При проектировании навеса или гаража часто возникает вопрос чем выполнить большепролётную балку (по меркам малоэтажного строительства).
В нашей стране традиционно принято считать, что металл это самый лучший и надёжный вариант, но так ли это на самом деле?
В этой статье я бы хотел привести плюсы и минусы того или иного решения. Именно в контексте выгод не для строителя, а для коненого потребителя. Но сначала обозначу ключевые параметры выбора для оценки вариантов.
Ключевые параметры:
Повторюсь, я сейчас не рассматриваю стоимость, удобство монтажа и технологичность сборки, потому что это забота тех, кто поставляет и монтирует навес. Могу лишь сказать, что по всем этим параметрам деревянная балка, как минимум не хуже, а по ряду параметров даже лучше.
1. Пожаробезопасность
Первым и самым главным предубеждением является мнение, что при пожаре металл гораздо надёжнее дерева.
Стоит понимать, что металл начинает резко терять несущую способность (плывёт) уже при температуре нагрева около 500°С. В то же время брус, при большом сечении, горит очень плохо и долго, обугливаясь по краям и тем самым создавая защитную корку от проникновения пламени.
Также важно понимать, что пагубные воздействия для того или иного материала разные:
Металл нужно защищать от воздействия температуры, открытое пламя для него фатального значения не имеет. В то же время, для дерева, наоборот, максимальную опасность представляет открытое пламя, но несущую способность при высокой температуре сохраняет дольше.
Балка из древесины начинает постепенно терять несущую способность при открытом пламени и 270°С, и за 30 минут она теряет 1.8 – 2см рабочего сечения
Соответственно и меры по защите того или иного решения нужно принимать разные. Например, для увеличения предела огнестойкости швеллера, его лучше всего защитить теплоизолятором, и уже по теплоизолятору делать дополнительную отделку. Всё это требует значительных расходов и трудозатрат. А дерево, для защиты от открытого пламени, можно дополнительно покрыть огнеупорной пропиткой, либо материалом предохраняющим от прямого воздействия пламени.
Нормой огнестойкости несущей балки является RE45 (45 минут). У клееной балки из лиственницы 250×400мм с нагрузкой 945кг на метр погонный и без пропитки, огнестойкость в районе RE54.
В то же время огнестойкость швеллера П30 не превышает RE8 и ему необходимы дополнительно 20 мм минеральной плиты, чтобы выйти выше порога нормы. С минеральной плитой этот показатель увеличиться до RE75.
Таким образом видно, что брус, с точки зрения пожаробезопасности гораздо лучше, чем голый металл аналогичной несущей способности.
Расчёт огнестойкости швеллера 30П:
Для определения потери жёсткости балки при критической температуре прежде всего необходима приведённая толщина.
Характеристики Швеллера 30П:
Высота = 300 мм
Ширина = 100 мм
Толщина = 6,5 мм
Площадь = 4050 мм²
Обогреваемый периметр = 2*300+3*100-2*6,5=4,566 мм
Приведённая толщина (δпр) = 4050/887=4,566 мм
Возьмём монограмму прогрева незащищенных стальных
конструкций при стандартном температурном режиме из Методических рекомендаций по
разработке проекта огнезащиты
стальных конструкций
Определим количество времени для достижения 500 С° металлом с приведённом толщиной в 4,566 мм.
Получаем в районе 7-9 минут (RE7 – RE9)
Для подсчёта количества теплоизолятора можно воспользоваться таблицами производителей, например у Технониколь по их решениям, для обеспечения минимальной нормы RE45 предлагают ТЕХНОНИКОЛЬ ТЕХНО ОЗМ 40 мм
Расчёт огнестойкости деревянной балки 250X400мм:
Зная минимально допустимое сечение балки и скорость потери рабочего диаметра (0,8 см/мин), можно рассчитать огнестойкость балки:
Размеры балки: 250Х400мм
Минимально допустимые размеры: 160X320мм
Допустимая потеря балки при которой сохраниться геометрия:
b= 250-160=90 мм
h= 400-320=80 мм
Время, с которой сгорит допустимый объём балки:
T1= 90 / (2*0.8)=56.25 минут (RE)
T2= 80 / (2*0.8)=50 минут (RE)
Берём наименьшее значение T2=50 минут, добавляем время достижения обугливания на поверхности 4 минуты(СП 64.13330.2017):
50+4=54 минуты
Предел огнестойкости балки равен RE54
Обязательно посмотрите это видео:
2. Долговечность и эксплуатация
Да, дерево, в отличие от металла требует большего ухода. На сегодняшний день наиболее эффективным методом является обработка маслом. Оно не требует шлифовки и легко наносится.
Брус потребует обработки маслом, 1 раз в 2 года, что на промежутке в 10 лет составит 5 раз. По моим расчётам, на масло нужно будет потратить 150 руб/м2 и по трудозатратам будет тоже 150 руб/м2. Расход на одну балку будет 1800 рублей в год, а за 10 лет 9000 рублей.
В случае со швеллером, будем считать, что через 10 лет нам потребуется, как минимум одно обновление покрытия, но для этого нам придётся полностью убрать старую краску (шлифовка), затем очистить и обезжирить, затем нанести грунт и финишное покрытие. Вместе с работами это будет стоить в районе 8000 рублей на одну балку. Нужно отметить, что также есть порошковая краска, которая исходно будет стоить гораздо дороже обычной краски, но в данном варианте я расчёты делать не буду. И ещё, если мы учитываем проблемы с огнестойкостью, которые мы вывели в первом пункте, то нам потребуется исходно дополнительно потратиться на утепление этой конструкции и её дополнительную отделку, например композитной панелью. Эта панель не потребует практической отделки, но этот комплекс работ будет стоить ещё дороже, чем порошковая окраска, и это я тоже в расчёт не принимаю, потому что, практически, это тоже никто не делает.
Таким образом, вы видим, что по эксплуатационным расходом, на промежутке 10 лет, вариант голый металл и балка из клеенного бруса примерно одинаковы по эксплуатационным расходам.
3. Эстетика
Клееный брус, на мой взгляд, всегда будет выглядеть гораздо более премиально, чем металл даже под порошковой окраской. Конечно, есть стилевые решения, типа “Лофт”, где металл может смотреться актуально, но если Вы поставите рядом клееный брус под маслом и швеллер, то я думаю преимущество в части эстетики будет очевидно.
Почему это важно? Помимо красоты это прямо влияет на рыночную стоимость объекта недвижимости.
Вот просто для примера:
Я проанализировал основные, как мне кажется, ключевые параметры выбора, и по ним видно, что клееный брус, несмотря на то, что он стоит дороже, выглядит более дорогим, имеет более высокую пожароустойчивость и с ним гораздо легче работать.
В то же время металл почти всегда есть в наличии, строители привыкли с ним работать, несмотря на то, что его гораздо сложнее обрабатывать. Но все эти параметры в данном сравнении я не учитываю, так как этот вопрос я не рассматриваю.
Мы, при разработке новой технологии сделали ставку на клееную древесину.