ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ - ЧАСТЬ 3

достаточно высока, и в то же время их можно пилить и сверлить. В качестве утеплителя между плитами 
закладывают слой шлаковаты в полиэтиленовой оболочке. Жесткость конструкции обеспечивает дере-
вянный каркас. Дома – одноэтажные с мансардой и верандой, с центральным или автономным отопле-
нием.  Весь  процесс  создания  дома  полностью  механизирован  и  автоматизирован.  Собирается  дом  из 
крупных блоков на заранее подготовленном фундаменте. На это уходит 12 ч и трое суток – на отделоч-
ные работы.  

В  различных  климатических  зонах успешно зарекомендовал  себя  арболит.  Заметно увеличивается 

число  предприятий,  выпускающих  строительную  продукцию  из  арболита.  На  этих  предприятиях  при-
меняются  отечественные  технологии  силового  вибропроката  и  вибропрессования.  Созданы  возможно-
сти начать выпуск широкой номенклатуры арболитовых изделий и конструкций различной конфигура-
ции с более высокой заводской готовностью, в том числе крупноформатных стеновых панелей и плит 
перекрытий комплектной поставки. 

На заводе в подмосковном Домодедово при производстве арболита в качестве заполнителя успешно 

используют щепу (можно и древесную кору). Смешивают цемент, дробленые древесные отходы и до-
бавки для образования пор. Такой арболит почти вдвое легче керамзитобетона. Он отличается низкой 
теплопроводностью, легок, хорошо распиливается, соединяется скобами и гвоздями. Технология изго-
товления  арболитовых  стеновых  блоков  весьма  проста.  Снаружи  блоки  покрывают  кремнийорганиче-
скими красками, изнутри оклеивают обоями [5]. 

Эффективна стеновая панель НТ 44.28.30-9 размером «на комнату»  с окном, предназначенная для 

строительства  жилых  сельских  домов  в  обычных  геологических  условиях,  с  расчетной  температурой 
наружного  воздуха  –40  °С.  Трудоемкость  монтажа  таких  конструкций  в  4  раза  ниже  по  сравнению  с 
кирпичной кладкой, на 30 % меньше масса зданий. 

Рост монолитного строительства повышает спрос на дерево для опалубок. И тут важно организо-

вать эффективную обработку древесного материала. Высокий экономический эффект, в частности, 
сулит способ пропитки досок, используемых для опалубки при сооружении ленточных фундаментов, 
предложенный специалистами Новосибирского инженерно-строительного университета им. В.В. 
Куйбышева. Они рекомендуют вместо силиконовых, желатиновых и петролатумных составов приме-
нять серные ванны, используя для этого отходы производства. Технология пропитки несложна. Дре-
весина обрабатывается в ванной с расплавом (при 145 °С) за 1 ч. Древесина становится вдвое тяже-
лее, резко повышаются ее механическая прочность и влагостойкость, а сцепление с бетоном делается 
минимальным. Вовлекаются при этом в производство и малопрочные лиственные породы дерева. 
Пропитанные серой деревянные стойки и брусья надежно защищаются от влаги, плесени, жучков-
древоточцев [5]. 

2   ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК 

 
 
 

2.1   ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕЛЬНОДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК 

 

Цельнодеревянные балки представляют собой отдельные брусья или толстые доски, устанавли-

ваемые на кромки и окантованные бревна, имеющие необходимые сечения и длины. Ввиду ограни-
ченности сечений и длин лесоматериалов балки применяются при пролетах, не превышающих 6 м. 
Они  ставятся  наклонно  вдоль  скатов  кровли  с  шагом  не  более  3  м  и  опираются  на  стены  и  стро-
пильные конструкции покрытий.  

Цельнодеревянные  балки  работают  на  поперечный  изгиб  от  равномерно  распределенной  на-

грузки, которая включает в себя постоянную нагрузку от собственного веса всех элементов покры-
тия и снеговую нагрузку. Расчетная схема такой конструкции представляет собой однопролетную 
шарнирно опертую балку [3, 5, 6, 7]. 

