Деревянные двутавровые балки перекрытия и стропильной системы

Плиты перекрытия предназначены для разделения здания на уровни (этажи). Если плиты расположены между этажами, то это перекрытие, если над последним этажом, то покрытие. Разница заключается только в несущей способности. К данным строительным конструкциям предъявляются повышенные требования к прочности и надежности, так как они являются основными несущими элементами и воспринимают нагрузку от всего этажа, включая полы, перегородки, оборудование, мебель и временные нагрузки.

Особенности изготовления двутавровой деревянной балки

  1. После подготовки брусьев в них делаются выпилы для последующей установки стойки. Она должна располагаться строго вертикально, поэтому особое внимание – точности разметки (ведется от продольной оси заготовок).
  2. Каждая плита перед использованием тщательно осматривается. Малейший дефект (а он скажется на несущей способности двутавровой балки) – причина для отбраковки. Кромки отобранных плит немного скашиваются, чтобы образцы лучше входили в пазы.
  3. Выпилы в брусьях промазываются клеящим составом; в нижний вставляется стойка, после чего накладывается верхний и прижимается.
  4. Сборка оставляется в таком положении до полного просыхания клея. Это время указывается в инструкции по применению состава.

Качественную стыковку всех элементов двутавровой балки можно обеспечить отрезками швеллера аналогичной длины. Они накладываются на бруски и стягиваются импровизированными хомутами (веревка, ремни с карабинами и тому подобное), до полного отвердевания клея. И только после этого деревянную балку-двутавр  можно использовать для обустройства перекрытия.

Процесс изготовления опор из древесины, как и выбор материалов, особых сложностей не представляет. Работа, выполненная своими руками, экономит и время, и деньги. Но это оправдано лишь в том случае, если расчеты нагрузок проведены на профессиональном уровне. Если нет полной уверенности, что это получится сделать самостоятельно, рисковать не стоит. Перекрытие – ответственная часть любой конструкции, и никакая экономия не может служить оправданием нарушению проектных параметров.

Технология производства и сферы применения

Для изготовления двутавровых балок, в соответствии со СНиП, используются хорошо просушенные брусья и ориентированно-стружечные плиты, называемые ОСБ или в латинской транскрипции OSB. Размеры сечения конструкции варьируются от 140 до 450 мм, выпускаются двутавры разной длины. Для изготовления применяется хвойное дерево, тщательно высушенное и отбракованное. Перекрытия по деревянным балкам получаются высокопрочные, сравнимые с железобетонными, и имеют длительный срок службы. Используются двутавры из дерева при проведении следующих работ:

  • cооружение перекрытия по деревянным балкам цоколей и между этажами дома;
  • строительство крыш – в стропильных системах;
  • строительство мансард;
  • сборка каркасного дома;
  • настил пола.

Двутавровые деревянные балки имеют особое специальное сечение в виде буквы «Н», положенной на бок. Как правило, они производятся на современном импортном оборудовании с использованием высокотехнологичных процессов и материалов. Сухой и проклеенный брус используется для изготовления поясов – верхней и нижней плоскости балки. Для перемычки, называемой стойкой, используется, как было упомянуто выше, прессованная плита ОСБ. Пропитанная специальным клеем ОСБ основа придает балкам огнеупорность и водооталкиваемость, в соответствии со СНиП. Настил пола отлично проводится с использованием двутавровых балок, а изделия для сборки домовых каркасов имеют высокое качество и не деформируются за весь срок службы. Деревянные конструкции не подвержены коррозии, в отличие от металлических аналогов. Подбор изделий необходимой конфигурации и длины, как правило, происходит во время заказа двутавровых балок у производителя. Завод-изготовитель проверяет соответствие изделий сертификации, СНиП и заявленным размерам.

Классификация монолитных плит перекрытия

Монолитное перекрытие бывает балочным, безбалочным и ребристым (кессонным).

Балочное перекрытие укладывают двумя способами, в зависимости от типа плиты: ребристая она или гладкая. Если плита ребристая, то балки укладывают перпендикулярно ребрам. Если гладкая, то для достижения большей жесткости балки укладывают перпендикулярно друг другу.

Используют два типа балок: главные (с большим диаметром сечения) и второстепенные (с меньшим диаметром). Балки делают стальными или монолитными. Монолитные балки, в свою очередь, могут иметь разные схемы устройства. Они могут быть уложены в несколько рядов или слоев. Иногда плиту дополнительно усиливают в месте балки дополнительной арматурной сеткой. Стальные балки подпирают само перекрытие или могут находиться в самой монолитной плите. Несущий элемент в балке — двутавр.

При устройстве безбалочного перекрытия используют колонны с капителями. Последние выполнены в виде перевернутой пирамиды. Сечение арматурных штырей 8−12 мм. Капители имеют выпуски штырей с двух сторон, которые входят в сами плиту и укрепляют конструкцию. Плиты имеют каркас в два слоя арматуры. В этом случае плиты имеют толщину от 1/35 до 1/30 длины пролета. В последнее время распространена технология одновременного бетонирования колонн и плит.

Читайте также:  Армопояс под мауэрлат в доме из газобетона

Кессонное перекрытие отличается от ребристого количеством направлений ребер: они располагаются в обоих направлениях. Преимущества такого устройства перекрытия в легкости конструкции и прочности на изгиб из-за сетки ребер. При строительстве широкого пролета на месте стыка колонны и перекрытия устанавливается дополнительное арматурное усиление. Штыри колонны проникают в полость опалубки. Кессонное устройство предполагает верхний ряд сплошной арматурной сетки. Диаметр сечения штырей 8 мм.

Виды металлических балок для перекрытий

Балка – представляет собой длинномерный элемент, длина которого значительно больше характерного размера для поперечного сечения. В составе строительных конструкций балка работает, главным образом, на изгиб, поэтому ее рекомендуется изготавливать с тонкостенным поперечным сечением. Наиболее востребованными являются балки двутаврового сечения, представляющие собой Н-образный профиль, который образован двумя параллельными полками и соединяющей их стенкой.

Рис.1 — Двутавровые балки на холодильнике прокатного стана

В строительстве используются балки перекрытия из различных материалов. Наиболее востребованным вариантом является сварной или катанный двутавр. Расчет металлических балок перекрытия ведется, исходя из количества опор, схемы опирания на стены и крепления к основанию, условий эксплуатации и других факторов. На основании расчета выбирается наиболее экономически приемлемый вариант балки.

При необходимости выполняется усиление металлических балок перекрытия. Такие мероприятия требуется проводить, если в процессе эксплуатации этот элемент подвергается горизонтальным нагрузкам, которые могут привести к снижению его характеристик и разрушению. Во избежание этого явления металлические балки усиливают одним из следующих способов:

  • применение накладок для увеличения сечения (рис. 2а, 2б);
  • обетонирование (рис 2в);
  • использование шпренгеля (рис. 2г);
  • применение распорных или натяжных устройств для регулировки напряжений (рис. 2 д, 2е);
  • использование дополнительных опор (рис 2 ж, 2з).

Рис. 2 — Методы усиления балок

В зависимости от метода изготовления выделяют следующие виды металлических балок перекрытия:

  • горячекатаные двутавры – наиболее дешевый и простой вариант, который предполагает использование серийно выпускаемого проката;
  • сварные, болтовые, клепаные балки – изготавливаются специализированными предприятиями и позволяют решать нестандартные строительные задачи.

Горячекатаные двутавровые металлические балки перекрытия

Основной объем используемого в строительстве двутавра изготавливается горячей прокаткой из непрерывнолитой заготовки. В зависимости от технологии производства и геометрических характеристик продукции выделяют несколько групп балок.

Двутавры с уклоном граней полок по ГОСТ 8239

Этот вид продукции отличается наличием уклона внутренних граней полок относительно внешних в пределах 6-12°. Такая продукция имеет следующие характеристики:

  • выпускаемые профили – от балки 10 до балки 60 (число обозначает высоту в сантиметрах);
  • ширина профиля – от 55 до 190 мм;
  • толщина стенки – от 4,5 до 12 мм;
  • толщина полок – от 7,2 до 17,8 мм.

В качестве балок перекрытий могут использоваться усиленные двутавры с уклоном полок по ГОСТ 19425, который изначально разрабатывались для изготовления подвесных путей и армирования шахтных стволов.

Рис.3 — Балка, имеющая уклон полок

Двутавры с параллельными гранями по ГОСТ 26020

В последнее время в строительстве отдается предпочтение более экономичным двутаврам, имеющим параллельные грани полок. Кроме указанного стандарта, такая продукция также производится по СТО АСЧМ 20-93 (имеет незначительное отличия по геометрии).

Характеристики нормальных двутавров:

  • выпускаемые профили – от балки 10Б1 до балки 100Б4 (число обозначает высоту в сантиметрах, буква «Б» — нормальный профиль, последняя цифра – номер типоразмера в группе с одинаковой высотой);
  • ширина профиля – от 55 до 320 мм;
  • толщина стенки – от 4,1 до 19,5 мм;
  • толщина полок – от 5,7 до 32,5 мм.

Характеристики широкополочных двутавровых балок:

  • выпускаемые профили – от балки 20Ш1 до балки 70Ш5 (Ш – широкополочный тип);
  • ширина профиля – от 150 до 320 мм;
  • толщина стенки – от 6,0 до 23,0 мм;
  • толщина полок – от 9,0 до 36,5 мм.

Характеристики колонных балок двутавровых:

  • выпускаемые профили – от балки 20К1 до балки 40К5 (К – колонный тип);
  • ширина профиля – от 200 до 400 мм;
  • толщина стенки – от 6,5 до 23,0 мм;
  • толщина полок – от 10,0 до 35,5 мм.

Рис.4 — Балка, имеющая параллельные полки

Сварные, болтовые и клепаные балки перекрытия

Такой вариант используется, когда размеры металлических балок перекрытия отличаются от стандартных или катаные двутавры не удовлетворяют расчетным условиям по общей устойчивости, жесткости либо прочности. Кроме того, предпочтение «сборным» балкам отдается в случае их большей экономичности или лучшего уровня эксплуатационных характеристик.

Чаще всего используется сварная балка, которую изготавливают путем сварки автоматом под флюсом. На предварительном этапе осуществляется раскрой, зачистка и правка металла, разделка кромок под сварку, а затем, непосредственно, процесс соединения элементов в единое целое. После сварки готовое изделие правится для устранения термических деформаций (грибовидности).

Читайте также:  Как разложить плиты перекрытия на плане

Таким образом можно получать не только стандартные типоразмеры, но и изделия переменного сечения, усиленные или бистальные двутавры.

Монолитные плиты перекрытия для гаража

Даже такие строительные конструкции, как плиты перекрытия можно изготовить своими руками. Давайте рассмотрим устройство перекрытия для гаража. Перекрывать мы будем пролет длинной 4300 мм, поэтому плиты будут изготавливаться 4500 мм. С каждой стороны плита будет опираться на кирпичную стену по 100 мм.

Материалы для изготовления плиты

Как сделать плиты перекрытия своими руками? Для изготовления плиты нам понадобится:

  • профнастил Н75/750 х 4500 мм, он будет использоваться в качестве съемной опалубки;
  • деревянные доски высотой 150 мм и толщиной 25 – 30 мм;
  • арматура диаметром 16 мм;
  • сетка с ячейкой 100х100 диаметром 5 мм;
  • стяжка диаметром 8 мм, 2 штуки на одну плиту;
  • бетон класса В20.

Процесс изготовления плиты своими руками

Лист профнастила укладывается жесткое основание. Под лист нужно уложить поперечины (деревянные доски, 4 шт). Устраиваем опалубку из досок по периметру листа.

Укладываем арматуру в каждый лоток листа (5 шт). Защитный слой бетона должен быть 25-30 мм. К этим же прутам арматуры крепим петли (4 шт) для транспортировки плиты (в нашем случае поднятия ее на высоту уровня перекрытия гаража). В верхней части плиты укладываем сетку, которая тоже должна быть защищена слоем бетона 30 мм.

Для того, чтобы лист профнастила хорошо отставал от бетона его нужно смазать маслом (отработкой) или же покрыть полиэтиленовой пленкой. Расход бетона на одну плиту будет 0.4 м3. Бетон готовится в гравитационной бетономешалке, заливается и утрамбовывается вибратором. Извлекать плиту можно только через 7 дней, когда бетон наберет 70% прочности.

Также возможен вариант устройства перекрытия прямо на стенах. Укладываются листы профнастила, выполняется армирование и устраивается опалубка. Бетон поднимается краном в бадье и заливается сплошным слоем. Под перекрытие нужно установить подпорки на время набора прочности бетона. Такой способ будет более затратным, так листы профнастила остаются в перекрытии.

Сколько стоит изготовить плиту перекрытия?

Сейчас посчитаем затраты на изготовления плит общей площадью 29 м2 и высотой 150 мм. Затраты на бетон — 335 $, цена профнастила Н75 – 400 $, арматура – 235 $, услуги крана 135 $. В итоге получаем сумму 970 $. Такая стоимость будет если изготавливать плиту прямо на гараже, то есть профнасти остается под бетонным перекрытием.

Если же плиты перекрытия своими руками делать на земле, то стоимость перекрытия будет несколько дешевле, убираем стоимость листов профнастила. Итого получится 705 $.

Крепление балки к кирпичной стене

Главным показателем прочности, долговечности, безопасности перекрытия на зданиях считается правильно выполненное опирание балки на кирпичную стену. Зачастую во время обустройства перегородки используют стальные балки либо опорные элементы из дерева. Монтаж важно выполнять с соблюдением всех правил. Чтобы конструкция была надежной, используются специальные крепления — стальные анкера.

Узел опирания

При опирании металлических балок перекрытия на кирпичные стены опорного предназначения сначала важно определиться с планом конструктивного обустройства расположения узлов.

Подбор методов формирования узлов зависит от показателя давления опоры, образующегося под концом перегородки.

Металлическая балка должна опираться на кирпичные стены через металлические либо железобетонные подушки распределения нагрузки.

Шарнирный узел опирания предусматривает обустройство перекладины прямо на основание из кирпича через 15-сантиметровую подушку цементно-песчаной массы. При этом максимальное давление под вмонтированным в стенку концом перегородки распределяется на стеновую основу через стальные опорные плиты, имеющие высоту 2 см.

Когда опорная нагрузка превышает 10 тонн, железобетонные перекрытия обустраивают распределительной подушкой, минимальная толщина которой 10 см. Кроме этого, проводится укрепление перекладины двойной армосеткой. Опирать несущую стальную балку на саму стену из кирпича в подобных условиях запрещено. При таком методе обустройства опорные узлы формируются жесткими.

Пустотные железобетонные плиты имеет смысл использовать, когда возводится многоэтажка.

Правильно выполненное минимальное опирание плиты перекрытия на кирпичную стену обеспечивает прочность, а также долговечность готовой конструкции.

При возведении многоэтажного здания между этажами проводится укладка пустотных железобетонных плит. Толщина плиты колеблется в пределах 16—33 мм, длина — 1,5—12 м.

В этом случае минимальная длина опирания торцевой части пустотной плиты на основание из кирпича равна 9 см. Для получения более точных данных производится расчет.

Разновидности перегородок

Перекрытие являет собой конструкцию. По предназначению оно бывает:

  • междуэтажное;
  • чердачное;
  • мансардное.

По конструктивным характеристикам различают 2 типа перекрытия:

  • Сборное. Его составляют продольные деревянные брусья и поперечные элементы.
  • Монолитное. Обустраивается с использованием монолитной плиты.

Если постройка возводится из такого камня, то перекрыть ее целесообразно деревом.

В кирпичном доме целесообразно устройство деревянного перекрытия, состоящее из прочных бревен двутавра или швеллера и досок. Чтобы опирание деревянной балки на кирпичную стену отвечало нормативам, рекомендуется соблюдать стандартные размеры экземпляров:

  • высота 15—30 см;
  • ширина — 10—25 см.

Чтобы продлить срок эксплуатации деревянных перекрытий, рекомендуется каждый брус по всей длине пропитать антисептиком и олифой.

Читайте также:  Изоспан для пола в деревянном доме: надежная пароизоляция

Перекрытия по металлическим балкам целесообразно использовать для усиления межэтажной горизонтальной конструкции в многоэтажном здании.

Монолитное перекрытие представляет собой железобетонную пустотелую плиту с ребристой поверхностью. Состоит такая плита из арматуры и бетона.

Размеры таких изделий стандартные, расчет межэтажного перекрытия должен учитывать общий вес конструкции, площадь готовой поверхности, расстояние между перекладинами.

Крепление

Данные элементы конструкции необходимо правильно закрепить в стене.

Чтобы здание получилось безопасным и крепким, важно определить минимальное опирание плит перекрытия на кирпичную стену. После этого проводится установка и заделка консольных балок в кирпичной кладке. Каждый брус устанавливается в заранее сформированное углубление, глубина которого — 150 мм.

Концы рекомендуется стесать под углом в 60 градусов, а затем обработать антисептическим средством и смолой, обернуть гидроизолирующим материалом. Далее брусья укладывают в стену, а получившийся зазор заполняют утеплителем. Оптимальное расстояние между балками — 650—1500 см. В качестве крепежных элементов опытные мастера строители советуют использовать стальные анкера.

Нарушение конструкции и последствия

Даже если сделать монтаж перегородок своими руками, это не гарантирует полного отсутствия дефектов. Чаще всего встречаются такие нарушения при обустройстве стропильных ферм и балок:

  • укладка балки на кирпичную стену без обустройства специальной подушки;
  • использование перекрытий с имеющимися видимыми дефектами;
  • неправильное выполнение соединения перегородки с основой.

Следствием таких нарушений монтажа является снижение несущих способностей опоры. В результате на кладке образуются трещины, а балки под нагрузкой начинают разрушаться. Конструкция становится аварийно опасной, поэтому дальнейшая ее эксплуатация невозможна. Важно помнить, что самостоятельная замена таких параметров, как диаметральный размер и количество брусьев, запрещена.

План плит перекрытий

Важным этапом составления схемы является расчёт количества плит. Показатель определяется как сумма площадей перекрытий и площадь одной плиты. При разделении может получиться нецелое значение, округление проводится в большую сторону.

При рассмотрении плана можно выбирать несколько типов перекрытий для разных этажей. Отличия часто закладываются в отношении помещений ниже планировочной отметки земли, но изменения можно вносить для каждого этажа по отдельности.

Лучше черчение схемы плана перекрытий отдать в руки профессионалу. Сами работы под силу новичку или неквалифицированному рабочему, но чертёж требует понимания свойств ЖБ плит и правильных расчётов. Любая ошибка может обернуться разрушением строения. Архитектор учтёт особенности здания и поможет определить лучший план.

Достоинства монолитного перекрытия, отличия от других типов

Среди значительных плюсов применения монолитного перекрытия при строительстве частного дома — возможность проведения работ без тяжелой техники, можно не привлекать подъемные краны или манипуляторы. Можно не привлекать и воспользоваться ручным трудом по замесу и подъёму бетона. Но, как правило, придётся использовать две вещи — авто-бетоносмеситель и бетононасос для доставки бетона в нужный заливаемый участок плиты.

Использование бетононасоса в устройстве монолитного перекрытия

С помощью монолита существует возможность перекрыть даже сложные с конструкционной точки зрения пространства, чего нельзя сказать о сборных железобетонных плитах. Если сравнивать монолит с перекрытием из дерева, то прочность будет далеко не на стороне последнего варианта. При невысокой толщине монолитного слоя он выдерживает практически все существенные нагрузки, и его прочность не поддается сомнению практически никогда. Огнестойкость монолит также имеет повышенную — к примеру, перекрытие второго этажа по деревянным балкам выдержит огонь 15 минут, монолитное — 65 минут и более.

Каркасный дом из двутавровых балок

Применение двутавров в домостроении позволяет в четыре раза увеличить прочную конструкцию стен, по сравнению с простыми каркасными строениями. В итоге здание, выстроенное по канадской технологии из этого материала, получается надежным и облегченным, а возведение дома – сравнительно недорогим и с сокращенными сроками.

Достоинства такого строения:

  • Ровные стены внутри и снаружи дома;
  • Увеличенная прочность и устойчивость остова;
  • Отсутствие прогиба, кручения и гниения перекрытия;
  • Длительный срок службы;
  • Сравнительно невысокая стоимость строительства здания из двутавровых балок.

К тому же при возведении каркаса дома можно незаметно установить в проемах изделия все коммуникационные магистрали и электропроводку.

Сборка двутавра

Два бруса к моменту сборки должны быть доработаны до оптимальных параметров, подходящих для монтажа стойки. Последняя утапливается в подготовленные пазы с двух сторон (верх и низ) и фиксируются на клеевую основу. Здесь важно ответить на вопрос о том, как сделать двутавровую деревянную балку своими руками с минимальным количеством зазоров и выступов? Что касается первого, то в принципе наличие пустот в местах сопряжения зависит от качества первичной обработки материала. Чем ровнее поверхности в пазах, тем выше вероятность плотного монтажа стойки. С выступами ситуация проще. С одной стороны, их можно подбить киянкой пока клей не высох, корректируя тем самым грани конструкции. Если же наличие выступа обуславливается ошибками в расчетах, то ситуация исправляется только абразивным крупнофракционным материалом с последующей чистовой шлифовкой.