Прочность и жесткость балки
Чтобы обеспечить прочность, долговечность и безопасность конструкции, необходимо выполнять вычисление величины прогиба балок еще на этапе проектирования сооружения
Поэтому крайне важно знать максимальный прогиб балки, формула которого поможет составить заключение о вероятности применения определенной строительной конструкции
Использование расчетной схемы жесткости позволяет определить максимальные изменения геометрия детали. Расчет конструкции по опытным формулам не всегда эффективен. Рекомендуется использовать дополнительные коэффициенты, позволяющие добавить необходимый запас прочности. Не оставлять дополнительный запас прочности – одна из основных ошибок строительства, которая приводит к невозможности эксплуатации здания или даже тяжелым последствиям.
Существует два основных метода расчета прочности и жесткости:
- Простой. При использовании данного метода применяется увеличительный коэффициент.
- Точный. Данный метод включает в себя использование не только коэффициентов для запаса прочности, но и дополнительные вычисления пограничного состояния.
Последний метод является наиболее точным и достоверным, ведь именно он помогает определить, какую именно нагрузку сможет выдержать балка.
Расчет балок на прогиб
Структура перекрытия
Устройство деревянных перекрытий зависит от их функционального назначения, но все они имеют очень похожую структуру. Их главной составляющей, которая служит основой для других элементов, являются деревянные балки, закрепляемые к несущим конструкциям дома, то есть к стенам. Вся будущая нагрузка во время эксплуатации дома будет ложиться именно на них
Поэтому расчет деревянных балок перекрытия занимает важное место на подготовительном этапе
Для изготовления балок используется деревянный брус из хвойных пород деревьев, почти не прогибающихся с течением времени, в отличие от лиственных.
На установленные балки закрепляется черновой или вспомогательный пол. Для этого используется фанера, листы ОСП или ДСП, поверх которых после завершения работ крепится финишное покрытие, напольное или потолочное. Образованное между черновым полом и потолком пространство заполняется разными изоляторами в зависимости от параметров помещения.
Особенности расчета на прогиб
Расчет на прогиб проводится обязательно для любых перекрытий. Крайне важен точный расчет данного показателя при значительных внешних нагрузках. Сложные формулы в данном случае использовать необязательно. Если использовать соответствующие коэффициенты, то вычисления можно свести к простым схемам:
- Стержень, который опирается на одну жесткую и одну шарнирную опору, и воспринимает сосредоточенную нагрузку.
- Стержень, который опирается на жесткую и шарнирную опору, и при этом на него действует распределенное нагружение.
- Варианты нагружения консольного стержня, который закреплен жестко.
- Действие на конструкцию сложной нагрузки.
Применение этого метода вычисления прогиба позволяет не учитывать материал. Поэтому на расчеты не влияют значения его основных характеристик.
Достоинства и недостатки балок из дерева
Использование в строительстве зданий деревянных балок в отличие от других видов характеризуется следующими достоинствами:
- доступная цена;
- простота доставки на строительную площадку;
- возможность установки без применения спецтехники;
- экологическая безопасность;
- ремонтопригодность.
Однако, несмотря на многие достоинства, такие перекрытия менее прочны, чем металлические и железобетонные. Требуют обработки антипиренами, а также средствами против гнили и плесени. Монтаж деревянных балок возможен только после тщательных расчётов.
В заключение статьи нужно добавить, что применение дерева в строительстве значительно сокращает расходы. Чтобы не нарушить конструкцию всего здания и установить прочные перекрытия, их проектирование и монтаж лучше доверить профессиональным строителям.
голоса
Рейтинг статьи
Достоинства и недостатки балок из дерева
Использование в строительстве зданий деревянных балок в отличие от других видов характеризуется следующими достоинствами:
- доступная цена;
- простота доставки на строительную площадку;
- возможность установки без применения спецтехники;
- экологическая безопасность;
- ремонтопригодность.
Однако, несмотря на многие достоинства, такие перекрытия менее прочны, чем металлические и железобетонные. Требуют обработки антипиренами, а также средствами против гнили и плесени. Монтаж деревянных балок возможен только после тщательных расчётов.