Проектирование балки осуществляется в следующей последовательности [3, 6]. 

1 

По несущей способности при поперечном изгибе (2.1) подбирается сечение балки W

тр

. 

2 

Осуществляется проверка несущей способности балок по нормальным напряжениям при изгибе 

(проверка прочности) 

и

R

W

M ≤

=

σ

,   

 

       (2.1) 

где М – изгибающий момент, W – момент сопротивления, R

и

 – расчетное сопротивление древесины 

изгибу. 

3 

Выполняется проверка прогиба балки (проверка жесткости)  









≤

=

l

f

EI

l

q

l

f

3

н

384

5

,   

            (2.2) 

где f – прогиб; q

н

 – нормативная нагрузка; l – пролет балки; Е – модуль упругости; I – момент инерции, 

[ ]

l

f

 – допустимые значения прогиба. 

Цельнодеревянные балки не требуют проверки скалывающих напряжений ввиду их малой величи-

ны.  

Пример  2.1      Рассмотрим  расчет  цельнодеревянной  балки  с  размерами  поперечного  сечения 

130

×200 мм (рис. 2.1) и пролетом 2,8 м, на которую через силовой пол (п. 2.5) передается нагрузка в 

200 кг (на одну винтовую пару). Расстояние между опорами равно 2,6 м. 

 
1  Определим  нагрузку,  действующую  на  балку.  Для  этого  рассчитаем  собственный  вес  балки: 

4

,

36

500

8

,

2

2

,

0

13

,

0

б

=

⋅

⋅

⋅

=

ρ

= hbl

P

  кг,  тогда  равномерно  распределенная  нагрузка,  действующая  на  балку, 

будет равна 

7

,

244

6

,

2

4

,

36

200

3

н

=

+

⋅

=

q

 кг/м  (2,45 кН/м); 

294

2

,

1

7

,

244

н

р

=

⋅

=

γ

= q

q

 кг/м  (2,94 кН/м), 

где 

γ – коэффициент надежности по нагрузке [8]. 

2  Определим максимальный изгибающий момент, действующий в балке 

48

,

2

8

6

,

2

94

,

2

8

2

2

=

⋅

=

=

ql

M

 кН

⋅м. 

3  Определим геометрические характеристики балки: 

– момент сопротивления  

00087

,

0

6

2

,

0

13

,

0

6

2

2

=

⋅

=

=

bh

W

 м

3

; 

– момент инерции 

5

3

3

10

67

,

8

12

2

,

0

13

,

0

12

−

×

=

⋅

=

=

bh

I

 м

4

. 

Выполним проверку цельнодеревянной балки по прочности и жесткости. 

1 

Проверка прочности осуществляется по формуле (2.1). Для древесины 2-го сорта R

и 

= 14 МПа [9, 

табл. 3]. 

85

,

2

00087

,

0

10

48

,

2

3

=

⋅

=

σ

−

 МПа < 14 МПа 

2  Проверка  жесткости  производится  по  формуле  (2.2).  Модуль  упругости  древесины  равен  10

4

 

МПа. 

004

,

0

250

1

00065

,

0

10

67

,

8

10

6

,

2

10

45

,

2

384

5

5

4

3

3

=

=









<

=

⋅

⋅

⋅

⋅

=

−

−

l

f

l

f

. 

L = 2600 

2600 

  130 

20

0 

эпюра 

 M = ql

2

/8 

 
 
 

Рис. 2.1   Цельнодеревянная балка:

а – балка; б – расчетная схема. 

а) 

б) 

Обе  проверки  выполняются,  следовательно,  цельнодеревянная  балка  удовлетворяет  условиям 

прочности и жесткости. 

 
 

2.2   ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВНЫХ БАЛОК  

НА ПОДАТЛИВЫХ СВЯЗЯХ 

 

Составные балки состоят из двух или трех брусьев, соединенных между собой нагелями, изго-

товленных из твердых пород древесины (дуба или антисептированной березы), металла или пласт-
массы (рис. 2.2). Нагели могут быть цилиндрическими или пластинчатыми, сквозными или глухи-
ми. Отверстия под цилиндрические нагели и гнезда под пластинчатые изготавливаются  в предва-
рительно выгнутых балках (для придания им строительного подъема) сверлением или электроцеп-
нодолбежкой.  Максимальный  пролет  таких  балок  составляет  6,5  м.  Однако  при  использовании 
окантованных бревен он может быть увеличен до 8 м [3, 5, 7]. 

