Деревянное перекрытие: виды балок и способы их монтажа

Несмотря на бушующий в мире экономический кризис, который, к сожалению, затронул и нашу страну, строительство объектов различной важности продолжает производиться. При этом, в последнее время получило новый толчок развития именно промышленное строительство, однако, потребность жителей страны в жилых квадратных метрах не уменьшилось.

Общая характеристика балок из дерева

При строительстве именно деревянные балки перекрытий считаются самым экономичным вариантом. Их монтаж не вызывает особых трудностей. Материал характеризуется низкой теплопроводностью, особенно по сравнению с железобетонными, стальными балками.

Конечно, есть у дерева и свои недостатки. Например, невысокая механическая прочность. Если металл поражает коррозия, то дерево – различные грибки и микроорганизмы. Вот почему перед установкой необходимо тщательно обрабатывать их различными антипиренами и антисептиками.

Как рассчитать деревянную балку

В частном домостроении есть 3 вида конструкций, которые необходимо подбирать по расчету. Это фундамент, перекрытие и крыша. Конечно, вы можете сделать это и без расчета, опираясь на свой опыт или из опыт своих друзей и знакомых. Но тогда вы рискуете своей безопасностью или своим «кошельком». Другими словами, конструкции могут не выдержать тех нагрузок, которые на них приходятся, или они возводятся с большой надежностью, чем требуется, и на это идут лишние деньги.

Ниже мы рассмотрим, как можно рассчитать деревянную балку, т.е. подобрать ее оптимальное сечение в зависимости от условий эксплуатации и характеристики материала.

Расчет балок должен происходить в следующей последовательности:

1. Сбор нагрузок на балку.

Сбор нагрузок это та процедура, без которой не обходится ни один расчет. Процедура эта довольно длинная, поэтому она вынесена в отдельную статью, где приведен пример сбора нагрузок на перекрытие и балку.

Для тех же, кому нужно рассчитать балку междуэтажного или чердачного перекрытия и кто не хочет заниматься сбором нагрузок, существует универсальный метод. Он заключается в том, что для междуэтажного перекрытия можно принять расчетную нагрузку равную 400 кг/м2, а для чердачного — 200 кг/м2.

Но иногда эти нагрузки могут быть сильно завышены. Например, когда строится небольшой дачный домик, на втором этаже которого будут располагаться две кровати и шкаф, нагрузку можно взять и 150 кг/м2. Только это исключительно на Ваше усмотрение.

2. Выбор расчетной схемы.

Расчетная схема подбирается в зависимости от способа опирания (жесткая заделка, шарнирное опирание), вида нагрузок (сосредоточенные или распространенные) и количества пролетов.

3. Определение требуемого момента сопротивления.

Это так называемый расчет по первой группе предельных состояний — по несущей способности (прочности и устойчивости). Здесь определяется минимальное допустимое сечение деревянной балки, при котором эксплуатация конструкций будет происходить без риска наступления их полной непригодности к эксплуатации.

Примечание : в расчете используются расчетные нагрузки.

4. Определение максимально допустимого прогиба балки.

Это расчет по второй группе предельных состояний — по деформациям (прогибу и перемещениям). По данному расчету определяется сечение деревянной балки в зависимости о предельного прогиба, при превышении которого будет нарушена нормальная их эксплуатация.

Примечание : в расчет используются нормативные нагрузки.

Теперь конкретнее. Для того, чтобы рассчитать деревянную балку перекрытия, Вы можете воспользоваться специальным калькулятором или примером ниже.

Основы устройства деревянных перекрытий

В структуре деревянного перекрытия присутствует несколько элементов, но основным являются балки, которые по своей функциональности делятся на прогоны (опорные балки) и лаги (опираются на прогоны). Поверх лаг делается накат из досок или же листового материала, на который затем монтируется чистовой пол.

Вариант формирования пирога пола

Структура и размеры

В нижней части балок (на их боковых поверхностях) прибивают бруски с небольшим сечением, которые придают прямоугольнику тавровую форму. Таким образом, получаются консоли, на которые опирают щиты или листы, служащие основанием для укладываемого между балками утеплителя.

