Деревянные балки на перекрытия для большого пролета

Если в частном доме на внутренней конструкции планируется устройство перекрытия, состоящее из деревянных балок, важной составляющей подготовительного этапа станет расчет точных размеров, лучшего сечения реек и шаг, который следует отступать между ними. Рассчитывать размеры и количество реек необходимо, прежде всего, для экономии средств, а также, чтобы избежать недостачи стройматериала.

Как определяется длина деревянных балок перекрытия: эксперты FORUMHOUSE рассказывают о нюансах расчёта и самостоятельного изготовления.

Возможность безопорного перекрытия больших площадей значительно расширяет архитектурные возможности при проектировании дома. Положительное решение балочного вопроса позволяет «играть» с объёмом комнат, устанавливать панорамные окна, строить большие залы. Но если перекрыть «деревом» расстояние в 3-4 метра не трудно, то, какие балки использовать на пролете 5 м и более – это уже сложный вопрос.

Нагрузки на перекрытие

Перекрытия по деревянным балкам должны обладать достаточной прочностью и жесткостью. Перекрытия выдерживают весовую нагрузку на 1 кв. м – 200 кг. При этом способ укладки и крепления балки должны, с одной стороны, обеспечить их устойчивость, а с другой – исключить колебания, провисание конструкции. Балка предназначена для сопротивления изгибающим нагрузкам. В зависимости от места установки, коэффициент прогиба балок по отношению к величине пролета составляет:

  • для балок чердачных конструкций – 0,004;
  • для всех остальных балок – 0,005.

Балки могут быть сборными и цельными. В качестве цельных балок используют бревна – кругляк или тесаные и брус. Сборные балки состоят из скрепленных между собой досок. В сечении балки чаще всего представляют собой параллелепипед шириной 60-250 мм и высотой 100-250 мм. Максимальная длина таких балок ограничена – 6 м. Сборные балки, высота сечения которых превышает 150 мм, усиливаются вертикальными распорками. Цель доработки – исключить скручивание досок. Для балок используется древесина, высушенная на протяжении 4-х месяцев.

Современные технологии изготовления балок основаны на склеивании древесных элементов. Одной из разновидностей является брус, состоящий из ламелей, – калиброванных реек. Сборка балки производится таким образом, что волокна отдельных ламелей направлены перпендикулярно друг к другу. Технологический прием позволяет исключить коробление древесины: балки, изготовленные таким способом, отличаются точностью размеров и правильностью форм. Еще один класс объединяет двутавровые клееные балки. Ее компонуют из обработанной древесины и OSB. Такие балки отличаются лучшей несущей способностью: с их помощью можно перекрывать 12-метровые пролеты.

Преимущества и недостатки

Балки ЖБИ обладают высокими техническими качествами, к которым можно отнести следующее:

  1. Высокую прочность.
  2. Стойкость к огню – элементы перекрытия из железобетона не поддерживают и не способствуют распространению пламени.
  3. Стойкость к воздействию влаги – конструкции не теряют своих качеств и не разрушаются в условиях повышенной влажности.
  4. Удобную форму, которая позволяет производить быстрый монтаж перекрытий.
  5. Высокую механическую, химическую и биологическую стойкость.
  6. Высокую стойкость к нагрузкам разного типа: на изгиб, на сжимание, на растягивание и вибрацию.

Недостатки железобетонных балок перекрытия:

  1. Значительный вес конструкции;
  2. Высокая теплопроводность;
  3. Высокая цена;
  4. Необходимость задействовать при транспортировке и монтаже спецтехнику;
  5. Необходимость качественной подготовки основания.

Разновидности перекрытий: какие бывают?

В зависимости от назначения, можно выделить такие разновидности перекрытий:

  1. Цокольное. Поскольку оно является основой для пола, к балкам предъявляются повышенные требования. Стоит ли говорить, насколько прочными они должны быть?

Небольшой совет. Если планируете строить гараж или подвал под 1-м этажом, перекрытие лучше делать по балкам, сделанным из металла. Дерево подвержено гниению, выдержать солидную нагрузку сможет далеко не всегда.

  1. Чердачное.
  2. Междуэтажное.
Читайте также:  Как сделать перекрытие первого (1) этажа своими руками

Деревянные балки перекрытий бывают:

  • Цельные. Производятся из твердых пород – как хвойных, так и лиственных.
  • Клееные. Благодаря данной технологии, возможно изготовление планок приличной длины – вплоть до двадцати метров. Обладают повышенной прочностью, способны выдержать очень большие нагрузки. Еще одна особенность – идеально гладкая поверхность. Благодаря ей, снизу дерево оставляют открытым – оно становится настоящей изюминкой помещения.