Также как и цельнодеревянные, составные балки работают на поперечный изгиб. Проектирова-

ние таких балок осуществляется в три этапа [3, 7]: 

1 

По несущей способности при поперечном изгибе (2.5) осуществляется подбор сечения элементов 

балки (W

тр

, а затем h

тр

);  

2 

Определяется число нагелей 

бр

н

бр

2

,

1

I

T

MS

n

≥

,   

        (2.3)  где  n  –  количество  пластинок  на  сере-

дине пролета; M – изгибающий момент; S

бр

 – статический момент сдвигающейся части сечения относи-

тельно нейтральной оси; Т

н 

– расчетное сопротивление нагеля; I

бр

 – момент инерции брутто всего сече-

ния и величина строительного подъема балки  

1

стр

1

,

0

h

l

f

=

,                                               (2.4)  

где l – длина бруса, h

1

 – высота одного бруса. 

3 

Выполняется проверка прочности (2.5) и жесткости (2.6) балки 

w

k

R

W

M

и

≤

=

σ

, 

 

 

        (2.5) 









≤

=

l

f

EIk

l

q

l

f

ж

3

н

384

5

,  

            (2.6) 

где k

w

 и k

ж

 – поправочные коэффициенты, учитывающие податливость связей. 

Пример 2.2   Рассмотрим расчет двухсоставной и четырехсоставной балок на цилиндрических на-

гелях (рис. 2.2) с размерами поперечного сечения 130

×200 мм и пролетом 2,8 м, на которую через сило-

вой пол (п. 2.5) передается нагрузка в 200 кг на одну винтовую пару. Расстояние между опорами равно 
2,6 м. Бруски соединяются десятью цилиндрическими нагелями диаметром 20 мм, расположенными под 
углом 45

°. 

1  Определим нагрузку, действующую на балку. Расчетная схема представлена на рис. 2.1, б. Для 

этого рассчитаем собственный вес балки: 

кг

4

,

36

500

8

,

2

2

,

0

13

,

0

б

=

⋅

⋅

⋅

=

ρ

= hbl

P

, тогда равномерно распреде-

ленная нагрузка, действующая на балку, будет равна: 

– двухсоставная балка 

8

,

244

6

,

2

4

,

36

200

3

н

=

+

⋅

=

q

 кг/м (2,45 кН/м) 

7

,

293

2

,

1

8

,

244

н

р

=

⋅

=

γ

= q

q

кг/м (2,94 кН/м); 

– четырехсоставная балка 

245

6

,

2

4

,

36

200

3

н

=

+

⋅

=

q

 кг/м (2,45 кН/м) 

294

2

,

1

245

н

р

=

⋅

=

γ

= q

q

 кг/м (2,94 кН/м); 

2 

Определим геометрические характеристики балки: 

Рис. 2.2   Составная балка с пластинчатыми сквозными нагелями 

0,2l 

0,4l 

0,4l 

b 

h 

– момент сопротивления  

00087

,

0

6

2

,

0

13

,

0

6

2

2

=

⋅

=

=

bh

W

м

3

; 

– момент инерции 

5

3

3

10

67

,

8

12

2

,

0

13

,

0

12

−

×

=

⋅

=

=

bh

I

 м

4

; 

– статический момент 

00065

,

0

8

2

,

0

13

,

0

8

2

2

=

⋅

=

=

bh

S

 м

3

. 

Расчет двухсоставной балки.  
Определим максимальный изгибающий момент, действующий в балке: 

– от расчетной нагрузки 

48

,

2

8

6

,

2

94

,

2

8

2

2

=

⋅

=

=

ql

M

 кН

⋅м; 

–  из  условия  работы  цилиндрических  нагелей  на  сдвигающие  усилия  по  формуле  (2.3) 

69

,

6

00065

,

0

2

,

1

12

10

87

,

0

5

2

,

1

4

н

=

⋅

⋅

⋅

⋅

=

=

−

S

nIT

M

 кН

⋅м; 

где 

1200

75

,

0

2

10

80

80

н

=

⋅

⋅

⋅

=

=

a

adk

Т

 кгс (а – толщина крайних элементов, k

a 

= 0,75 при направлении пере-

даваемого нагелем усилия под углом 45

° к волокнам [9, табл. 19]). 

Для дальнейшего расчета принимаем максимальный момент равный 6,69 кН/м.  

Выполним проверку составной балки по прочности и жесткости. 

1 

Проверка прочности осуществляется по формуле (2.5). Для древесины 2-го сорта R

и 

= 14 МПа [9, 

табл. 3], для двух слоев при пролете 2,6 м k

w 

= 0,8 [9, табл. 13]. 

69

,

7

00087

,

0

10

69

,

6

3

=

⋅

=

σ

−

МПа

2

,

11

8

,

0

14

=

⋅

<

 МПа. 

2 

Проверка жесткости балки производится по формуле (2.6). Модуль упругости древесины равен 

10

4

 МПа, k

ж 

= 0,5 [9, табл. 13]. 

004

,

0

250

1

0013

,

0

5

,

0

10

67

,

8

10

6

,

2

10

94

,

2

384

5

5

4

3

3

=

=









<

=

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

−

−

l

f

l

f

. 

Обе проверки выполняются, следовательно, двухсоставная балка на податливых связях удовле-

творяет условиям прочности и жесткости. 
Расчет четырехсоставной балки. 
Определим максимальный изгибающий момент, действующий в балке: 

– от расчетной нагрузки 

48

,

2

8

6

,

2

94

,

2

8

2

2

=

⋅

=

=

ql

M

кН

⋅м; 

– из условия работы цилиндрических нагелей на сдвигающие усилия по формуле (2.3)  

34

,

3

00065

,

0

2

,

1

6

10

87

,

0

5

2

,

1

4

н

=

⋅

⋅

⋅

⋅

=

=

−

S

nIT

M

кН

⋅м, 

где 

600

75

,

0

2

5

80

80

н

=

⋅

⋅

⋅

=

=

a

adk

Т

кгс (а – толщина крайних элементов, k

a 

= 0,75 при направлении переда-

ваемого нагелем усилия под углом 45

° к волокнам [9, табл. 19]). 

Для дальнейшего расчета принимаем максимальный момент равный 3,34 кН/м. 

Выполним проверку составной балки по прочности и жесткости. 

3 

Проверка прочности осуществляется по формуле (2.5). Для древесины 2-го сорта R

и 

= 14 МПа [9, 

табл. 3], для четырех слоев при пролете 2,6 м k

w 

= 0,6 [9, табл. 13].  

84

,

3

00087

,

0

10

34

,

3

3

=

⋅

=

σ

−

МПа 

4

,

8

6

,

0

14

=

⋅

<

 МПа 

4 

Проверка жесткости балки производится по формуле (2.6). Модуль упругости древесины равен 

10

4

 МПа, k

ж 

= 0,25 [9, табл. 13]. 

004

,

0

250

1

0026

,

0

25

,

0

10

67

,

8

10

6

,

2

10

45

,

2

384

5

5

4

3

3

=

=









<

=

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

−

−

l

f

l

f

. 

Обе  проверки  выполняются,  следовательно,  четырехсоставная  балка  на  податливых  связях 

удовлетворяет условиям прочности и жесткости. 
 

2.3   ПРОЕКТИРОВАНИЕ КЛЕЕДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК 

 

Клеедеревянные балки изготавливают из досок, толщиной от 19 до 42 мм, склеенных между со-

бой. Ширина таких балок составляет не менее 1/6 их высоты. Наибольшее распространение полу-
чили балки сечением до 165 мм. При ширине превышающей 165 мм балки выполняют из двух до-