Особенности, типы и расчет деревянных балок перекрытия

Несмотря на разнообразие материалов, применяемых для изготовления перекрытий в домах, дерево остается самым востребованным для небольших жилых сооружений с двумя или тремя этажами. Это связано с их особенными свойствами:

Какой длины нужны балки?

Необходимая длина деревянных балок перекрытия определяется несколькими моментами. Балки должны перекрывать пролет и иметь некоторый запас, чтобы можно было заделать их в стены. Если стены сделаны из кирпича или бетонных блоков, то углубление балок выполняется на 10 – 15 см. Нижняя граница для досок, верхняя для бруса. В стенах из дерева углубление делают на семь сантиметров.

В некоторых вариантах балки крепятся уголки, хомуты и другие приспособления. В таком случае длина деревянных балок перекрытия равна расстоянию от одной стены до другой. Иногда балки выводят на 30-50 см наружу и они участвуют в создании ската крыши.

Оптимальны балки из дерева для перекрытия расстояний от двух с половиной метров до четырех. Максимальная длина, которую может перекрыть такой элемент из дерева – 6 м. Далее прочность оказывается недостаточной. Для более длинных пролетов используют варианты из клееного бруса или ставят дополнительные опоры, например, колонны.

Составные балки из цельной древесины.

Составные балки состоят из отдельных эл-ов, которые работают на изгиб совместно благодаря тому, что сдвигающие усилия между ними воспринимаются податливыми соединениями. Такие балки могут состоять из досок, соединенных по высоте сечения болтами или деревянными вкладышами. Такие балки являются трудоемкими конструкциями построечного изготовления, требуют расхода брусьев и досок крупных сечений и допускаются к применению только во временных зданиях и сооружениях. Составные балки образуются также при усилении балок, имеющих недостаточную несущую способность, боковыми обшивками. В число составных балок входят дощато-гвоздевые балки с перекрестной стенкой и брусчатые балки на дубовых пластинах.

Дощато-гвоздевые балки с перекрестной стенкоймогут иметь пролеты до 12м и высоту в середине не менее 1/7 пролета и на опорах – не менее 0,4 высоты в середине. Они имеют двутавровое сечение, постоянное по длине в односкатных и переменное в двухскатных балках. Пояса этих балок состоят из толстых двойных досок на ребро, соединенных по длине болтовыми стыками. Расчетное сечение, где действуют максимальные нормальные напряжения находят по фор-ле

Балки на дубовых пластинахмогут иметь пролет до 6м. Они состоят из двух или трех цельных брусьев, по высоте соединенных рядами дубовых пластинок. Соединеия располагаются по всей длине балки равномерно и должны быть рассчитаны с учетом максимальных скалывающих напряжений у опор. Теоретическая сдвигающая сила определяется

Число дубовых пластинок nна половине пролетаl/2 балки определяют по фор-ле

, где Т1- несущая способность одной пластинки по смятию или изгибу.

Расчет по прогибам составных балок производят по фор-ле

Относительный прогиб составных балок не должен превышать 1/300олета.

Типы и виды деревянных перекрытий

По предназначению деревянные балки перекрытия разделяются на такие виды:

  • подвальное;
  • чердачное;
  • междуэтажное.

С каждым из подвидов следует ознакомиться более детально.

Подвальное

Конструкция должна обладать высокими показателями прочности, выдерживать значительные усилия, ведь балки будут служить основой для устройства пола. Если в проекте жилого дома предусмотрен подвал или гараж для автомобиля, то деревянные бруски заменяют металлическими несущими конструкциями. Это связано с быстрым разрушением дерева от воздействия высокой влажности. Альтернативным вариантом считается уменьшение расстояния между балками перекрытия и обработка деревянных элементов антисептиком.

Чердачное

Перекрытие устанавливается независимо или является продолжением кровельной стропильной системы. Лучшие технические характеристики у первого варианта. Устраивать независимое перекрытие более рационально, такая конструкция улучшает звукоизоляционные показатели всего дома, считается ремонтопригодной.

Междуэтажное

Конструкция балок перекрытия в каркасном доме имеет свои особенности. Одна сторона деревянного бруса используется в качестве опорных элементов для крепления потолка, вторая (верхняя часть) применяется в качестве лаг для монтажа напольного покрытия. Пространство между балками межэтажного перекрытия заполняют минеральной ватой или другим теплоизоляционным материалом, пароизоляционная мембрана применяется в обязательном порядке. В нижней части пирога закрепляют гипсокартонные листы, сверху застилают дощатый деревянный пол.

Область распространения и простейшие конструкции деревянных балок

Деревянные балки применяются в малоэтажном строительстве (в жилых и общественных зданиях, зданиях сельскохозяйственного назначения), а также используются при устройстве скатных крыш многоэтажных зданий, в промышленных зданиях с химически агрессивной средой, во временных сооружениях, для поддержания опалубки при изготовлении монолитных железобетонных конструкций и т.п.

Читайте также:  Устройство монолитного перекрытия по профнастилу

Балки могут выполняться из цельной древесины, составными на податливых связях (для временных зданий и сооружений применяют составные балки на деревянных шпонках, нагелях, встречаются варианты гвоздевых балок), или они изготавливаются по заводской технологии — клееными (из досок или из досок и строительной фанеры).

Балки из цельной древесины выполняются с учетом сортамента пиломатериалов (прямоугольного сечения) или с использованием бревен (круглого сечения). Сортамент древесины не позволяет перекрывать деревянными балками пролеты более 6 м, а также небольшое сечение пиломатериалов и бревен ограничивает нагрузки, которые они могут выдерживать.

Балки из цельной древесины в случае их применения для устройства перекрытий зданий укладываются на стены с шагом не более 1,5 м, при помощи анкеров из полосовой стали осуществляется их связь со стенами и между собой (рис. ).

Рис. Вариант опирания деревянной балки на кирпичные стены: а) балка из цельной древесины; б) сечения балок из цельной древесины; 1 — балка; 2 — два слоя толя; 3 — анкер из полосовой стали;

4 — теплоизоляция; 5 — цементно-песчаный раствор

В конструкциях покрытий для опирания стропильных ног применяют прогоны, которые представляют собой балки, установленные на несущие конструкции (рис. ). Они проектируются из досок, брусьев или бревен, в основном в виде однопролетных балок. Для уменьшения их пролетов применяются подкосы или подбалки. Существуют и более сложные системы прогонов.

Клееные балки выполняются из досок или из досок с использованием строительной фанеры, которые склеиваются между собой на синтетических клеях (типы и марки клеев — см. табл. 2 СНиП П-25- 80). Такой способ изготовления балок позволяет выполнять их большего пролета (обычно до 15 м, но возможно их изготовление и большей длины), увеличивать сечение, тем самым повышая несущую способность, и формировать сечение, наиболее выгодное с точки зрения работы с использованием различных сортов древесины, распределяя их по сечению в соответствии с напряженным состоянием

Рис. Схемы прогонов: а) разрезные прогоны с подкосами; б) разрезные прогоны с подбалками;

  • 1 — прогон; 2 — подкос; 3 — стойка; 4 — скоба; 5 — болты; 6 — подбалка
  • (где напряжения больше — используется древесина 1-го сорта, а где меньше — 2-го сорта).

Клееные балки могут выполняться с параллельными поясами и скатными, прямоугольного, таврового, двутаврового сечений (рис. , ).

Рис. Клееные балки: а) типы клееных балок из досок; б) возможные сечения балок (прямоугольное, двутавровое)

Рис. Балки с фанерными стенками:

  • а) клееная балка с плоской фанерной стенкой;
  • б) балка с гофрированной стенкой из фанеры;
  • 1 — фанерная стенка; 2 — пояса балки; 3 — ребра жесткости;
  • 4 — опорный подкос

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:

  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.

Расчет деревянной балки перекрытия

Если в своем будущем доме Вы планируете устройство деревянного междуэтажного и чердачного перекрытия, то Вам необходимо знать расстояние между балками и их оптимальное сечение. А для этого делается специальный расчет. Без него Вы рискуете оказаться на нижележащем этаже или потратить на закупку материалов лишние деньги.

1. Калькулятор

2. Инструкция к калькулятору

Конечно, расчет деревянных балок — это достаточно нудное и долгое занятие. Поэтому для ускорения процесса и для быстрой проработки сразу нескольких вариантов был создан данный калькулятор.

С его помощью можно проверить несущую способность (расчет по прочности — I группа предельных состояний) и жесткость (расчет по прогибу — II группа предельных состояний) следующих балок:

  • Тип 1 — цельная деревянная балка.
  • Тип 2 — клееная балка из досок.
  • Тип 3 — клееная балка из шпона LVL.
  • Тип 4 — обрезанное бревно.
Читайте также:  7 ошибок пайки полипропиленовых труб с плачевными последствиями

Рассчитывается балка на изгиб, как шарнирно опертая с равномерно-распределенной нагрузкой, в соответствии со СНиП II-25-80 (СП

2011) «Деревянные конструкции» [1], который можно скачать здесь.

Для удобства некоторые таблицы необходимые для расчета вынесены в отдельную статью [2].

Кроме выше перечисленного данный калькулятор способен рассчитать общий объем балок и их стоимость.

Тип 1

Условия эксплуатации:

Длина пролета (L) — расстояние между двумя опорами балки. Например, для стен, это расстояние между двумя внутренними гранями этих стен.

Шаг балок (Р) — шаг, с которым предполагается укладывать балки. Обычно он составляет 500-1000 мм.

Вид перекрытия — здесь Вы должны выбрать, какое перекрытие (междуэтажное или чердачное) будет в данный момент рассчитываться. Для справки, чердачное — это перекрытие над последним этажом в случае, если чердак не жилой.

Длина стены (Х) — длина стены, на которую опираются балки с одной стороны.

Срок службы — предполагаемое время до замены балок.

Температура — максимальная температура, при которой будут эксплуатироваться конструкции.

Влажность — расшифровывается так: Эксплуатационная влажность древесины/Максимальная влажность воздуха при температуре 20 °С. Чаще всего, для жилых помещений — это до 12%/до 65%.

Характеристики балки:

Материал — порода древесины, из которой сделана балка.

Длина (А), ширина (В), высота (Н) балки — размеры рассчитываемой балки.

Сорт древесины — из какого сорта древесины выполнена балка.

Пропитка — имеется ввиду глубокая пропитка антипиренами под давлением.

Коэф. mб — коэффициент для балок с высотой сечения более 50 мм. Выбирается по таблице 4 [2]. Если высота сечения балки ниже 50 мм, то ставится цифра 1.

Нагрузка:

Нормативные и расчетные нагрузки — максимальные нагрузки, которые действуют на балки перекрытия. Для сбора нагрузок Вы можете воспользоваться специальным примером.

Коэф. mд — вводится в случае, если напряжения в элементах, возникающие от постоянных и временных длительных нагрузок, превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок.

Цена за кубометр — стоимость 1 м3 пиломатериала.

Тип 2

Здесь и в последующих типах будут рассматриваться только новые переменные.

Толщина слоя (Т) — толщина досок, из которых склеивается балка.

Коэф. kw — коэффициент, определяемый по таблице 11 [2].

Тип 3

Тип балки — рассчитываются балки типа Ultralam (таблица 15 [2]).

Тип 4

Диаметр балки (D) — диаметр оцилиндрованного бревна, из которого была сделана балка путем его обрезки с одной или двух сторон.

Результат

Расчет по прочности:

Wбалки — момент сопротивления рассчитываемой балки.

Wтреб — требуемый момент сопротивления.

Запас — в случае, если Wбалки < Wтреб - в графе показывается отрицательное значение с указанием процента нехватки сечения; в случае, когда Wбалки > Wтреб — значение положительное, указывающее на сколько процентов сечение существующей балки больше требуемого.

Расчет по прогибу:

Fбалки — прогиб рассчитываемой балки заданного сечения.

Fmax — максимальный прогиб из условия жесткости в зависимости от вида перекрытия.

Запас — Fбалки < Fmax - сечение удовлетворяет условию жесткости с запасом, указанным в графе; Fбалки > Fmax — сечение балки не проходит для указанного пролета и шага балок.

Другие параметры:

Количество балок — получаемое количество балок, лежащих вдоль стены длиной X с шагом P.

Общий объем — общая кубатура балок.

Стоимость — количество затраченных средств на покупку данного пиломатериала.

Подготовка элементов к сборке

Изначально выполняется разметка балки с точным определением ее параметров. На основе схемы компоновки должна быть выполнена финальная доработка частей конструкции на столярном инструменте. Оптимально использовать для таких целей токарный станок по дереву, но можно обойтись циркулярной пилой с электролобзиком и шлифовальным инструментом. При изготовлении деревянных двутавровых балок своими руками в части бруса может выполняться выборка лишнего массива. Ее производят строго по осевой линии заготовки, выдерживая контур специальным разметочным приспособлением или направляющей планкой.

Особенности установки цокольного перекрытия

Установка цокольного перекрытия может быть сделана с применением любого из трёх описанных видов конструкций.

При установке по балкам используется дополнительный элемент — черепной брусок — размером 50 х 50 см. Он закрепляется снизу к балке на одном уровне, и вспомогательное покрытие крепится на него. Далее укладывается слой теплоизоляции (пенопласт, пенополистирол, вата) толщиной не менее 10 см, который накрывается пароизоляцией, желательно в рулонах.

При расстоянии между балками более 60 см сначала устанавливаются лаги, к которым крепится второе черновое покрытие (фанера, ОСП или ДСП). Сверху можно укладывать финишное напольное покрытие.

Для установки по рёбрам черепные бруски не используются. Черновой потолок (фанера или ОСП) нашивается непосредственно к рёбрам с шагом не более 15 см. Теплоизоляция плотно укладывается между рёбрами. Далее укладывается пароизоляция и черновой пол.

Установка балочно-ребристого перекрытия производится аналогично.

Строительные требования к деревянным перекрытиям

Чтобы смонтировать своими руками долговечное и безопасное деревянное перекрытие между 1 и 2 этажом, следует строго соблюдать предъявляемые к ним технические требования.

Теплоизоляционный слой

Теплоизоляция пола улучшит температурные показатели в комнате на втором этаже

Если деревянный пол будет разделять собой верхнее и нижнее помещение с разницей температур между ними свыше 10°С, нужно будет сооружение теплоизоляционного слоя.

Это необходимо, например, при обустройстве перекрытий между первым этажом и подполом, цоколем или между первым/вторым этажом и неутеплённой мансардой.

Прочность балок

Балки и перекрытия должны выдержать до 180 кг/кв.м нагрузки

При сооружении пола второго этажа по деревянным балкам следует уделять особое внимание прочности несущих конструкций. От того, насколько прочны деревянные балки перекрытий, зависит безопасность эксплуатации здания

Согласно строительным нормативам для деревянных малоэтажных построек предельная нагрузка на перекрытия первого этажа не должна превышать 210 кг на кв.м. давление на деревянный пол второго этажа – не более 180 кг/кв.м. а для чердаков и мансард этот показатель должен составлять менее 105 кг/кв.м.

Максимальный прогиб

Кроме того, строительные нормативы предъявляют требования и к значениям прогиба деревянных балок перекрытий. Согласно СНиП этот коэффициент не должно превышать 1 к 250. То есть, максимальный прогиб деревянных несущих конструкций при эксплуатации должен быть менее 4 мм на метр длины балки.

Согласно этому нормативу прогиб балочной конструкции длиной 4 м в центре не должен быть более 1,6 см (4 м. 250 = 0,016 м). Если же в комнате планируется размещение массивной мебели и бытовой техники, настил в качестве напольного покрытия кафельной плитки и т.п. то требования к жёсткости конструкции увеличивается до 1 к 400.

То есть, прогиб не должен превышать 2,5 мм на каждый метр. Для нежилых мансард и чердачных помещений допускается больший коэффициент прогиба – 1 к 200 (5 мм на 1 метр).

Звукоизоляция

Строительные требования к деревянным перекрытиям

Пятидесятимиллиметровая минвата не только утеплит пол, но и станет хорошим звукоизолятором

Согласно строительным нормативам порог звукоизоляции для межэтажных перекрытий жилых зданий должен составлять 50 дБ.

Строительные требования к деревянным перекрытиям

Для обеспечения этого требования вполне достаточно будет застелить пол второго этажа под финишным покрытием минватой толщиной 50 мм.

Длина несущих балок

Строительные требования к деревянным перекрытиям

Длина балки должна быть не более 5 м

Максимально допустимая длина свободного провиса деревянных балок не должна превышать 5 м для межэтажных и 6 м – для чердачных перекрытий. Если проектная длина комнаты больше 5 м, необходимо будет установка под несущим брусом дополнительной опоры. Дело в том, что оптимальная длина несущей деревянной конструкции составляет 4 м.

При дальнейшем увеличении её длины резко снижается жёсткость и прочность несущей конструкции и непропорционально возрастают требования к толщине сечения балки. Так, чтобы показатели прогиба для 8 м бруса «вписывались» в нормативы СНиП, толщина его должна быть порядка 40 см. Для примера: такой же показатель прогиба показывает 4 м брус сечением всего 15 х 15 см.

Дерево – материал достаточно уязвимый для внешнего воздействия, прежде всего сырости и огня, поэтому перед тем, как преступить к возведению несущих конструкций, все деревянные элементы должны быть обработаны антисептическими материалами и антипиренами.

Как сращивать брус по длине основные моменты

Строганный брус из лиственницыотличаетсялегкостью сборки. Существуют следующие видыэтого материала:

  • обычный;
  • профилированный, у которого выполнены специальные пазы и гребни;
  • клееный, при производстве склеиваются отдельные ламели в цельное изделие.

Для изготовления профилированногоматериалаиспользуетсяхвойная древесина. Его высушивают до 20%, поэтому он отличается равномерной влажностью, стойкостью к гниению, растрескиванию, нот требует до года на усадку. Клееный брус стоит дороже профилированного. Он практически не требует наружной отделки.

При строительстве часто строганный сухой брус 100х150 стыкуется по длине. Этот процесс называется сращиванием. Способ стыкования выбирается по месту, где будет использоваться в процессе эксплуатации предполагаются серьезные нагрузки, то выполняется сращивание на шип.

Наращивание может потребоваться и на несущих стенах, и на разделительных перегородках. Стыкование также дает возможность экономно использовать материал. При возведении стен венцы надо собирать с учетом перевязки (стыки в соседних рядах должны располагаться на противоположных сторонах стены, по аналогии с кладкой кирпича).

Если материал будет испытывать только сжатие, то достаточно соединить элементы внакладку (косыми либо прямыми срезами). Для повышения стойкости против боковых нагрузок для стыкования материала применяется вариант позволяет рационально использовать строительный материал.