Черепные бруски в структуре перекрытия

  • С потолочной стороны (снизу) к балкам монтируется черновая подшивка, которая послужит основанием для штукатурки, это может быть каркас подвесной конструкции, либо чистовой деревянный накат из строганой и тонированной доски. В общем, тут уже всё зависит от варианта отделки потолка, которому отдано предпочтение.
  • Балки, применяемые для сборки деревянного потолка, имеют не только прямоугольное сечение. Это могут быть окантованные брёвна (чаще в бревенчатых домах), обрезные доски толщиной 80 мм (иногда сдвоенных), тавры с одним или двумя черепными брусками, двутавры. Минимальная длина балок обычно составляет 4,5 м, максимум 6 м.
  • Что касается сечения балок, то оно определяется расчётом и зависит от предполагаемой нагрузки. В частных домах за основу принимается значение 400 кг/м2, и в зависимости от длины пролёта и шага установки, сечение можно подобрать по представленной ниже таблице.

Таблица подбора сечения балок

Обратите внимание: Балка обязательно должна быть цельной, выбирать в ней пазы для опирания или же делать отверстия для вентиляции или пропуска коммуникаций недопустимо!

  • Если в структуре перекрытия должны присутствовать черепные бруски (что вовсе не обязательно), они должны быть уже пришиты к балкам до начала их монтажа. Это бруски сечением 40*50 мм, которые крепятся гвоздями 4,5*125 мм с шагом 25-30 см. Как уже было сказано, такие балки можно купить в готовом виде, в заводском исполнении.
  • Их изготавливают по действующему с 1987 года ГОСТ 4981, используя в производстве как цельную, так и клееную древесину. Первые маркируют БЦ, а вторые БК, цифра 0, 1 или 2 обозначает количество черепных брусков – далее шифруются параметры длины, высоты и ширины в дециметрах (например, БЦ1 — ). Они так же могут быть антисептированы на заводе.
  • Вручную черепные бруски пришивают в основном, когда в качестве балок используют брёвна. Для этой цели их боковые грани опиливают. В остальных случаях гораздо проще приобрести готовые двутавровые балки, чем выполнять такую трудоёмкую операцию — что и делает большинство заказчиков.
Читайте также:  Проектирование монолитного железобетонного перекрытия

Вариант с поддерживающей обрешёткой

Примечание: При отсутствии на балках черепного бруса, к их нижней поверхности прибивается поддерживающая обрешётка. Какой вариант выбрать, зависит от места положения перекрытия в доме и его конкретной структуры.

Заделка концов балок

Наиболее ответственным этапом при монтаже деревянных перекрытий является процесс заделки торцов балок в стены. Тут многое зависит от того, из какого материала эти самые стены возведены.

Если это кирпич, блоки из бетона, установка балок производится в предусмотренные при ведении кладки гнёзда, с открытой или глухой заделкой.

Варианты заделки балок

  • При заделке наглухо, конец балки промазывают битумной мастикой и обёртывают пергамином — не закрывая торец, через который происходит выход содержащейся в древесине влаги. Чтобы она лучше отделялась, конец балки запиливается под углом 75-80 градусов к нижней грани. Как вариант, вместо обмазки наносится тройной слой биозащитного грунта.
  • При открытом способе заделки посадочные гнезда имеют больший размер, так как балка укладывается на обработанную гидрофобизатором подкладку из дерева. При этом наружная стенка выемки прокладывается утеплительным материалом, а между верхней гранью балки и верхней горизонтальной стенкой гнезда, оставляется вентилируемый зазор.
  • И в том, и в другом случае, глубина заделки составляет не меньше 18 см, а щель между балкой и стеной с нижней стороны закрывается пришитым к балке черепным бруском. Монтировать каркас перекрытия плотники начинают сразу же, как только каменщики доведут кладку до нужного уровня. По балкам настилают черновое покрытие, которое позволяет рабочим передвигаться, продолжая кладку верхнего этажа.

Балки с временным настилом

Принцип работы

Согласно ГОСТ 26519-85 «Конструкции железобетонные заглублённых помещений с перекрытием балочного типа. Технические условия» формула расчёта полезной нагрузки железобетонных балок перекрытия складывается из следующих характеристик:

  • Нормативно-эксплуатационная нагрузка на балки перекрытия с определённым коэффициентным запасом. Для жилых зданий данный показатель нагрузки составляет 151 кг на м2, а коэффициентный запас равен 1,3. Получаемая нагрузка – 151*1,3=196,3 кг/м2;
  • Нагрузка от общей массы блоков, которыми закладываются промежутки между балками. Блоки из лёгких материалов, к примеру из пенобетона или газобетона, показатель плотности которых D-500, а толщина 20 см будут нести нагрузку – 500*0,2=100 кг/м2;
  • Испытываемая нагрузка от массы армированного каркаса и последующей стяжки. Вес стяжки с толщиной слоя 5 см и показателем плотности 2000 кг на м3 будет образовывать следующую нагрузку – 2000*0,05=100 кг/м2 (масса армировки добавлена в плотность бетонной смеси).

Показатель полезной нагрузки железобетонной балки перекрытия составляется из суммы всех трёх перечисленных показателей – 196,3+100+100=396,3 кг/м2.

Пенобетон, прекрытие по металлический трубе

В ходе строительства дома пришлось решать проблему устройства перекрытия между первым и вторым этажом. Основное было выполнено плитами, но остался небольшой участок 2,0 м * 2,20 м. Изначально планировалось выполнить монолитные работы, но в итоге остановился на более лёгком варианте. Перекрытие решил выполнить по металлической профильной трубе 100 * 100 * 6 мм. О чём и хочу вам рассказать.

Мы уже много писали про перекрытия в частных домах, про основные принципы работы с монолитом, про деревянные, и практические примеры. Вот ещё один оригинальный способ.

  1. Подготавливаем балки необходимой длины. К ширине пролёта добавил по 10 сантиметров на опору с каждой стороны. Лишнее обрезал при помощи болгарки.
  2. Грунтовкой по металлу окрашиваем заготовки.
  3. Для простоты дальнейшего монтажа обрешётки выполнил следующее. Сверху и снизу трубы сделал деревянную накладку из доски 25 * 100 мм по всей длине. Зафиксировал их саморезами по металлу. Для надёжности в нескольких местах добавил затяжки вязальной проволокой.
  4. Закидываем балки на место их установки. С одной стороны они опирались на стену 30 см из газосиликатного блока. Последних два ряда которой выполнены кирпичной кладкой. А второй точкой опоры была кирпичная перегородка с вентиляционным стояком.
  5. Расстояние между балками получилось около 70 сантиметров, это оптимально для перекрытия дома из пенобетона. Проверяем установку балок по уровню. При необходимости регулируем подкладками.
  6. Следующим этапом выполняем монтаж обрешётки будущего потолка. Для этого использовал доску 25 * 150 мм. Нарезаем её необходимой длины. Оставляем небольшой деформационный зазор по краям. Фиксировал саморезами по дереву 3,5 * 45 мм. Промежуток между досками оставлял 8 см.
  7. Теперь поднимаемся на второй этаж. Перед утеплением перекрытия необходимо уложить специальную плёнку. Соблюдайте правильность укладки согласно инструкции. Я использовал «Мегаизол». Расстилаем по всей площади. В местах стыка делаем нахлёсты согласно инструкции применяемой плёнки. Степлером фиксируем плёнку в нужных местах.
  8. Настал черёд укладки утеплителя. Высота балки получилась 15 см, их и решил заполнить ватой гомельского завода. Три слоя плиты «Лайт Экстра» с перекрытием швов.
  9. По верху расстилаем слой «Мегаизол» гладкой стороной к утеплителю. Делаем нахлёсты на стыках и фиксируем при помощи степлера.
  10. Теперь необходимо устроить дощатый настил поверх получившейся конструкции. Для этого использовал обрезки стропильной системы (доска 60 * 175 мм).
  11. Доски нарезал необходимой длины и обработал средством «Сенеж Огне Био», который остался после стропильной системы.
  12. Крепил всё это дело саморезами. На гвоздях всё скрипело. Доски укладывал с промежутками около пяти сантиметров.
Читайте также:  Максимальное расстояние между балками перекрытия

Сверху укладываем листы ДВП и прикручиваем саморезами. Перекрытие готово!

Источник

Как рассчитать нагрузки на перекрытие?

Чтобы правильно подобрать необходимый размер деревянных балок, в первую очередь нужно выяснить, какая нагрузка будет действовать на них во время эксплуатации. Она напрямую зависит от того, какой именно вид перекрытия сооружается, а также веса межбалочного заполнения. Общая расчетная нагрузка состоит из постоянной (балки + межбалочное заполнение + подшивка потолка) и эксплуатационной (мебель, предметы быта, люди и т.д.). Точный расчет могут выполнить специалисты при составлении проекта. Чтобы получить максимально точные цифры, лучше обратиться к нам. Но можно рассчитать и самостоятельно, используя упрощенный вариант или ориентируясь на средние значения.

Для чердачного перекрытия с легким утеплителем постоянная нагрузка принимается в пределах 50 кг/м2. Нормативное значение для такого вида чердака 70 кг/м2. Расчет эксплуатационной нагрузки: 70 х 1,3 = 90 кг/м2, где 1, 3 – это коэффициент запаса.

Общая расчетная нагрузка = постоянная нагрузка + эксплуатационная нагрузка = 50 + 90 = 130 кг/м2. Эту цифру лучше округлить в большую сторону – 150 кг/м2.

Если утеплитель и обшивка полотка будут более тяжелыми, или чердак предполагается использовать для хранения массивных вещей, то нормативную нагрузку нужно увеличить до 150 кг/м2. В этом случае общий параметр будет составлять: 50+150х1,3 = 245 кг/м2.

Если перекрытие междуэтажное или на нем планируется возведение мансарды, общая нагрузка будет не меньше 300 кг/м2. Если планируете поставить большое количество мебели, ориентируйтесь на цифры 350-400 кг/м2.

Зная общую расчетную нагрузку и длину пролета, вы без труда подберете размеры деревянных балок с помощью онлайн-калькуляторов и таблиц, представленных в интернете.

Специфика расчетов деревянных перекрытий

Рисунок 3. Схема монтажа балок перекрытия.

В нормативах СНиП присутствуют другие таблицы, необходимые при вычислениях для пород деревьев, отличающихся характеристиками от сосны, ели (Рис. 2). Кроме того, имеются коэффициенты ресурса конструкций:

  • для обеспечения вековой надежности k = 0,8;
  • эксплуатация в пределах 50-90 лет обеспечивается при k = 0,9;
  • если достаточно 50-летней надежности, применяют k = 1.

На этот коэффициент умножается расчетное сопротивление балки, увеличивается минимально допустимая ширина/высота сечения пиломатериалов.

Произведенных вычислений недостаточно для проверки выбранной балки. Необходимо рассчитать прогиб конструкции, сравнить его с допустимо возможным. Для работы принимается шарнирное опирание балок, формула выглядит следующим образом:

F = 5NL4/IE, где Е – модуль упругости пиломатериала, I – момент инерции.

Первая характеристика балки зависит от материала, для всех пород древесины одинакова – 100 000 кг/см2. Однако в зависимости от влажности значение варьируется в пределах 110 000 – 70 000 кг/см2.

Момент инерции равен:

I = a x h3/12.

Что для рассматриваемых в примере условий составит:

I = 10 x 203/12 = 6 666 см4.

После чего прогиб балок составит:

F = 5 x 400 кг х 44 м/384 х 100 000 = 2 см.

Нормы СНиП регламентируют прогиб деревянных балок перекрытия в пределах 1,6 см. Поэтому условие не выполняется, берется следующее значение пиломатериала.

Практика показывает, что при шаге балок 1 м достаточно 4 см половой доски, при снижении шага до 0,75 м можно обойтись 35 мм доской.

«Дюймовка» (25 мм доска) обычно применяется на не эксплуатируемых чердаках при шаге балок 0,5 м. В остальных случаях рекомендуется производить расчеты, аналогичные рассмотренным для досок напольного покрытия. Длина пролета в этом случае снижается до расстояния от края балки до края соседнего элемента.

При использовании многослойной фанеры рекомендуется использовать 14 мм листы по балкам с шагом 0,75 м, 18 мм листы при шаге 1 м. Не рекомендуется применение ДСП в качестве чернового пола, материал лучше заменить на ОСБ, обладающее большим эксплуатационным ресурсом. Рис. 3.

Если между напольным покрытием, балками перекрытия используются лаги, расчет пиломатериала идентичен рассмотренному в примере. На практике сечения 10 х 7 см для этого достаточно.

Обычно прочностный расчет применяется при стандартных эксплуатационных условиях:

  • облицовка в виде ламината, паркета, линолеума;
  • отсутствие штукатурки.

Если потолок планируется оштукатуривать, облицовывать деревянное перекрытие кафелем, гораздо важнее расчет на прогиб. В этом случае вместо рекомендуемого СНиП допустимого значения 1/20 длины пролета используется значение 1/350. В противном случае кафель будет отслаиваться при кратковременном увеличении эксплуатационных нагрузок. Черновой пол в этом случае изготавливается из жестких деревосодержащих плит либо многослойной фанеры, а не из досок. В сложных эксплуатационных условиях деревянные балки либо сдвигаются до 0,4-0,5 м, либо заменяются металлопрокатом.

Пример расчета

Металлической балки перекрытия:

Произведём расчёт балки на прочность и на прогиб в следующих условиях. В квадратном здании площадью 36 кв. м. устраивается межэтажная перегородка, при этом, балки должны укладываться через каждые 0,8 м.

Предварительно подбираем профиль балки №12, у которого масса 1 м.п. составляет 11,5 кг, длина балки – 6 м, расчётное сопротивление принимаем равным 210 МПа, а модуль Юнга 200000 МПа. Нормативную нагрузку примем согласно СНиП «Нагрузки и воздействия» равной 240 кг/кв.м., расчётная будет равна 300 кг/кв.м. Стоимость одной тонны металлического фасонного профиля в среднем составляет 25000 рублей.

Итоговый результат можно увидеть на рисунке выше.

Полученные результаты показывают, что в таких условиях эксплуатации двутавровая балка сортамента №12 не подойдёт. Исходя из полученного момента инерции, выбираем профиль №18. 

Расчет несущей способности:

  1. Чтобы рассчитать несущую способность одной балки нужно из таблицы сортамента выбрать момент осевого сопротивления и по формуле вычислить максимально допустимый изгибающий момент:
  2. Отсюда можно вычислить максимально допустимую равнораспределённую нагрузку на однопролётную балку.
Пример расчета

Расчет сечения металлических балок:

  1. Для расчёта необходимого сечения металлической балки можно воспользоваться формулой расчёта момента сопротивления сечения.
  2. После вычисления результата, определить площадь сечения нужно по сортаменту фасонного профиля, выбрав при этом номер двутавра с ближайшим большим значением момента сопротивления.
Читайте также:  Как спроектировать и построить своими руками пристройку к дому

При расчёте металлической балки пролёта необходимо отнестись ко всему ответственно и внимательно, потому что от расчёта зависит срок эксплуатации здания и его возможная нагрузка. Здания, построенные по ошибочным расчётам, могут разрушиться в любой момент, унеся за собой много жизней.

Требования к перекрытиям из дерева

Для того, чтобы построенный дом простоял долго лет и не доставил своим хозяевам никаких хлопот нужно учитывать несколько требований, которым должны соответствовать балки перекрытий:

Требования к перекрытиям из дерева
  1. Прежде всего, сам брус

    , из которого выполняется балка, должен быть выполнен из твердой породы дерева, которая обладает повышенной жесткостью и не поддается деформированию. Это необходимо для того, чтобы постройка могла в дальнейшем выдерживать большие нагрузки в виде верхних этажей, кровли.

  2. Вес балки может превышать 350 кг на квадратный метр.
  3. Допустимый размер балки – 7 метров.
  4. При утеплении толщина материалов не должна превышать 25 см при перекрытии этажей с разным температурным режимом и 10 см, если утепляются балки между этажами с одинаковым температурным режимом.
  5. Материал, из которого элемент изготовлен, должен быть максимально просушен и содержать влаги не более 20%. При необходимости используется гидроизоляция перекрытия путем применения специальной пленки.

Виды деревянных балок перекрытия

Выбор конструкции перекрытия зависит от типа сооружения (здания), то есть его предназначения – промышленное, офисное, складское, частный дом и т. д. Будет ли оно, многоэтажным или одноэтажным.

Тип здания определяет – какова суммарная нагрузка на перекрытие, в том или ином случае.

Перекрытия в строениях предназначены, не только для разделения уровней (этажей), но и для того, чтобы выдерживать общую нагрузку по всей своей площади, от конструкций, систем и предметов, находящихся выше перекрытия или на нём (стены, крыша, коммуникации, мебель и другие составляющие интерьера дома).

Кроме того, перекрытия являются распределяющим, эти нагрузки, элементом всей постройки. В этой статье мы рассмотрим деревянные балочные перекрытия и виды балок, которые используются для их монтажа.

Деревянные балочные перекрытия нашли широкое применение при строительстве:

  • каркасных домов коттеджного типа (из брёвен или строительного бруса);
  • частных деревянных домов (загородные и дачные строения);
  • в комбинированных сооружениях частного пользования (кирпичные, блочные и т.д.), где использование деревянных перекрытий обусловлено небольшой нагрузкой и бюджетом проекта.

При выборе деревянных балочных перекрытий, нужно помнить и учитывать их преимущества и недостатки.

Плюсы

  • Положительные стороны деревянных балочных конструкций в их небольшом весе (значит снижается нагрузка на стены и фундамент);
  • в эстетической стороне (красота природного материала);
  • в экологическом аспекте (не оказывает пагубного действия на организм человека)
  • ; в возможности произведения их ремонта с относительно небольшими затратами сил и средств (замена отдельных частей, пришедших в негодность);
  • и конечно, в цене материала.

Минусы

Отрицательные стороны – это:

  • большая горючесть дерева;
  • прочностные характеристики и структурные свойства материала оказывают влияние на долговечность (деформации и разрушение под воздействием температур, влаги и живых организмов).

Но при устройстве деревянных перекрытий, как, впрочем, и других, рекомендуется соблюдение определённых требований:

  • расчёт и определение нагрузки,
  • кратковременной и постоянной по времени и давлению (вся система должна быть прочной);
  • при прогибах или изгибах под давлением, иметь способность возвращаться в исходное состояние (обладать жёсткостью);
  • конструкция должна быть максимально звуконепроницаемой и тёплой;
  • стойкой к воздействию огня (пожаробезопасной).
Виды деревянных балок перекрытия

Деревянные перекрытия различают по назначению и по виду элементов и материалов.

Существует три основных типа функционального назначения:

1  во-первых, для перекрытия цокольных и подвальных помещений (значит, это пол, и особое внимание уделяется прочности конструкции, способности выдерживать большие нагрузки, и влагонепроницаемости, теплоизоляции, шумоизоляции);

2  во-вторых, для перекрытия и отделения жилых помещений от чердачных (может монтироваться, как независимая система, так и являться частью стропильной, но в первом случае более прост ремонт и лучше изоляция звука); для перекрытия между этажами (где система выполняет и роль пола, и одновременно потолка – половые лаги и потолочные опоры).

Устройство межэтажных перекрытий должно быть многослойным. Все эти перекрытия носят название – перекрытия по деревянным балкам. Балки – основной несущий элемент таких перекрытий. Какими же по форме и виду бывают деревянные балки?

Цельномассивные балки

Цельные балки из массива дерева, они могут быть круглого или овального сечения (для них используются хвойные или прочные лиственные породы дерева – дуб, тик, бук, лиственница и пр.).

Широкое применение находят в бревенчатых перекрытиях цокольных этажей и чердаков, при строительстве частных домов с нулевым этажом (гараж, подвал, мастерская и т.д.). Максимальная длина пролёта для таких балок, должна быть не более 7.5 метров, по прогибу.

Клееные и составные балки

Эти балки могут быть, как круглыми, так и прямоугольными или квадратными. Их сбивают, скрепляют или склеивают между собой напрямую, или с помощью дополнительных, переходных элементов (вставок).

Это делается для того, чтобы увеличить длину пролёта (до 20 метров) и повысить нагрузку конструкции. Широко применяются в домах с большими по площади помещениями и высокими потолками, без нижней обшивки, являются декоративной частью интерьера потолка. Также в каркасном строительстве зданий.

Двутавровые

(составные) деревянные балки – балки, обладающие повышенной прочностью и жёсткостью. Но при использовании их в системах перекрытий затрудняется ремонт и монтаж тепло – и звукоизоляции. Очень широко применяются в каркасном строительстве (коттеджей и домов гостиничного типа).