L}(x)}+\frac {1}{f_{c,L}}, \end{выровнено}$$

(9)

$$\begin{align} b_{LLLL}&= -\frac{1}{f_{t,L}(x)\ f_{c,L}}, \end{align}$$

(10)

, где \(f_{c,L}= -52.2}. \end{выровнено}$$

(11)

В соответствии с выводами, представленными в Serrano and Gustafsson (2007), применяется метод среднего напряжения.2\).Полученные средние значения впоследствии используются в рамках критерия отказа Цай-Ву. По сравнению со строго точечной оценкой метод среднего напряжения дает более высокие оценки общей несущей способности системы.

Сравнение соответствующих численных и экспериментальных результатов для прочности на изгиб \(f_b\) приведено на рис. 10b. Здесь показаны результаты использования процедуры с четырьмя различными IP для свойства прочности на растяжение. Результаты для IP 1 были опущены, так как результаты не продемонстрировали пригодного для использования соглашения.2=0,54\), что еще недостаточно надежно. Таким образом, можно сделать вывод, что, хотя поведение системы при отказе можно интерпретировать как хрупкое разрушение, такие механические модели хрупкого разрушения плохо согласуются с экспериментальными наблюдениями. Это наблюдение также согласуется с выводами, представленными в работе Blank et al. (2017).

Статистическая оценка данных

Рис. 11

Линейные коэффициенты корреляции \(\delta\) и графики муравейников для входных и выходных параметров и их комбинаций.{N} (x_i-\шляпа{\mu}_X) (y_i-\шляпа{\mu}_Y)}{\шляпа{\sigma}_X \шляпа{\sigma}_Y} \end{выровнено}$$

(12)

где \(\mathrm {COV}(X,Y)\) — ковариация между двумя переменными, \(\sigma _X\) стандартное отклонение, \(x_i\) i -е измерение переменной X , N — размер выборки и \(\hat{\mu }_X\) расчетное среднее значение и \(\hat{\sigma}_X\) расчетное стандартное отклонение соответствующей переменной.Что касается балок GLT среднего размера (тип C), то эксперименты для нижнего класса точности не проводились и, кроме того, были доступны не все параметры для более высокого класса точности, на рис. 11, которые соответствуют 3D-КЭ и параметры профиля прочности, показаны результаты только для типов A, B, D и E. Данные сгруппированы в общие параметры и специальные группы параметров следующим образом:

  • Общие параметры Общие параметры охватывают пролет L и высоту h балки, а также среднюю влажность (MC).Также включена средняя массовая плотность \(\rho\) самой верхней (растянутой) ламели. Что касается корреляции внутри этой группы параметров, то массовая плотность \(\rho\) и влажность имеют коэффициент линейной корреляции 0,78. Это можно объяснить увеличением веса (и, следовательно, увеличением значений для измерений массовой плотности) древесины с увеличением МС. Взаимосвязь между этими параметрами представлена ​​на рис. 11b.

  • Параметры морфологии сучка Исследуемые параметры морфологии сучка включают объем сучка, видимую площадь сучка на поверхности доски и площадь контакта сучка с окружающей матрицей древесины.При этом для каждого параметра используется общая сумма всех узлов самой верхней (растянутой) ламели, возникающих между двумя точками приложения нагрузки. Линейная корреляция между объемом сучка, видимой площадью сучка и площадью интерфейса составляет от 0,87 до 0,99. Следовательно, корреляция с интересующими величинами \(E_\mathrm{GLT,exp}\) и \(f_b\) для этих параметров примерно одинакова, как видно из трех крайних правых столбцов на рис. 11c. Можно заметить, что все три параметра коррелируют с длиной луча L и высотой луча h .Причиной такого поведения является увеличение расстояния между точками приложения нагрузки с большими размерами балки, см. также рис. 3, что, в свою очередь, приводит к увеличению общей суммы параметров морфологии узла. Расстояние до сердцевины не дало какой-либо заметной линейной корреляции с остальными параметрами.

  • Параметры, связанные с жесткостью Параметры, связанные с жесткостью, представляют собой профили жесткости, рассчитанные в соответствии с моделью, представленной в Kandler et al.(2015), а также подход 3D FE. Для обоих типов профиля жесткости в качестве параметра используется минимальное значение, возникающее в растянутой пластине между точками приложения нагрузки. Также кривизна профиля жесткости, соответствующая разд. 3.3, а также модель регрессии в уравнениях. (2) и (3) относятся к этой группе параметров. Неудивительно, что параметр регрессионной модели сильно коррелирует с параметром профиля жесткости. Можно наблюдать заметную корреляцию между двумя параметрами профиля жесткости и измерениями массовой плотности и содержания влаги.Причина этого наблюдения кроется в микромеханической модели (Hofstetter et al. 2005), которая использовалась для вычисления тензора жесткости Клирвуда в Kandler et al. (2015). Для микромеханической модели массовая плотность и влагосодержание являются двумя основными входными параметрами. Кроме того, два параметра профиля жесткости демонстрируют заметную корреляцию с параметрами морфологии узла. Морфологию узла можно интерпретировать как скрытый фактор, влияющий как на параметры морфологии узла, так и на расчет профиля жесткости.Хотя морфология узла не используется напрямую при расчете профилей жесткости, она влияет на отклонения волокон (Foley 2003) и, таким образом, является важным аспектом расчета профиля жесткости, представленным в Kandler et al. (2015).

  • Параметры, связанные с прочностью Параметры, связанные с прочностью, представляют собой профили прочности, рассчитанные в соответствии с разд.\mathrm {dyn}\) и остальными входными параметрами наибольшее значение линейной корреляции наблюдается с параметром профиля жесткости.2=0,50\). Выявляя четкую тенденцию, эти результаты указывают на то, что для надежного прогнозирования прочности на изгиб необходимо использовать более сложные модели. Интересно, что морфология узла, по-видимому, лучше коррелирует с прочностью на изгиб, чем применяемые индикаторные свойства. Для количества неудавшихся ламелей \(n_\mathrm {lam,failed}\) значимой корреляции выявить не удалось.

Рис. 12

10 наивысшие коэффициенты линейной корреляции между параметрами и результатами для a эффективной жесткости на изгиб \(E_\mathrm {GLT,exp}\), b прочности на изгиб \(f_b\) и c количество неудавшихся ламелей \(n_\mathrm {lam,failed}\). h_Kandler2015 обозначает подход, указанный в (3)

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *