Прочность фанеры на прогиб

Прочность фанеры на прогиб

Какие плитные материалы предлагают производители?

Фанера
Для изготовления используют листы шпона дерева толщиной от 0,3 до 4 мм. Листы плотно склеивают друг с другом посредством клея различной степени влагостойкости. Различают фанеру ФК (со средней степенью устойчивости к влаге) и ФСФ (с повышенными показателями). Может ламинироваться в различные цвета с имитацией древесного рисунка.

OSB
Древесная стружка снимается специальным оборудованием вдоль волокон – для сохранения прочностных характеристик. Ее связывают составом из смол, борной кислоты, воска, а затем прессуют в плиты. Отдельные типы (OSB-3, OSB-4) применимы при высокой влажности, для возведения внешних конструкций.

ДСП
Изготавливаются методом горячего прессования мелких частиц дерева с различными смолами. Могут иметь обычную или мелкоструктурную поверхность, повышенную влагостойкость. Применяются внутри помещений. Для декоративных целей изготавливается ламинированная и шпонированная ДСП.

ДВП
Производство представляет собой прессование и последующую сушку древесных отходов с добавлением смол или без них. Отличаются по твердости, плотности, облагороженности лицевой поверхности. За счет низкой теплопроводности ДВП часто применяют для утепления крыш, полов. Для внутренних работ и производства мебели проводится ламинирование поверхности.

МДФ
Частицы древесины прессуются при высоком давлении для достижения высокой плотности, сравнимой с доской. Связующим материалом является натуральное вещество лигнин, содержащееся в самой древесине. Применяется чаще всего для производства мебели, которая может использоваться даже во влажных помещениях.

Какие характеристики учитывать при выборе?

Прочность
Если сравнивать прочностные характеристики перечисленных материалов, то лидером окажется МДФ. Сломать его можно под давлением свыше 20-22 МПа, которое выдержит не всякое дерево. Высокая прочность на излом у ДСП и ДВП – за счет однородной структуры. Фанера и OSB в целом обладают одинаковой прочностью, однако у OSB выше предел прочности на срез.

Сфера применения
Наиболее универсальным является OSB. Из плит 1 и 2 типа производят мебель, строят внутренние перегородки, подиумы и т.д. Плиты 3 и 4 типа за счет повышенных характеристик применяют для строительства наружных конструкций, облицовки фасадов.

Остальные виды плитных материалов применяются для внутренних целей (кроме фанеры ФСФ – она может служить, к примеру, опалубкой). ДСП и ДВП используют для изготовления мебели, перегородок, декоративных элементов, полов, внутренней обшивки крыш. МДФ чаще всего можно встретить в качестве материала для мебельных фасадов, стеновых панелей, межкомнатных дверей для любых помещений.

Вес
Для того чтобы наглядно продемонстрировать, какой из материалов легче, предлагаем сравнить средний вес наиболее востребованных плит:

  • OSB-3 2500х1250х8мм (0,25 м куб.) весит 15,56 кг, а кубометр материала – 62,24 кг;
  • Фанера ФК 1525х1525х 10 мм (0,23 м куб.) весит 14,74 кг, а кубометр – 64,08 кг;
  • ДСП 2500х1850х16 мм (0,74 м куб.) весит 48,84 кг, а кубометр – 66 кг;
  • Фанера водостойкая ФСФ 2440х1220х 12 мм (0,357 м куб.) весит 25,8 кг, а кубометр – 72,27 кг;
  • МДФ 2800х2070х16 мм (0,927 м куб.) весит 72,36 кг, а кубометр – 78 кг.
  • ДВП 2745х1700х3,2 мм (0,149 м куб.) весит 12 кг, а кубометр – 80,53 кг.

Легкость обработки
Поверхность фанеры легко шлифуется, поэтому изделия достаточно загрунтовать и покрыть лаком – получится гладкая поверхность с естественным рисунком дерева. Качественной шлифовке подвергается и ДСП. Все виды плитных материалов могут проходить ламинирование.

МДФ поддается наиболее тонкой обработке, склеивается и красится, покрывается ПВХ-пленками любых оттенков. ДСП и ДВП легко фрезеруются и сверлятся. Для распила наиболее подходят фанера и OSB. Ламинированные материалы следует рапиливать только на профессиональном оборудовании.

Все указанные плитные материалы крепятся с помощью клея, окрашиваются любыми красками по дереву, обрабатываются лаками. МДФ, ДВП и ДСП – не лучший вариант для вкручивания шурупов, а гвоздям они поддаются плохо. Для прибивания лучше использовать фанеру.

Влагоустойчивость
Лучшие показатели влагостойкости – у OSB 3 и 4 типов. Она может находиться сутки в воде, при этом коэффициент набухания не превысит 10%. Влагостойкая ДСП за это же время разбухнет на 15%, а вот обычная – на 33%. Среди материалов для внутренних работ с этой точки зрения выделяется МДФ.

Влагоустойчивая фанера ФСФ предполагает возможность использования в условиях с влажностью атмосферы до 85%. А вот у ДСП и ДВП устойчивость к влаге увеличивается исключительно за счет ламинирования.

Экологичность
ДСП без ламинирования, окрашивания или другой обработки не рекомендуют применять в жилых помещениях, так как формальдегидные клеи выделяют вещества, которые негативно могут сказаться на здоровье человека. Ламинированная же ДСП не несет никакого вреда.

Лучшие показатели экологичности – у МДФ, за счет технологии прессования. Также высокими экологическими показателями отличается фанера, так как изготавливается непосредственно из дерева. Плиты OSB привлекают тем, что на них не образуется грибок, они не подвержены гниению.v

Читайте также:  Уведомление кандидату в присяжные заседатели

Стоимость
Цена материалов играет не последнюю роль, однако нужно отталкиваться от конкретных целей покупки. К примеру, для выравнивания полов дешевле всего использовать ДСП и ДВП. Достаточно недорогим материалом является OSB, тем более что он универсален, а альтернативы для использования при наружных работах у него практически нет. Дороже всего обойдется покупка МДФ, однако цена этих плит соответствует возможностям их обработки, а они чрезвычайно широки.

Иногда при устройстве перекрытий лаги делаются в двух направлениях. Таким образом получается как бы решетка и укладываемая на эту решетку фанера может рассматриваться как пластина с опиранием по контуру. Имеет ли смысл рассматривать такой лист как пластину, мы далее и узнаем.

Конечно же в большинстве случаев лист фанеры будет укладываться более чем на одну ячейку решетки и тогда следует рассматривать только часть фанерного листа, перекрывающего только одну ячейку, заменяя не рассматриваемые части листа как минимум жесткими опорами. Однако мы рассмотрим вариант, когда лист фанеры укладывается только на одну ячейку, например в одном из углов помещения. Это вполне вероятно, если размеры фанерных листов не кратны размерам помещения.

Определение прогиба фанерного листа

Итак имеется ячейка с размерами в свету 50х50 см, которую планируется зашить фанерой толщиной h = 1 см (вообще-то согласно ГОСТ 3916.1-96 толщина фанеры может быть 0.9 см, но мы для упрощения дальнейших расчетов будем считать, что у нас фанера толщиной 1 см), на фанерный лист будет действовать плоская нагрузка 300 кг/м 2 (0.03 кг/см 2 ). На фанеру будет наклеиваться керамическая плитка, а потому очень желательно знать прогиб фанерного листа (расчет фанеры на прочность в данной статье не рассматривается).

Соотношение h/l = 1/50, т.е. такая пластина является тонкой. Так как мы технически не сможем обеспечить такое крепление на опорах, чтобы лаги воспринимали горизонтальную составляющую опорной реакции, возникающую в мембранах, то и рассматривать фанерный лист, как мембрану, не имеет смысла, даже если ее прогиб будет достаточно большой.

Как уже отмечалось, для определения прогиба пластины можно воспользоваться соответствующими расчетными коэффициентами. Так для квадратной плиты с шарнирным опиранием по контуру расчетный коэффициент k1 = 0.0443, а формула для определения прогиба будет иметь следующий вид

f = k1ql 4 /(Eh 3 )

Формула вроде бы не сложная и почти все данные для расчета у нас есть, не хватает только значения модуля упругости древесины. Вот только древесина — анизотропный материал и значение модуля упругости для древесины зависит от направления действия нормальных напряжений.