Схема расчета нагрузки на перекрытии

Нагрузка, которая действует в отношении перекрытия деревянных реек, состоит из нескольких видов нагрузки:

  1. Собственная масса деталей перекрытия.
  2. Постоянная или, наоборот, временная нагрузка, к примеру, если на верхнем этаже установлена мебель, бытовые приборы. оборудование.

Рассчитать точное значение нагрузки достаточно сложно, этим занимаются специалисты, имеющие опыт в проектировании. Но обывателю тоже под силу произвести упрощенное вычисление.

Чердачное перекрытие, которое не удерживает вещи, хлам, а только учитывает массу легкого утеплителя по типу минеральной ваты или пенопласта и собственный вес, принимается в величине 50 кг/кв. м. Исходя из этого, нагрузка по эксплуатации перекрытия вычисляется:

70 × 1,3 = 90 кг/кв. м, 70 – единственно принятое неизменное значение нагрузки для чердака, а 1,3 – показатель запаса.

Рассчитаем общую нагрузку:

(50 + 90) × 1,3 + 50 = 232 кг/кв. м, округляем до 240 кг/кв. м.

Для чердачного перекрытия, где обустроена мансарда, следует добавить вес напольной конструкции, перегородок и мебели. Тогда нагрузка повышается до значения в 300-350 кв. м. Прибавляем вес нескольких жителей и посетителей здания и получаем нагрузку 350-400 кг/кв. м.

Расчет

Чтобы произвести выбор металлического бруса для той или иной конструкции, которая будет нести определённую нагрузку, необходимо произвести расчёт балки на прочность при изгибе. Это можно сделать, рассчитав все параметры самостоятельно по известной методике или воспользоваться онлайн-калькулятором.

Для выбора балки перекрытия, делают проверку из условия на прочность, где максимальная прочность стали должна быть больше суммы отношений максимального изгибающего момента в точке действия той или иной нагрузки к осевому моменту, и поперечных сил и площади поперечного сечения в максимально нагруженной точке.

Для определения всех неизвестных параметров этого условия, вычисления проводят поочерёдно.

Сначала определяют максимально нагруженный участок балки. Для этого, строят эпюру поперечных сил и изгибающих моментов. Чтобы построить эпюру, необходимо вычислить все суммарные изгибающие моменты и поперечные силы, действующие на балку, по участкам.

Как правило, в случае металлического бруса перекрытия, расчётную схему заменяют балкой, лежащей на двух шарнирных опорах. В этих опорах возникают реакции сопротивления, у которых необходимо определить их условия:

Когда реакции определены, балку разбивают на участки по опорам. Первый участок находится от одного конца балки до опоры, второй участок располагается между опорами, третий за последней опорой и так далее. Необходимо знать, что если на одном участке имеется точка изменения нагрузки, то её нужно выделить в отдельный участок.

После того, как участки определены, строятся эпюры поперечных сил и изгибающий моментов, и определяется нагруженный участок. Далее, вычисляется осевой момент сопротивления сечения:

По вычисленному параметру производят выбор номера двутавра из сортамента. На этом расчёт балки считается оконченным.

Онлайн

Рассчитывать металлическую балку и производить её выбор вручную довольно трудоёмко и занимает время, которое не всегда можно выделить занятому человеку. Поэтому, стоит довериться расчётам профессионалов.

Но, если заказчик строительства сомневается в экономической целесообразности произведённого строителями расчёта, можно произвести быстрый автоматический расчёт при помощи сайтов, предлагающих данный товар.

Одним из примеров такого калькулятора может быть портал -onlayn-calculators/, который предлагает, находясь на сайте, рассчитать расход материала и выбрать балку из сортамента.

Данный калькулятор требует введения следующих исходных данных:

  1. Сначала нужно ввести условия эксплуатации металлической балки.
  2. После этого характеристики предварительно выбранной металлической балки.
  3. Указать нормативную и расчётную нагрузку на балку и произвести расчёт.

В результате, получается минимально возможный при заданных условиях момент сопротивления балки. Из полученного момента можно выбрать балку по таблице сортамента.

Читайте также:  Как убрать скрип половиц, не убирая пола: советы эксперта

Так же определяется минимально допустимый момент инерции, по которому можно выбрать номер профиля из сортамента. Если для строительства в первую очередь важно не допустить прогиб балки, тогда стоит выбирать балку исходя из полученного момента инерции.

Расчет балочных перекрытий

Этот пункт при строительстве дома очень важен и главное выбрать металлический прокат с теми показателями, которые больше подойдут для вашего дома. Он должен соответствовать прочностным характеристикам, рассчитываемым по ширине пролета, шага установки и рабочей нагрузки от кровельной конструкции.

Если крыша будет с мансардным помещением, то показатель полезной нагрузки варьируется в пределах 75 кг на м2. При прокладке межэтажного или цокольного перекрытия эти цифры увеличиваются до – 150 кг на м2. Соответственно и сечение балок должно быть больше. Для накатов применимы как деревянные настилы, так и Ж/Б плиты и вес их также идет в общий зачет. В некоторых случаях допустимо монолитное перекрытие по металлическим балкам, но это сложный процесс выполняемый только строителями.

Если вас не пугает сложность монтажных работ перекрытий по металлоконструкциям, то исполнив задуманное, можно быть уверенным что она прослужит в тандеме с кирпичным домом не одно десятилетие без какого-либо ремонта.

Маркировка и размеры

Все железобетонные балки маркируются по стандартам. Буквы обозначают типоразмер: железобетонные стропильные балки с находящимися параллельно поясами обозначаются буквосочетанием БСП, железобетонные балки стропильные односкатные обозначаются как БСО, двускатные – БСД. БП – это подстропильные балки.

Кроме букв, в маркировке также используют цифры. Стандартная маркировка предполагает обозначение, реализованное в трех группах букв и цифр. Обозначаются тип (буква), размер, перекрываемый пролет (указывается в метрах арабскими цифрами).

Также маркировка включает информацию про идентификацию категории в соответствии с несущей способностью, классом прутьев для армирования, марки бетона. Дополнительные характеристики (серия, особенности применения, нюансы конструкции и т.д.) также указываются.

Вне зависимости от сферы применения железобетонных балок, габариты, размеры обозначаются в трех параметрах. Расчет железобетонной балки осуществляется с использованием каждого из них.

Размеры и габариты балки – обозначение:

  • Длина (L) – параметр должен превышать длину пролета на 40 сантиметров и выступать за края опорных частей минимум по 20 сантиметров на несущие стеновые конструкции.
  • Высота (Н) – величина равна минимум 5% длины или составляет 1/20 ее часть.
  • Ширина (В) – данный параметр соотносится с высотой в пропорции 5:7.

Способы соединения стропил с балками

Итак, у вас есть два основных пути:

  1. Установить сначала балки перекрытия, вмонтировав их в стены, тем самым создав наслонную стропильную систему.
  2. Собрать стропильные фермы на земле и поднять на крышу готовыми, при этом нижняя затяжка ферм будет одновременно служить опорой-балкой для будущего чердачного перекрытия.

В каждом из этих способов есть свои плюсы-минусы, но способы крепления используются разные – для ферм обычно идет крепление металлическими или деревяннымми пластинами, а для сборки на крыше – скалывание и врубка на шип.

Висячие стропила: затяжка и балка в одной роли

Если речь идет о небольшом строительном объекте, как гараж, баня или бытовка, то достаточно просто изготовить стропильные фермы на земле, и уже потом поднять их на стены постройки, закрепив на специальных штырях мауэрлата. Здесь балки перекрытия – неотъемлемая часть самих ферм, и этот тот самый случай, когда затяжка в ферме служит также опорой чердачного перекрытия.

Способы соединения стропил с балками

А вот как это реализуется на практике:

Способы соединения стропил с балками

А вот о вариантах, когда стропила именно опираются на балки перекрытия, а не создают с ними единую систему, мы разберемся сейчас детальнее.

Наслонные стропила: опора на балки в нескольких точках

Способы соединения стропил с балками

Вот современный мастер-класс строительства классической крыши для мансарды, в которой стропила опирают на балки перекрытия прямо на крыше, а не строят фермы на земле:

Способы соединения стропил с балками

Здесь балки перекрытия – уже не часть единой стропильной фермы, а самостоятельный элемент, на который опирается вся стропильная система. Причем опирание происходит не только по бокам балки, но и по всей ее длине.

Читайте также:  Как сделать теплые полы в каркасном доме без стяжки?

Расчет несущих балок

Для определения сечения и шага балок необходимо рассчитать нагрузку на перекрытие. Сбор нагрузок выполняют по методике и с учётом коэффициентов, изложенных в СНиП –85 (СП ).

Расчет нагрузок

Общая нагрузка рассчитывается суммированием постоянной и переменной нагрузки, определённых с учётом нормативных коэффициентов. При практических расчётах сначала задаются определённой конструкцией, включающей и предварительную раскладку балок определённого сечения, а затем корректируют, исходя из полученных результатов. Так что на первом этапе выполните эскиз всех слоёв «пирога» перекрытия.

1. Собственная удельная масса перекрытия

Удельная масса перекрытия складывается из составляющих её материалов и делится на горизонтальную суммарную длину балок перекрытия. Для расчёта массы каждого элемента нужно рассчитать объём и умножить на плотность материала. Для этого воспользуйтесь таблицей 2.

Таблица 2

Наименование материала Плотность или насыпная плотность, кг/м3
Асбоцементный лист 750
Базальтовая вата (минеральная) 50–200 (от степени уплотнения)
Берёза 620–650
Бетон 2400
Битум 1400
Гипсокартон 500–800
Глина 1500
ДСП 1000
Дуб 655–810
Ель 420–450
Железобетон 2500
Керамзит 200–1000 (от коэффициента вспенивания)
Керамзитобетон 1800
Кирпич полнотелый 1800
Линолеум 1600
Опилки 70–270 (от фракции, породы дерева и влажности)
Паркет, 17 мм, дуб 22 кг/м2
Паркет, 20 мм, щитовой 14 кг/м2
Пенобетон 300–1000
Пенопласт 60
Плитка керамическая 18 кг/м2
Рубероид 600
Сетка проволочная 1,9–2,35 кг/м2
Сосна 480–520
Сталь углеродистая 7850
Стекло 2500
Стекловата 350–400
Фанера клееная 600
Шлакоблок 400–600
Штукатурка 350–800 (от состава)

Для древесных материалов и отходов плотность зависит от влажности. Чем выше влажность — тем тяжелее материал.

К постоянным нагрузкам относятся и перегородки (стены), удельный вес которых принимается ориентировочно 50 кг/м2.

2. Переменная нагрузка

Обстановка комнаты, люди, животные — всё это переменная нагрузка на перекрытие. Согласно табл. 8.3 СП , для жилых помещений нормативная распределённая нагрузка составляет 150 кг/м2.

3. Суммарная нагрузка

Суммарная нагрузка не определяется простым сложением, необходимо принять коэффициент надёжности, который по тому же СНиП (п. 8.2.2) составляет:

  • 1,2 — при удельной массе меньше 200 кг/м2;
  • 1,3 — при удельной массе больше 200 кг/м2.

4. Пример расчета

В качестве примера возьмём комнату длиной 5 и шириной 3 м. Через каждые 600 мм длины положим балки (9 шт.) из сосны сечением 150х100 мм. Перекроем балки доской толщиной 40 мм и настелим линолеум толщиной 5 мм. Со стороны первого этажа зашьём балки фанерой толщиной 10 мм, а внутри перекрытия уложим слой минеральной ваты толщиной 120 мм. Перегородки отсутствуют.

1 — балка; 2 — доска; 3 — утепленный линолеум 5 мм

Расчет постоянной удельной нагрузки на площадь комнаты (5 х 3 = 15 м2) приведен в таблице 3.

Таблица 3

Материал Объем, м3 Плотность, кг/м3 Масса, кг Удельная нагрузка, кг/м2
Брус (сосна) 9 х 0,15 х 0,1 х 3,3 = 0,4455 500 222,75 14,85
Доска (сосна) 15 х 0,04 = 0,6 500 300 20,0
Фанера 15 х 0,01 = 0,15 600 90 6,0
Линолеум 15 х 0,005 = 0,075 1600 120 8,0
Минвата 15 х 0,12-0,405 = 1,395 100 139,5 9,3
Итого:       58,15
С учетом k = 1,2       70

Переменная нагрузка — 150 х 1,2 = 180 кг/м2.

Общая нагрузка — 70 + 180 = 250 кг/м2.

Расчетная нагрузка на балку (qр) — 250 х 0,6 м = 150 кг/м (1,5 кг/см).

Расчёт допустимого прогиба

Принимаем допустимый прогиб межэтажного перекрытия — L / 250, т. е. для трёхметрового пролёта максимальный прогиб не должен превышать 330 / 250 = 1,32 см.

Так как балка обоими концами лежит на опоре, расчёт максимального прогиба ведётся по формуле:

  • h = (5 х qр х L4) / (384 х E х J)

где:

  • qр — расчетная нагрузка на балку, qр = 1,5 кг/см;
  • L — длина балки, L = 330 см;
  • Е — модуль упругости, Е = 100 000 кг/см2 (для древесины вдоль волокон по СНиП);
  • J — момент инерции, для бруса прямоугольного сечения J = 10 х 153 / 12 = 2812,5 см4.

Для нашего примера:

  • h = (5 х 1,5 х 3304) / (384 х 100000 х 2812,5) = 0,82 см

Полученный результат по сравнению с допустимым прогибом имеет 60% запас, что представляется чрезмерным. Следовательно, расстояние между балками можно увеличить, снизив их количество и повторить расчёт.

В заключение предлагаем посмотреть видео о расчёте перекрытия по деревянным балкам с помощью специальной программы: