47.Деревянные балки. Конструирование и основы расчета.

Цельнодеревянные балкипредставляют собой отдельные брусья , толстые доски, устанавливаемые на кромки, и окантованные бревна, имеющие необходимые сечения и длины. Их основные преимущества- малая трудоемкость изготовления и низкая стоимость по сравнению с другими деревянными конструкциями. Деревянные балки применяются в качестве несущих конструкций настилов покрытий, междуэтажных перекрытий, рабочих площадок платформ.

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.

Выбор материалов по виду древесины и размерам ↑

При возведении частного дома, когда сооружается межэтажное перекрытие по деревянным балкам своими руками, успех дела во многом зависит от правильности выбора строительного материала. Брусы, являющиеся опорой всей конструкции, не только воспринимают собственный вес – на них давит масса настила, воздействуют эксплуатационные нагрузки.

Перекрытие в доме

Что учитывать при выборе пиломатериала ↑

Для таких целей рекомендуется выбирать древесину хвойных пород или лиственницы, так как такой материал обладает лучшей прочностью относительно древесины лиственных пород. Бруски, доски либо бревна должны быть сухими – допускается влажность, не превышающая 14%. Обычно такую влажность пиломатериал приобретает за год при создании правильных условий хранения.

Замер влажности древесины

У балок не должно быть большое количество сучков, желательно отбраковывать лес, имеющий ярко выраженные косослой либо свилеватость – волокна должны располагаться вдоль бруса или доски. Хорошо, если была проведена обработка пиломатериала антисептиком и составом, повышающим огнестойкость древесины.

Косослой

Свилеватость

Подбор брусков или бревен по размерам ↑

В зависимости от того, где используются деревянные перекрытия, необходимо делать выбор брусков или досок по размерам сечения, от которого зависит надежность конструкции. Если строится межэтажная площадка, то к сечению предъявляются одни требования, а когда выполняется постройка чердака, толщина балок может быть меньше. Подбирая материал, можно руководствоваться таблицами, дающими возможность рассчитать сечение используемых досок, бревен или бруса.

Расчет сечения бруса в зависимости от длины пролета при ориентировочной нагрузке 350-400 кг/м²

Расчет диаметра бревна в зависимости от длины пролета при нагрузке в 400 кг/м²

Хотя можно не брать повышенное значение нагрузки на полы, если в помещении не планируется размещать большое количество мебели или других предметов интерьера. В этом случае поможет другая таблица, помогающая подбирать сечение балок, учитывая загруженность напольного покрытия в помещении.

Выбор сечения бруса в зависимости от нагрузки и ширины пролета

Подготовка брусков или досок к укладке ↑

Грамотно выбрав материал, приступают к монтажу межэтажного настила. Правильно сделанное деревянное перекрытие в доме обеспечивает крепость всего каркаса строения, а для этого необходимо точно отмерить длину балок и выверено их расположить.

Из подобранного по сечению материала подготавливаются брусы с точным размером, включающим расстояние «запаса», который будет играть роль опоры конструкции на несущие стены. Для опоры необходимо использовать не менее 10 см бруска, а в качестве опорной площадки обычно используют не менее 2/3 толщины стены.

Длина пролета, в котором укладывается перекрытие, для безопасности не должна составлять более 6 м. Идеальное перекрываемое расстояние должно соответствовать 4-5 м. Когда готовится проект дома, проектировщик старается расположить несущие конструкции из древесины таким образом, чтобы брусы располагались параллельно меньшей стороне помещения либо строения.

Рассчитывая шаг, с которым укладываются подготовленные бруски или доски, необходимо использовать данные, отраженные в СНиП Согласно этому документу, нужно руководствоваться следующими значениями допустимой суммарной нагрузки:

  • для межэтажных перекрытий, включая цокольные 350-400 кг/м²;
  • для не нагружаемого чердачного помещения 130-150 кг/м²;
  • для используемого чердачного помещения до 250 кг/м².
Читайте также:  Фундамент ребристая плавающая плита – конструкция

Расчет шага распределения брусков или досок

Чтобы правильно распределить слеги, можно использовать таблицу расчета шага, позволяющего сделать перекрытие второго этажа по деревянным балкам достаточно прочным.

Распределение балок под перекрытие

Как построить деревянный дом. Все документы

Фундамент деревянного дома

Гидроизоляция дома современными материалами Гидроизоляция фундамента дома из бревна «дедовским» способом Цоколь, забирка, отмостка Устройство подвала в доме из бревна Материалы и растворы для фундаментов и цоколей Свайные и плитные фундаменты Ленточные фундаменты под дом из бревна Фундаменты столбчатые: деревянные (стулья) и каменные Фундаменты столбчатые из ж/б столбов; технология ТИСЭ Подготовка участка под фундамент Расчет фундаментов деревянного дома

Стены деревянного дома

Общее представление о возведении стен из бревна Принцип рубки стен Рубка углов стен «в обло» или «в чашу» Рубка в «лапу» Стены из бруса Узлы соединений стен из бруса Брус профилированный и клееный Другие варианты угловых врубок Рубка оконных венцов Сруб из оцилиндрованных бревен Стены с вертикальными брусьями; из деревянных кирпичей Конопатные работы Укрепление длинных стен Постановка сруба на место Ремонт стен бревенчатых и брусчатых домов Перегородки в деревянном доме

Окна, двери, лестницы

Клееные конструкции окон Изготовление, установка оконных коробок Изготовление оконных переплетов Сборка окон на винтовых стяжках Изготовление простых щитовых дверей Изготовление филенчатых дверей Дверная коробка, обналичка дверей Крыльцо деревянного дома Терраса деревянного дома Веранда, балкон деревянного дома Основные требования по возведению лестниц Приемы сборки деревянных лестниц Сборка деревянной лестницы

Крыша, кровля

Расчет уклона крыши дома Варианты стропил Соединение стропил Расчет стропил; деревянные карнизы Требования к обрешетке Глиносоломенная (глинокамышовая) кровля Кровля из щепы Кровля из теса в деревянном доме Кровля из шифера (волнистых асбестоцементных листов) Требования к дымоходам

Инструменты, приемы работ

Основной плотницкий инструмент и подготовка его к работе Крепление, перерубка и отеска бревен; врубка в полдерева Разметка бруса; выборка четверти, пазов в бревнах Приемы наращивания, сращивания и соединения бревен Пиление, строгание, сверление Верстак; склеивание древесины

Ещё

Заготовка, хранение и антисептирование лесоматериалов Фанера, разные древесные плиты Обрезные пиломатериалы из 1м3 бревен; как распилить бревно Выбор бревна; как определить объем одного бревна Свойства древесины – что стоит учесть О древесине и ее породах в строительстве деревянного дома Как устроить теплоизоляцию деревянного дома Особенности участка: грунт и уровень грунтовых вод Какой дом комфортнее: большой или маленький Влияние климатической зоны и поры года на строительство дома Чем руководствоваться при планировке дома

От чего зависит прочность перекрытия?

Основные параметры, которые влияют на качество перекрытия, зависят от свойств материала, технических параметров и условий эксплуатации.

Свойства древесных материалов:

  • Вид дерева. Популярными породами для употребления в жилом строительстве считают сосну, ель, лиственницу. Иногда используют дуб, березу, осину, а также комбинированные материалы.
  • Сорт. Определяют три сорта древесины, которые нумеруют 1 (самый лучший), 2 и 3. Сорт определяется предельным количеством сучков на древесине, изгиб балок, в том числе здоровых и прогнивших, количеством, глубиной и длиной трещин, другими пороками дерева. Детальные требования к древесине определяются стандартами, нормами, правилами (СНиП II-25-80, СП и другими).

Каждый материал имеет свои характеристики прочности и прогиба, которые зависят от технических показателей, описанных ниже. Некоторые породы более легкие, другие — более стойкие к влаге.

Например, хвойные породы имеют лучшее сопротивление влаге. Первый сорт древесины отличается лучшим качеством, отсутствием изъянов, но он соответственно дороже.

Технические показатели:

  • Тип балки. Определяют такие типы, как прямоугольный брус, круглые бревна, балки,. склеенные из досок или из шпона LVL.
  • Длина пролета. Обычно балочный пролет для частных жилых домов составляет не более 6 метров. Важно помнить, что этот показатель отличается от длины самой балки, которая должна также захватывать опорные участки на стенах или других опорах.
  • Высота и ширина балки. Для бруса, другой прямоугольной балки эти показатели могут быть одинаковыми или отличаться. Чем больше их высота, тем больше жесткость и меньше они прогибаются. В случае с бревнами в расчет берется диаметр или средний диаметр бревна. При выборе этих параметров учитывают также особенности и простоту изготовления, транспортировки, монтажа балок.
  • Шаг балок. Это расстояние между двумя соседними балками в перекрытии. Чем ближе балки, тем выше их расход балок, прочность перекрытия, но уменьшается прогиб и максимальная нагрузка.
  • Нагрузка на площади и сосредоточенная нагрузка, которые определяются стандартами и зависят от типа помещений, количества жильцов или работников, типа, количества мебели или оборудования в них и прочих особенностей их использования.
  • Тип перекрытия. Имеются в виду междуэтажные перекрытия с повышенными требованиями относительного прогиба, который составляет 1/250; чердачные перекрытия, требования к которым ниже — 1/200; покрытия и настилы, относительный прогиб которых составляет 1/150.

Последние 3 пункта также определяются как условия эксплуатации деревянного перекрытия, которые зависят непосредственно от особенностей строительства.

Балки перекрытия: сечение и шаг

Когда значение длины балок известно и проведены расчеты общей нагрузки, то можно определить требуемое сечение этой детали и шаг монтажа, который должен использоваться.

Читайте также:  Монолитное перекрытие по профнастилу: инструкция по монтажу

При расчете деревянных балок перекрытия учитывается, что оптимальным вариантом сечения является прямоугольное. Высота и ширина должны иметь соотношение 1,4:1.

Ширина балок варьируется от 4 см до 20, а высота от 10см до 30. Высоту стараются выбрать такую, чтобы было удобно укладывать утеплитель.

На сечение балок деревянного перекрытия влияет и такой показатель, как шаг, с которым они укладываются. Обычно шаг балок деревянного перекрытия находится в диапазоне от 60 см до 1м. но может изменяться в меньшую сторону до 30 см и в большую до 1,2 м. Иногда шаг подбирают по ширине плиты теплоизоляционного материала. В каркасных постройках его привязывают к шагу каркасных стоек для обеспечения максимальной жесткости.

Для проверки и расчетов подходят онлайн-калькуляторы, которые широко представлены в интернете.

Расчет необходимого сечения в зависимости от длины пролета и нагрузок, шага укладки

Количество балок, их размеры, шаг установки зависят непосредственно от площади помещения и предполагаемых нагрузок. Большинство экспертов считают, что оптимальной нагрузкой на перекрытия является 0,4 тонны на один квадратный метр площади (‬400‭ ‬кг/м2). В эту нагрузку включают вес самой балки, массу чернового и финишного покрытия пола сверху и потолка снизу, утепления, коммуникаций, а также мебель и людей.

СоветЛучшим сечением для прямоугольных деревянных балок считается с соотношением высоты к ширине 1,4 : 1.

Сечение зависит и от того, из какой древесины делаются перекрытия. Сейчас приведем средние рекомендуемые значения при шаге укладки в 60 см:

  • Если пролет составляет 2 метра, то минимальное сечение должно быть 7,5 на 10 см.
  • При длине пролета в 2 с половиной метра балка должна иметь размеры 7,5 на 15 см.
  • Если пролет трехметровый, то принято использовать балки 7,5 на 20 см.
  • При длине балки в 4 и 4,5 м принято использовать их с сечением 10 на 20 см.
  • Для постройки пятиметрового перекрытия используются перекладины с сечением 125 на 200 мм.
  • Шестиметровое перекрытие делается из балок размером 15 на 20 см.

Если шаг увеличивается, то следует увеличивать и величину сечения балки.

Приведем таблицу сечений деревянных балок перекрытия в зависимости от пролёта и шага установки, при нагрузке 400 кг/м2:

 пролёт (м)/ шаг установки (м)

2,0

2,5

3,0

4,0

4,5

5,0

6,0

0,6 75х100 75х150 75х200 100х200 100х200 125х200 150х225
1,0 75х150 100х150 100х175 125х200 150х200 150х225 175х250

Если не планируется нагружать перекрытия (в случае нежилого чердака для хранения легких вещей), то допустимы меньшие значения нагрузок от 150 до 350 кг/м2. Вот значения для шага установки 60 см:

Нагрузки, кг/пог. м Сечение балок при длине пролета, м
3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
150 50х140 50х160 60х180 80х180 80х200 100х200 100х220
200 50х160 50х180 70х180 70х200 100х200 120х220 140х220
250 60х160 60х180 70х200 100х200 120х200 140х220 160х220
350 70х160 70х180 80х200 100х220 120х220 160х220 200х220

В сети можно найти найти онлайн-калькуляторы для расчета несущей способности деревянных балок. Приведу ссылку на один из них:

Также, например, можно одну балку сечением 100х200 заменить двумя досками 50х200, сшитыми между собой болтами или гвоздями через каждый метр. Делают это по разным причинам:

  • нет в продаже балок с требуемым сечением;
  • доски с меньшим сечением весят легче, поэтому их можно поднять на верх в одиночку, и уже там скрепить.

Применение деревянных ферм, достоинства и недостатки

Фермы перекрытий, выполненные из дерева, выглядят, как два параллельно находящиеся друг над другом бревна или бруска, которые соединены между собой опорами, находящимися по отношению к этим бревнам или брускам под углом или вертикально. Основная задача, которую решают фермы — это перекрытие длинных пролетов, если монтаж дополнительных опорных стоек невозможен.

Для изготовления ферм применяются разработанные таблицы и программы, где учитываются тип соединений, шаг монтажа, сечение деталей конструкции и ее общие габариты. Зачастую, фермы изготавливаются промышленным способом с применением высокоточного оборудования. Наряду с этим, можно изготовить ферму своими руками.

Деревянные стропильные фермы

Сравнивая деревянные балки и фермы перекрытий можно определить достоинства и недостатки, которыми обладают фермы. К преимуществам можно отнести:

  • способность накрыть пролет значительного размера без дополнительных опорных стоек;
  • незначительную массу, что влечет за собой небольшую нагрузку на несущие элементы здания;
  • высокая прочность и неподатливость к прогибам, что влечет за собой длительную эксплуатацию подшивочного и напольного материалов;
  • простота монтажа на любые несущие элементы здания, независимо от материала, из которого они изготовлены;
  • возможность изменять ширину шага укладки фермы;
  • возможность монтажа внутренних коммуникационных линий;
  • прекрасная звуковая изоляция;
  • красиво выполненные фермы можно не зашивать и использовать как элемент декора.

Деревянные фермы могут послужить оригинальным декоративным элементом

Кроме достоинств, фермы обладают некоторыми недостатками, к которым можно отнести следующие:

  • за счет конструктивных особенностей, значительно увеличивается толщина межэтажных перекрытий;
  • значительные трудозатраты при изготовлении фермы своими руками, необходимость наличия специального оборудования;
  • высокая цена на готовую конструкцию.

Проектирование деревянной ферм

Стены и перекрытия – основные элементы любого строительства.

Назначение перекрытия – разделять этажи в доме, а также нести и распределять нагрузку от расположенных вверху составляющих – стен, крыши, коммуникаций, мебели, деталей интерьера.

Можно выделить несколько видов перекрытия: металлическое, железобетонное и деревянное.

Более подробно остановимся на деревянных перекрытиях, поскольку именно они получили наибольшее распространение в частном строительстве.

Деревянное балочное перекрытие обладает преимуществами и недостатками

Читайте также:  Монтаж плит перекрытия или как создать надежный каркас дома?

Плюсы:

  • красивый внешний вид;
  • малый вес дерева;
  • ремонтопригодность;
  • высокая скорость монтажа.

Минусы:

  • без специальной защитной пропитки горючи;
  • низкая прочность по сравнению с железобетонными или металлическими балками;
  • подвержены воздействию влаги, грибка и живых организмов;
  • могут деформироваться от перепадов температур.

Материал для деревянных балок перекрытия должен обладать определенными свойствами и соответствовать требованиям:

  • прочность. Материал перекрытия должен выдерживать возможные нагрузки. Следует учитывать воздействие как постоянных нагрузок, так и переменных;
  • жесткость. Означает способность материала сопротивляться изгибу;
  • звуко- и теплоизоляция;
  • пожарная безопасность.

Определение нагрузки

Размер бруса для перекрытия между этажами определяется той нагрузкой, которую конструкцию должна выдержать. Одно дело – необитаемый чердак, выполняющий роль воздушной прослойки между крышей и жильем, и совсем другое – мансарда, где совокупный вес мебели, людей, бытовой техники и утепления может достигать значительных величин.

Общая нагрузка составляет сумму массы всех объектом и вес самой конструкции.

Для нежилого чердака расчет будет приблизительно таким:

  • если помещение не используется в качестве склада, а в теплоизолятор применялся легкий – минеральная или базальтовая вата, пенополистирол, то собственная нагрузка принимается за 50 кг/кв. м;
  • по СНиП стандартная нагрузка во время эксплуатации нежилого чердачного помещения составляет 70*1.3=90 кг/кв. м, с учетом коэффициента запаса;
  • соответственно, общая нагрузка вычисляется как 50+90=130 кг/кв. м. На практике величину тут же увеличивают до 150, чтобы обеспечить запас прочности.

Если на чердаке складывают и хранят старые вещи, вплоть до мебели, если используется тяжелый утеплитель, и также при облицовке потолка тяжелым отделочным материалом, эксплуатационную нагрузку увеличивают до 150.

  • Соответственно: 50+150*1,3=245 кг/кв. м.

Сделать межэтажные перекрытия в доме из бруса рекомендуется и в тех случаях, когда второй этаж представляет собой жилую мансарду. Однако при вычислениях необходимо учитывать вес мебели, пола на втором этаже, перегородок, если таковые будут, и совокупный вес постоянных обитателей.

Если второй этаж состоит из жилых, отапливаемых, активно используемых помещений, то общая нагрузка составит не менее 400 кг/кв. м. Определение сечения бруса как клееного, так и из массива, проводится исходя из полученных величин.

Укладка балок перекрытия

Укладка балок перекрытия происходит в несколько этапов. Убедившись, что балки надежно закреплены, приступают к установке так называемых черепных брусков. Бруски сечением 40××50 мм прибивают вдоль нижней части балки, а затем набивают доски наката (перекрытия, выполненного по балкам), закрывая все пространство. Чтобы избежать образования щелей, используйте шпунтованную доску с продольными пазами для соединения и фаской. Не стоит прибивать доски или щиты наката снизу бруска и балки. В этом случае их будут держать только вбитые гвозди без достаточного упора.

Особое внимание следует уделить отделке перекрытия. В качестве материала можно использовать деревянную вагонку или гипсокартонные панели. Для отделки потолочной части перекрытия монтируют каркас из деревянных реек (20×50 мм) или алюминиевых профилей. Если перекрытие междуэтажное, то перед установкой пола кладут лаги (их можно прибить прямо к балкам).

Еще один важный этап работ — укладка изоляции. Изоляция представляет собой слой керамзита, минеральной ваты или другого теплоизоляционного материала, настеленного по всей плоскости перекрытия равномерным слоем толщиной около 20 см. В междуэтажном перекрытии изоляция служит шумовым барьером, а в чердачном — утеплителем. Перед укладкой изоляции следует настелить слой плотной пленки или рубероида.

Готовое деревянное балочное перекрытие напоминает сэндвич с теплоизоляционным наполнителем, обшитый с двух сторон деревом и имеющий непрогибаемый стержень.

Расчет нагрузки, действующей на перекрытие.

Нагрузка собственного веса всех элементов перекрытия, среди которых балки перекрытия, зашивки, межбалочное заполнение и вес эксплуатационной нагрузки, включающей в себя вес мебели, других предметов и устройств, находящихся в помещении, вес людей составляют общую нагрузку, действующую по балкам перекрытия на само перекрытие. Рассчитать эту нагрузку довольно сложно, она выполняется специалистами и представляет собой громоздкие расчеты, выполняемые специалистами в процессе проектирования конструкции перекрытия. Однако, используя приведенный ниже упрощенный вариант, можно выполнить эти расчеты самостоятельно.

Деревянное перекрытие для чердака, в случае если на чердаке не складируются вещи или другие материалы, а утеплитель изготовлен из легких материалов постоянная нагрузка состоит только из собственного веса и составляет обычно 50 кг/м2.

Согласно СНиП эксплуатационная нагрузка составит в данном случае 90 кг/м2, включающая 70 кг/м2 – нормативное значение для этого вида чердака 1,3 – коэффициент запаса.

Сложив 50 кг/м2 и 90 кг/м2 получим общую расчетная нагрузка для указанного выше чердачного перекрытия, которая составит 140 кг/м2, а после округления 150 кг/м2.

Если же чердак планируется использовать для хранения вещей, в других целях, когда на перекрытие будет действовать большая нагрузка, или при изготовлении использовался тяжелый утеплитель и более тяжелые заполнитель и подшивка, нормативное значение нагрузки увеличится до 150 кг/м2, и, соответственно общую округленную нагрузку на чердачное перекрытие следует принимать за 250 кг/м2 (50+150х1,3 = 245 кг/м2). Когда чердачное помещение используется для проживания людей в качестве мансарды, общая расчетная нагрузка, с учетом веса полов, перегородок, мебели, дверей, увеличивается до 300-350 кг/м2. Однако, в данном случае нужно также учесть вес устанавливаемых при устройстве мансарды междуэтажных деревянных перекрытий, а временная нагрузка при эксплуатации состоит из большого количества мебели и людей, общая нагрузка должна приниматься за 350 – 400 кг/см2.