В заключение статьи нужно добавить, что применение дерева в строительстве значительно сокращает расходы. Чтобы не нарушить конструкцию всего здания и установить прочные перекрытия, их проектирование и монтаж лучше доверить профессиональным строителям.
Калькулятор подбора деревянных двутавровых балок
SIA I-beams производит износоустойчивые деревянные двутавры. Такие балки показали себя как незаменимый стройматериал при строительстве зданий в Северной Америке, понемногу они начинают завоевывать и рынки Европы.
Чтобы правильно произвести расчет необходимого количества балок, мы создали расчетный калькулятор, который вам поможет быстро и удобно рассчитать шаг между балками и их тип в зависимости от расстояния между стенами и от нагрузок в конкретном случае.
Как пользоваться калькулятором:
- Вводим расчетную длину пролета . Для балок перекрытия — это наибольший пролет, т.е. наибольшее расстояние между соседними стенами, на которые опирается балка. Для стропил кровли – это горизонтальное расстояние (проекция мест опоры, обычно расстояние между осями) между местами опора балки (сама балка длиннее, чем эта проекция, т.е. чем больше угол, тем длиннее балка).
- Для стропил кровли вводим угол наклона . Угол наклона – наклон стропил к горизонтали.
- Вводим шаг – это межцентровое расстояние между соседними балками.
- 4. Можно изменить постоянную нагрузку . В соответствии с нормативом EN 1991, постоянную нагрузку рассчитывают по плотности конструкции пола/перекрытия/крыши, помноженной на коэффициент надежности. Согласно EN 1990,коэффициент надежности для постоянных нагрузок — 1,35, а для временных — 1,5.
- Можно изменить временную нагрузку . В соответствии с нормативом EN 1991, величины временной нагрузки принимаются в зависимости от предполагаемого использования перекрытия. Для перекрытий жилых помещений можно принимать временную нагрузку 200 kg/m2. При расчете стропильной системы нагрузки от снега принимаются согласно LBN-003-1, таблица 16.2. Для Риги это равняется 125 kg/m2.
*В расчетном калькуляторе включено определение расчетной нагрузки при соответствующих коэффициентах надежности: согласно EN 1990 для постоянных нагрузок это — 1,35 а для временных нагрузок — 1,5. В калькулятор вводятся нагрузки без учета коэффициентов надежности. – это повторение из п.4.
*Величина используемой расчетной нагрузки будет индивидуальной — в зависимости от конкретной ситуации.
- Когда все упомянутые данные введены в таблицу, можно ознакомиться с результатом. Внизу находится табличка с имеющимися в нашем ассортименте балками. Зеленым цветом закрашены все балки, которые можно использовать, а красным – несущая способность которых не соответствует заданным вами параметрам. Чтобы изменить результат, советуем изменить шаг балок.
Расчёт нагрузки и размеров деревянных балок
Перед возведением здания необходимо рассчитать нагрузку и длину балочных перекрытий. Для лучшей прочности перекрытия при строительстве нужно использовать деревянные балки с немного большим, чем расчётный, запасом прочности.
Выбор ширины или толщины балки в зависимости от длины
Чтобы правильно произвести расчёт нагрузки на балку перекрытия, нужно:
- Знать расстояние между стенами и шаг между балками.
- Вычислить постоянную нагрузку, складывающуюся из массы балок, утеплителя и материалов, из которых изготовлен пол и потолок.
Для вычисления необходимо сложить удельный вес на кв. метр всех стройматериалов
- Временную нагрузку. К ней относятся масса мебели и находящихся в здании людей. Как правило, её считают равной 150 кг/м2.
- Высчитать предполагаемую нагрузку на 1 м2 перекрытия (сумма временных и постоянных показателей).
Так как для расчёта требуется знать нагрузку на погонный метр, нужно предполагаемую нагрузку на 1 м2 умножить на расстояние между балками. Далее, полученную цифру умножают на квадрат расстояния между несущими стенами и делят на 8. Так проводят расчёт нагрузки балочного перекрытия.
Mmax = (q*L2)/8
Где:
- q — полная нагрузка на кв. м;
- L2 — квадрат расстояния между стенами.
При проектировании каркаса перекрытия нужно уделить внимание пространственной жёсткости, которая во многом зависит от показателей прогиба балочного перекрытия. Расчёт деревянной балки на прогиб проводят по формуле: W = Mmax / R, где M – максимальная нагрузка, а R – сопротивление древесины из СП 64.13330.2017 от 2021 г
(актуальная редакция СНиП II-25-80). Для древесины 2 сорта её принято считать равной 130 кг/см2
Расчёт деревянной балки на прогиб проводят по формуле: W = Mmax / R, где M – максимальная нагрузка, а R – сопротивление древесины из СП 64.13330.2017 от 2021 г. (актуальная редакция СНиП II-25-80). Для древесины 2 сорта её принято считать равной 130 кг/см2.
Из формулы W = b*h2/6, зная показатель W, вычисляем сечение перекрытия. Достаточно задать одну геометрическую характеристику b (ширину сечения) или h (его высоту).
Прогиб деревянного перекрытия при вычисленной нагрузке не должен быть больше соотношения к длине балки 1:350 для подвальных и межэтажных перекрытий, а для чердачных и мансардных – 1:250.
Размер балок зависит от расстояния между несущими стенами. Для определения необходимой длины балки к этой величине прибавляют 40 см, примерно по 15–20 см с каждой стороны. Профессиональные строители рекомендуют для устройства перекрытия использовать балки с сечением равным 4–5% длины пролёта.
Особенности строительства перекрытий в кирпичном доме ↑
Если свод монтируют к каменным стенам, необходимо концы балок обернуть рубероидом или обработать смолой, обеспечив гидроизоляцию. Проем в стене, который используется в качестве опоры для балок, поддерживающих деревянные перекрытия между этажами в кирпичном доме, создают такого размера, чтобы присутствовал зазор для вентиляции. Это позволит избежать образование конденсата и дольше сохранить древесину от разрушения.
Порядок работ при монтаже своими руками:
- В процессе строительства дома, не забывая, как нужно устанавливать балки перекрытия, в стенах на необходимой высоте устраивают ниши, имеющие глубину от 15 см до 20 см. Особенно удобно создавать ниши при постройке стен из двойного силикатного кирпича.
- Перед монтажом выполняют обрезку концов брусов под углом в 60°-70° для улучшения ее вентиляции после установки, производят дополнительную обработку специальными составами.
Выполнение среза конца балки
- Концы слег обрабатывают гидроизоляцией, не трогая торцы для обеспечения выхода влаги из дерева. При необходимости проводят обработку балок антисептиком и средством, повышающим огнестойкость.
- Выполняют укладку брусьев или досок в ниши с таким расчетом, чтобы между их торцами и стеной сохранялся зазор около 5 см для вентиляции.
- Каждую третью или четвертую балку фиксируют анкерным болтом к стене.
Анкерный болт
- Имеющийся зазор между стеной и брусом заполняют уплотнителем.
- Далее перпендикулярно к слегам нашивают бруски 50х50 или 40х40, получая обрешетку для крепления деревянных щитов либо облегченных бетонных панелей.
- Снизу к балкам можно прибить доски, панели или листовой гипсокартон.
- В устройстве деревянного перекрытия между этажами на деревянные щиты помещают необходимый изоляционный слой. В случае с чердаком могут взять такой сыпучий утеплитель, как керамзит. Можно использовать вариант, когда насыпают глиняно-песчаный слой, поверх которого распределяют слой песка либо шлака.
- Поверх утеплителя крепят лаги с шагом 50-70 см.
- К лагам прибивают струганные доски.
- В качестве альтернативы лагам и струганным доскам можно сделать бетонную стяжку с армированной сеткой.
- Выполняют окончательную отделку напольного покрытия и потолка.
Схема перекрытия
Правила монтажа в деревянном доме ↑
От того, из какого материала построено здание, зависит, как сделать перекрытие между этажами в доме. В возведении строения, имеющего деревянные стены, существуют также определенные нюансы.
Установка брусов из древесины своими руками выполняется по своеобразным маякам – первоначально монтируются крайние слеги, ориентируясь на которые затем крепят промежуточные. При закреплении крайних балок учитывают, что они должны располагаться не ближе 5 см к ближайшей стене. Используя этот промежуток, размещают слой утеплителя.
Ниши для опоры можно не готовить заранее – в построенных стенах, используя электрическую или бензопилу, вырезают необходимые углубления.
Ниши для перекрытий в деревянных стенах
Поэтапный монтаж пола в деревянном доме:
- Перед монтажом выполняют обрезку концов слег под углом в 60°-70° для улучшения ее вентиляции после установки, производят дополнительную обработку специальными составами.
- Обработав концы брусков битумом и обернув рубероидом, укладывают их в ниши. Начиная укладку с крайних балок, продолжают укладывать промежуточные с проверкой горизонтальности расположения уровнем.
- В процессе укладки каждый третий или четвертый брус крепится к стене с использованием анкерных болтов либо другого крепежа, например, скоб.
- Затем перпендикулярно к слегам закрепляют бруски 50х50 или 40х40, готовя обрешетку для монтажа деревянных щитов.
- Сверху нашивают черновые полы, для которых используют не струганные доски либо деревянные щиты.
- Выполняя монтаж перекрытий, снизу прибивают листовой материал или легкие доски.
- На черновом полу закрепляют изоляционный слой, в каждом случае выполняющий определенную задачу. Если оборудуется перекрытие дома 1 этажа, необходимо укладывать теплоизоляционный слой для защиты от холода из подвального помещения. А когда настилается пол на 2-ом этаже, достаточно обеспечить хорошую звукоизоляцию.
- Сверху утеплителя нашивают лаги, к которым затем крепят струганные доски чистового пола. Вместо досок можно использовать плиту ОСП.
- Завершающим верхним слоем может стать линолеум, керамическая плитка, ламинат или паркет.
Пример монтажа перекрытия в стене из газобетона
Устройство полов деревянными двутаврами
Весьма эффективно использование деревянных двутавровых балок при устройстве полов. На качество полов существенно влияет правильный подбор балок и их опирание, вместе с грамотным монтажом несущих конструкций и сопутствующих элементов в соответствии со СНиП.
Настил пола двутаврами делается за меньший срок, узлы конструкции получаются жесткими, а пол не скрипучим. Для устройства чернового пола рекомендуется использовать толстую половую доску, это повысит качество и снизит вибрацию. К двутаврам легко прибиваются все элементы настила, а их конструкция улучшает характеристику полов в доме и срок их эксплуатации.
При использовании двутавровых балок с шагом один метр встает проблема чернового пола ОСБ. Плита и аналогичные ей материалы не подходят из-за вероятности слома или больших прогибов. Настил будет пружинить и раскачиваться. Для расстояний между балками в 1 метр лучше изготавливать обрешетку из толстой доски или бруса. Другой вариант усиления настила устройства – несколько слоев перекрытий, что значительно удорожает работы.
Крепление к двутавровой балке
Не рекомендуется использование саморезов, особенно черных, для крепления настила или других элементов к двутавровым балкам. Сталь, используемая для изготовления саморезов, не выдерживает нагрузок срезания и скалывания. Для фиксации чернового пола и прочих элементов специалисты рекомендуют гвозди и шурупы, желательно оцинкованные, они обеспечат длительный срок службы. Рассверливание балок не требуется, соединения пояса со стойкой надежные и жесткие, прибить или прикрутить к двутаврам элементы пола несложно.
В заключение еще несколько слов о защите двутавров от огня, влаги и насекомых. Как правило, основная обработка происходит при изготовлении двутавровых балок. Биозащитными и огнеупорными составами хороший производитель, имеющие специальные службы, пропитывает изделия во время производства. От воздействия влажности и гниения рекомендуется дополнительно покрывать деревянные элементы краской или лаком, особенно, если двутавры используются во внешних конструкциях, не защищенных гидро- и пароизоляцией.
Двутавровые балки из дерева.
Предыдущая
Элементы лестницСпецифика выбора материалов для гидроизоляции
Следующая
Элементы лестницОсновные тезисы о межэтажных перекрытиях
Типы деревянных балок
Деревянные балочные перекрытия различаются размерами, сечением, способом производства и породой дерева, из которого они сделаны. От выбора деревянных балок зависит надёжность и прочность строения. В зависимости от расстояния между стенами и предполагаемой нагрузки для перекрытий, используют доску или брус из цельного массива дерева, или клеёные изделия.
Разновидности деревянных балок
Цельные балки
Балки сделанные из цельного массива дерева, менее прочные, чем клеёные или двутавровые. Поэтому их длина не должна превышать 6 метров. Часто для увеличения прочности, строители на объекте спаривают доски. Стягивают их болтами и гайками с резиновыми или пластиковыми прокладками, предотвращающими попадание влаги и образованию ржавчины на крепеже.
Клеёный брус
Клеёный брус изготавливают методом склеивания нескольких частей между собой. Балки из этого материала способны выдерживать высокие нагрузки, поэтому их можно использовать в конструкции перекрытий длиной до 14 метров. Из такого бруса можно изготовить гнутые перекрытия для арок.
Имеются у таких изделий и недостатки. При изготовлении могут использовать некачественные пиломатериалы, поэтому со временем возможна усадка балочного перекрытия. К тому же клеёные балки значительно дороже цельных. Чтобы рациональнее использовать средства отведённые на строительство, нужно правильно рассчитать нагрузку и длину балок.
Клееный брус при аналогичном сечении с обычным имеет большую прочность
Балки перекрытия изготавливают из хвойных пород дерева, но также часто используют древесину дуба, акации, клёна и других деревьев. Главное условие необходимое для прочности конструкции – влажность не более 12–14%. Виды некоторых изделий приведены в таблице ниже.
Двутавровые балки
Достоинства двутавровых деревянных балок – универсальность применения, простота установки и высокая прочность. Они сохраняют свои параметры при больших нагрузках без вспомогательных конструкций для усиления.
Устройство двутавровой балки
Двутавр делают с использованием хорошо просушенного строганного или клеёного бруса, прочной проклеенной водостойкой фанеры или OSB-плит, на основе огнеупорного и влагостойкого клея. Поэтому двутавровая деревянная балка не требует пропитки специальными составами и легко поддаётся распиловке. Однако из-за сложной технологии изготовления их редко применяют для устройства перекрытий.
Двутавровые балки из OSB (ОСП)
Соединение двутавровых балок между собой
Для всех видов выпускаемой продукции есть свой сортамент. Сортамент — это подбор различных изделий готовой продукции по маркам, профилям или размерам. Часто в таблице указаны дополнительные сведения о прочности, весе и т. д.
Способы крепления балки к стене
Для создания надёжной конструкции все балки должны быть прочно закреплены в несущих стенах. Это можно сделать несколькими способами. Одни используются, как и сами деревянные перекрытия, несколько столетий, другие стали возможны относительно недавно.
Первый способ – традиционный. Применяется для кирпичных домов или построенных из бруса. Балки помещают внутрь стены в специально сделанную нишу на глубину от 10 до 15 см с соблюдением нескольких правил:
- рекомендуемая глубина составляет 2/3 толщины несущей стены;
- часть балки, соприкасающаяся со стенками ниши, закрывается рубероидом в два слоя;
- торцевые части обрезаются под углом примерно 60° для доступа воздуха к дереву;
- расстояние между балкой и стенками ниши составляет не менее 5,5 см;
- балка ложится на обработанную антисептиком деревянную подложку;
- пустое пространство заделывается утеплителем;
- боковые стороны замазываются цементным раствором;
- каждая пятая (можно чаще) балка дополнительно закрепляется к стене анкером.
Если этот способ крепления применяется для деревянных домов, глубина ниши составляет не более 7 см с обязательной укладкой изоляции между стеной и балкой. Это снижает вероятность появления скрипа.
Второй способ состоит в использовании специальных металлических крепежей:
- уголков;
- хомутов;
- кронштейнов.
Выбранный крепеж фиксируется к стене и к балке с помощью саморезов или дюбелей. Иногда металлическое крепление может использоваться для усиления конструкции.
Этот способ позволяет устанавливать деревянные балки быстрее и проще. При этом традиционный вариант до сих пор остаётся самым надёжным.
Устройство чистых полов
6.6.1 Общие требования
6.6.1.1 Чистый пол должен предусматриваться во всех жилых помещениях.
6.6.1.2 В случаях, когда водопроницаемый чистый пол в помещениях ванных комнат, кухонь, прихожих и постирочных кладется по черному полу, который может повреждаться водой, под чистый пол следует укладывать гидроизолирующее покрытие с водопроницаемостью не более 0,068 мг/(Па×ч×м2), определяемой испытанием в соответствии с ГОСТ 26589.
6.6.1.3 Деревянные лаги, на которые укладывается настил чистого пола на бетонную плиту по грунту, должны иметь сечение не менее 18 ´ 38 мм и быть пропитанызащитным составом для древесины.
6.6.2 Основание плитного типа для пола
6.6.2.1 Основание плитного типа, укладываемое на черный пол, предусматривается при необходимости обеспечить ровную поверхность под чистое покрытие пола, например, когда черный пол выполнен из пиломатериалов, а покрытие предусмотрено из упругих материалов, паркета, керамической плитки или предусмотрена укладка напольного покрытия из нетканого синтетического волокна или покрытия коврового типа.
6.6.2.2 Основание плитного типа должно иметь толщину не менее 6 мм и должно быть выполнено из твердой фанеры, твердых древесно-волокнистых, древесно-стружечных, цементно-стружечных или гипсоволокнистых плит.
Основание плитного типа под наклеиваемую керамическую плитку должно иметь толщину не менее 6 мм, если балки под черным полом расположены с шагом менее 300 мм, и не менее 10 мм при шаге более 300 мм.
6.6.2.3 Основание плитного типа должно крепиться к черному полу скобками, половыми гвоздями или самонарезающими винтами, расположенными с шагом не более 150 мм по краям и 200 мм в других местах.
Гвозди для прибивания основания плитного типа должны быть длиной не менее 20 мм для основания пола толщиной 6 мм и не менее 25 мм для основания пола толщиной 8 мм.
Скобки для крепления основания плитного типа должны иметь:
– толщину стержня не менее1,2 мм и ширину наружной соединяющей части 4,0 мм;
– длину забиваемого стержня не менее 25 мм при толщине основания пола 6 мм и не менее 30 мм при большей толщине основания пола.
6.6.2.4 Если основание плитного типа устанавливают по черному полу из фанеры, древесно-волокнистых, древесностружечных, цементно-стружечных, гипсоволокнистых плит, то стыки плит основания должны быть смещены на 200 мм относительно стыков в находящемся подними черном полу.
6.6.2.5 Все отверстия, трещины или другие видимые дефекты на поверхности плит основания пола под приклеиваемыми к ним упругими или керамическими покрытиями должны заделываться, чтобы дефекты не проявлялись на поверхности чистого пола.
6.6.3 Дощатый пол
6.6.3.1 Толщина дощатого пола должна соответствовать таблице 6.5.
Таблица 6.5
Типы дощатого пола | Максимальное расстояние между балками перекрытия, мм | Минимальная толщина настила, мм | |
с черным полом | без черного пола | ||
Шпунтованные доски из древесины твердых пород (для применения только внутри зданий) | 400 | 16 | 19 |
600 | 16 | 32 | |
Шпунтованные доски из древесины мягких пород (для применения внутри и снаружи) | 400 | 19 | 19 |
600 | 19 | 32 | |
Рейки квадратного сечения из древесины хвойных пород (только для применения снаружи) | 400 | – | 25 |
600 | – | 40 |
6.6.3.2 Доски чистого пола нельзя укладывать параллельно настилу черного пола из пиломатериалов, если не предусмотрено отдельное дополнительное основание пола.
Если доски чистого пола настилаются без черного пола, они должны укладываться под прямым углом к балкам перекрытия таким образом, чтобы торцевые стыки досок размещались в шахматном порядке и находились на опорах.
Каждая доска чистого пола должна опираться не менее чем на две опоры.
6.6.3.3 Каждая доска пола прибивается не менее чем одним гвоздем по ширине доски с шагом гвоздей согласно таблице 6.6, кроме досок шириной более 250 мм, прибиваемых как минимум двумя гвоздями по ширине доски.
Таблица 6.6
Толщина настила чистого пола, мм | Минимальная длина гвоздей для пола, мм | Максимальный шаг гвоздей, мм |
19 и менее | 60 | 400 |
25 | 60 | 400 |
32 | 70 | 600 |
40 | 80 | 600 |
6.6.4 Клей, используемый для наклейки настила пола из паркетных щитов и клепок, должен подходить для соединения древесины с материалом черного пола.