Так, если верить нормативным документам, в частности СП 64.13330.2011, то модуль упругости древесины вдоль волокон Е = 100000 кгс/см 2 , а поперек волокон Е90 = 4000 кг/см 2 , т.е. в 25 раз меньше. Однако для фанеры значения модулей упругости принимаются не просто, как для древесины, а с учетом направления волокон наружных слоев согласно следующей таблицы:

Таблица 475.1. Модули упругости, сдвига и коэффициенты Пуассона для фанеры в плоскости листа

Можно предположить, что для дальнейших расчетов достаточно определить некое среднее значение модуля упругости древесины, тем более, что слои фанеры имеют перпендикулярную направленность. Однако такое предположение будет не верным.

Более правильно рассматривать соотношение модулей упругости, как соотношение сторон, например для березовой фанеры b/l = 90000/60000 = 1.5, тогда расчетный коэффициент будет равен k1 = 0.0843, а прогиб составит:

f = k1ql 4 /(Eh 3 ) = 0.0843·0.03·50 4 /(0.9·10 5 ·1 3 ) = 0.176 см

Если бы мы не учитывали наличие опирания по контуру, а производили расчет листа, как простой балки шириной b = 50 см, длиной l = 50 см и высотой h = 1 см на действие равномерно распределенной нагрузки,то прогиб такой балки составил бы (согласно расчетной схеме 2.1 таблицы 1):

f = 5ql 4 /(384EI) = 5·0.03·50·50 4 /(384·0.9·10 5 ·4.167) = 0.326 см

где момент инерции I = bh 3 /12 = 50·1 3 /12 = 4.167 см 4 , 0.03·50 — приведение плоской нагрузки к линейной, действующей по всей ширине балки.

Таким образом опирание по контуру позволяет уменьшить прогиб почти в 2 раза.

Для пластин, имеющих одну или несколько жестких опор по контуру, влияние дополнительных опор, создающих контур, будет меньше.

Например, если лист фанеры будет укладываться на 2 смежные ячейки, и мы будем рассматривать его как двухпролетную балку с равными пролетами и тремя шарнирными опорами, не учитывая опирание по контуру, то максимальный прогиб такой балки составит (согласно расчетной схемы 2.1 таблицы 2):

f = ql 4 /(185EI) = 0.03·50·50 4 /(185·0.9·10 5 ·4.167) = 0.135 см

Таким образом укладка фанерных листов как минимум на 2 пролета позволяет уменьшить максимальный прогиб почти 2 раза даже без увеличения толщины фанеры и без учета опирания по контуру.

Читайте также:  Телескоп sky watcher цена

Если учитывать опирание по контуру, то мы имеем как бы пластину с жестким защемлением по одной стороне и шарнирным опиранием по трем остальным. В этом случае соотношение сторон l/b = 0.667 и тогда расчетный коэффициент будет равен k1 = 0.046, а максимальный прогиб составит:

f = k1ql 4 /(Eh 3 ) = 0.046·0.03·50 4 /(0.9·10 5 ·1 3 ) = 0.096 см

Как видим, разница уже не столь значительная, как при шарнирном опирании по контуру, но в любом случае почти двукратное уменьшение прогиба при наличии жеского защемления по одной из сторон может оказаться очень полезным.

Ну а теперь мне хотелось бы сказать пару слов о том, почему модули упругости для фанеры различаются в зависимости от направления волокон, ведь фанера такой хитрый материал, в котором направления волокон в соседних слоях перпендикулярны.

Определение модуля упругости фанерного листа. Теоретические предпосылки

Если предположить, что модуль упругости каждого отдельно взятого слоя фанеры зависит только от направления волокон и соответствует модулю упругости древесины, т.е. пропитка, прессовка во время изготовления и наличие клея на значение модуля упругости не влияют, то сначала следует определить моменты инерции для каждого из рассматриваемых сечений.

В фанере толщиной 10 мм как правило имеется 7 слоев шпона. Соответственно каждый слой шпона будет иметь толщину примерно t = 1.43 мм. В целом приведенные сечения относительно перпендикулярных осей будут выглядеть примерно так:

Рисунок 475.1. Приведенные сечения для фанерного листа толщиной 10 мм.

Тогда, принимая ширину b = 1, а b’ = 1/24, мы получим следующие результаты:

Iz = t(2(3t) 2 + t(2t 2 ) + 4·t 3 /12 + 2t(2t 2 )/24 + 3t 3 /(24·12) = t 3 (18 + 2 + 1/3 + 1/3 + 1/96) = 1985t 3 /96 = 20.67t 3

Ix = t(2(3t) 2 /24 + t(2t 2 )/24 + 4·t 3 /(12·24) + 2t(2t 2 ) + 3t 3 /12 = t 3 (18/24 + 2/24 + 1/72 + 8 + 6/24) = 655t 3 /72 = 9.1t 3

Если бы модули упругости были одинаковыми во всех направлениях, то момент инерции относительно любой из осей составлял бы:

I’x = t(2(3t) 2 + t(2t 2 ) + 4·t 3 /12 + 2t(2t 2 ) + 3t 3 /12 = t 3 (18 + 2 + 1/3 + 8 + 1/4 =43 3 /12 = 28.58t 3

Таким образом, если не учитывать наличие клея и других вышеперечисленных факторов соотношение модулей упругости составило бы 20.67/9.1 = 2.27, а при рассмотрении фанерного листа, как балки, модуль упругости вдоль волокон наружных слоев составил бы (20.67/28.58)10 5 = 72300 кгс/см 2 . Как видим, технологии, используемые при изготовлении фанеры, позволяют увеличить расчетное значение модулей упругости, особенно при прогибе листа поперек волокон.

Между тем, соотношение расчетных сопротивлений при изгибе вдоль и поперек волокон наружных слоев (которые тоже можно рассматривать, как соотношение моментов инерции) гораздо ближе к определенному нами и составляет примерно 2.3-2.4.

А еще у Вас есть уникальная возможность помочь автору материально. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью и адресом электронной почты. Если вы хотите задать вопрос, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Спасибо. Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье "Записаться на прием к доктору"

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Для Украины — номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 0121 5641

Кошелек webmoney: R158114101090

Категории:
  • Расчет конструкций . Расчет деревянных конструкций
Оценка пользователей: 10.0 (голосов: 2) Переходов на сайт: 5950 Комментарии:

А неподскажет автор , сравнительные характеристики на прогиб торца доски 50*100 и фанерного листа 15*100 ( тоесть можноли заменить доску на фанеру , положенную на торец)

Как определить прогиб доски, достаточно подробно рассматривается в статье "Расчет деревянного перекрытия". А если вкратце, то заменить можно, но несущая способность при этом значительно уменьшится, а прогиб увеличится.

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).

Какие плитные материалы предлагают производители?

Фанера
Для изготовления используют листы шпона дерева толщиной от 0,3 до 4 мм. Листы плотно склеивают друг с другом посредством клея различной степени влагостойкости. Различают фанеру ФК (со средней степенью устойчивости к влаге) и ФСФ (с повышенными показателями). Может ламинироваться в различные цвета с имитацией древесного рисунка.

OSB
Древесная стружка снимается специальным оборудованием вдоль волокон – для сохранения прочностных характеристик. Ее связывают составом из смол, борной кислоты, воска, а затем прессуют в плиты. Отдельные типы (OSB-3, OSB-4) применимы при высокой влажности, для возведения внешних конструкций.

Читайте также:  Комнатный цветок похожий на спатифиллум

ДСП
Изготавливаются методом горячего прессования мелких частиц дерева с различными смолами. Могут иметь обычную или мелкоструктурную поверхность, повышенную влагостойкость. Применяются внутри помещений. Для декоративных целей изготавливается ламинированная и шпонированная ДСП.

ДВП
Производство представляет собой прессование и последующую сушку древесных отходов с добавлением смол или без них. Отличаются по твердости, плотности, облагороженности лицевой поверхности. За счет низкой теплопроводности ДВП часто применяют для утепления крыш, полов. Для внутренних работ и производства мебели проводится ламинирование поверхности.

МДФ
Частицы древесины прессуются при высоком давлении для достижения высокой плотности, сравнимой с доской. Связующим материалом является натуральное вещество лигнин, содержащееся в самой древесине. Применяется чаще всего для производства мебели, которая может использоваться даже во влажных помещениях.

Какие характеристики учитывать при выборе?

Прочность
Если сравнивать прочностные характеристики перечисленных материалов, то лидером окажется МДФ. Сломать его можно под давлением свыше 20-22 МПа, которое выдержит не всякое дерево. Высокая прочность на излом у ДСП и ДВП – за счет однородной структуры. Фанера и OSB в целом обладают одинаковой прочностью, однако у OSB выше предел прочности на срез.

Сфера применения
Наиболее универсальным является OSB. Из плит 1 и 2 типа производят мебель, строят внутренние перегородки, подиумы и т.д. Плиты 3 и 4 типа за счет повышенных характеристик применяют для строительства наружных конструкций, облицовки фасадов.

Остальные виды плитных материалов применяются для внутренних целей (кроме фанеры ФСФ – она может служить, к примеру, опалубкой). ДСП и ДВП используют для изготовления мебели, перегородок, декоративных элементов, полов, внутренней обшивки крыш. МДФ чаще всего можно встретить в качестве материала для мебельных фасадов, стеновых панелей, межкомнатных дверей для любых помещений.

Вес
Для того чтобы наглядно продемонстрировать, какой из материалов легче, предлагаем сравнить средний вес наиболее востребованных плит:

  • OSB-3 2500х1250х8мм (0,25 м куб.) весит 15,56 кг, а кубометр материала – 62,24 кг;
  • Фанера ФК 1525х1525х 10 мм (0,23 м куб.) весит 14,74 кг, а кубометр – 64,08 кг;
  • ДСП 2500х1850х16 мм (0,74 м куб.) весит 48,84 кг, а кубометр – 66 кг;
  • Фанера водостойкая ФСФ 2440х1220х 12 мм (0,357 м куб.) весит 25,8 кг, а кубометр – 72,27 кг;
  • МДФ 2800х2070х16 мм (0,927 м куб.) весит 72,36 кг, а кубометр – 78 кг.
  • ДВП 2745х1700х3,2 мм (0,149 м куб.) весит 12 кг, а кубометр – 80,53 кг.

Легкость обработки
Поверхность фанеры легко шлифуется, поэтому изделия достаточно загрунтовать и покрыть лаком – получится гладкая поверхность с естественным рисунком дерева. Качественной шлифовке подвергается и ДСП. Все виды плитных материалов могут проходить ламинирование.

МДФ поддается наиболее тонкой обработке, склеивается и красится, покрывается ПВХ-пленками любых оттенков. ДСП и ДВП легко фрезеруются и сверлятся. Для распила наиболее подходят фанера и OSB. Ламинированные материалы следует рапиливать только на профессиональном оборудовании.

Все указанные плитные материалы крепятся с помощью клея, окрашиваются любыми красками по дереву, обрабатываются лаками. МДФ, ДВП и ДСП – не лучший вариант для вкручивания шурупов, а гвоздям они поддаются плохо. Для прибивания лучше использовать фанеру.

Влагоустойчивость
Лучшие показатели влагостойкости – у OSB 3 и 4 типов. Она может находиться сутки в воде, при этом коэффициент набухания не превысит 10%. Влагостойкая ДСП за это же время разбухнет на 15%, а вот обычная – на 33%. Среди материалов для внутренних работ с этой точки зрения выделяется МДФ.

Влагоустойчивая фанера ФСФ предполагает возможность использования в условиях с влажностью атмосферы до 85%. А вот у ДСП и ДВП устойчивость к влаге увеличивается исключительно за счет ламинирования.

Экологичность
ДСП без ламинирования, окрашивания или другой обработки не рекомендуют применять в жилых помещениях, так как формальдегидные клеи выделяют вещества, которые негативно могут сказаться на здоровье человека. Ламинированная же ДСП не несет никакого вреда.

Лучшие показатели экологичности – у МДФ, за счет технологии прессования. Также высокими экологическими показателями отличается фанера, так как изготавливается непосредственно из дерева. Плиты OSB привлекают тем, что на них не образуется грибок, они не подвержены гниению.v

Стоимость
Цена материалов играет не последнюю роль, однако нужно отталкиваться от конкретных целей покупки. К примеру, для выравнивания полов дешевле всего использовать ДСП и ДВП. Достаточно недорогим материалом является OSB, тем более что он универсален, а альтернативы для использования при наружных работах у него практически нет. Дороже всего обойдется покупка МДФ, однако цена этих плит соответствует возможностям их обработки, а они чрезвычайно широки.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector