Традиционно в качестве балок перекрытия используются доски, брусья и металлопрокат. Эти материалы, кроме достоинств, имеют и существенные недостатки: большой вес и дороговизну, сложность монтажа. В Америке с середины пятидесятых годов для создания межэтажных и чердачных перекрытий применяются деревянные двутавровые балки, а с недавних пор и в нашей стране такая технология начинает пользоваться успехом. Что представляют собой двутавровые балки, какие у них реальные физические и эксплуатационные характеристики?
В отличие от традиционных деревянных балок двутавровые состоят из нескольких элементов, что дает определенные преимущества.
Цены на двутавровые балки
Двутавровые балки
За счет того, что полки разнесены далеко друг от друга, двутавр имеет очень большой момент инерции. Если использовать под балки традиционные квадратные брусья и двутавры с одинаковым сечением, то последний держит в семь раз большие усилия на изгиб, а деформация у него в тридцать раз меньше. Вывод – применение по время сборки нагруженных элементов зданий вместо брусьев двутавров позволяет минимум в семь раз уменьшать расход дорогостоящих пиломатериалов, дома стоят значительно дешевле и при этом по прочности намного превосходят традиционные.
К основным преимуществам можно отнести следующие характеристики.
- Прочность на изгиб вдоль оси.
Мы специально обратили внимание на направление изгибающего усилия, показатели прочности двутавровой балки очень неодинаковы. Максимальное усилие двутавры выдерживают только при определенном направлении изгибающего момента, это всегда надо помнить и учитывать при монтаже. Как только нарушится положение элемента или изменится направление усилия, конструкция резко теряет первоначальную прочность. При правильном положении верхняя полка двутавровой балки должна работать на сжатие, а нижняя на растяжение. Стенка держит лишь незначительные переменные напряжения.
- Стабильность геометрических размеров.
Деревянный двутавр изготавливается из реек и плиты ОСП, эти материалы соединены таким способом, что изменение размеров в результате колебания влажности невозможно. Плиты ОСП-3 влагоустойчивые и не реагируют на повешение влаги. Это позволяет им компенсировать незначительные колебания параметров реек из натурального дерева. Более дорогие деревянные двутавры изготавливаются из клееной древесины, что исключает даже теоретическую вероятность возникновения деформации. Еще одно преимущество двутавров объясняется законами сопротивления материалов. Такие сечения в тридцать раз устойчивее квадратных, что дает возможность конструкциям не менять геометрию во время эксплуатации.
- Оптимальное отношение веса к прочности.
Геометрический профиль двутавровых балок позволяет им выдерживать большие нагрузки на изгиб при минимальном весе. Площадь сечения балки примерно в семь раз меньше площади сечения квадрата, выдерживающего такие же нагрузки. За счет этого облегчаются монтажные работы перекрытий, уменьшается количество необходимых дорогостоящих пиломатериалов. Можно назвать еще один плюс – снижение нагрузок на несущие стены и фундаменты, но оно настолько незначительно, что во время расчетов игнорируется.
Использование двутавровых балок позволяет снизить нагрузки на стены и фундамент строения
- Технологичность использования.
Для монтажа двутавров нет необходимости использовать грузоподъемные механизмы и оборудование. Балки могут перекрывать пролеты длиной шесть метров, при этом никаких дополнительных подпорок не требуется, а прогиб не превышает допустимых значений.
Виды балок
Отечественная классификация отличается от общепринятой европейской только названиями, линейные и физические параметры почти одинаковые.
Таблица. Разновидности двутавровых деревянных балок
| Серия балки | Краткое описание |
|---|---|
| Европейский стандарт, стойка из плиты ОСП толщиной 10 мм. Общая высота двутавра 302 мм или 241 мм, полки размером 38×64 мм. | |
| Размер полок 64×38 мм, стойка из ОСП 3 толщиной 10 мм. За счет того, что ширина полки в два раза больше толщины, удается увеличить площадку для вбивания метизов при фиксации различных дополнительных элементов перекрытия. Эти полки можно использовать для облегчения монтажа утеплителей и инженерных систем: электрической проводки, кабелей и т. д. | |
| Высота балки 302 мм или 241 мм, толщина плиты ОСП 10 мм. Имеет увеличенные полки размером 89×38 мм, за счет чего возрастает фактическое сопротивление усилиям на изгиб. Двутавр изготавливается по европейским стандартам. | |
| Полки 38×64 мм, высота двутавра 302 мм и 241 мм. Рекомендуется применять для перекрытия небольших по длине пролетов, часто используются как дополнительные перемычки для увеличения жесткости конструкции и уменьшения размеров незаполненных пролетов. Аналог европейской серии NJ. Отличия – при изготовлении применяются не те клеящие составы, физические характеристики ОСП не в полной мере отвечают нормативным актам. | |
| По линейным размерам похожи на европейские балки NJH, размер полок 64×38 мм. Высота балки может быть 241 мм, 302 мм, 356 мм и 406 мм. Высота выбирается с учетом исходных данным по нагрузкам и типу утеплительных материалов. | |
| Полки 38×64 мм, высота 140. Стойка из ОСП толщиной 10 мм. Балки с небольшой высотой рекомендуется применять для сооружения внутренних межкомнатных перегородок. | |
| Высота 241 мм, 302 мм, 256 мм, 406 мм, 457 мм, полки 89×38 мм. Могут применяться не только во время строительства частных домов, но и больших по площади коммерческих или производственных помещений. | |
| Полки 89×38 мм, высота 140 мм. Легкая серия, чаще применяется как вертикальная стойка, может выдерживать значительные усилия на сжатие. |
На какие параметры обращать внимание при расчетах
Каждая двутавровая балка перекрытия может выдерживать определенную максимальную нагрузку. Во время проектирования специально предусматривается дополнительный запас прочности в пределах 40–50% — это позволяет полностью исключать вероятность появления аварийных ситуаций из-за грубых нарушений технологии строительства. Какие исходные данные нужны для расчетов?
Шаг двутавров принимается стандартным 60 см и согласуется с размерами из минеральной ваты. Из специальной таблицы архитекторы для расчетов используют осевой и статический момент инерции, для определения расстояния между балками учитывается радиус инерции. Прогиб вычисляется исходя из нормативной и расчетной нагрузки, длины перекрытия и расчетного сопротивления. При этом соблюдается обязательное условие, что прогиб деревянной двутавровой балки перекрытия не может превышать 1/250 ее длины.
Как изготовить двутавр своими руками
Сразу предупреждаем, что для выполнения таких работ надо иметь электрические деревообрабатывающие инструменты и солидный опыт плотника. Двутавровые балки – несущие элементы повышенной ответственности, любые отклонения между расчетными и фактическими параметрами становятся причиной очень серьезной ситуации – нарушение устойчивости . Мы рассмотрим самый простой вариант изготовления элементов, применять которые можно только на различных хозяйственных пристройках.
Предварительно подготовьте рабочее место. Понадобится длинный стол, его размеры должны отвечать параметрам изготавливаемых балок. Стол делайте из подручных материалов, главное чтобы поверхность была максимально ровной. К нему потом прибиваются специальные доски для соединения элементов балки в единую конструкцию.
Шаг 1. Подсчитайте количество и закупите необходимые пиломатериалы. Для балки надо иметь брус с размерами, соответствующими серии двутавра, плиту ОСП 3, столярный клей и небольшие гвоздики или специальные скобы. В упрошенном варианте клей не применяется, но опытные строители настоятельно рекомендуют не пропускать этот важный производственный этап. Это очень негативно отражается на показателях прочности бруса.
Шаг 2. Подготовьте рейки. Точно посередине следует вырезать канавку глубиной примерно 10 мм и шириной в соответствии с толщиной плиты. Промышленное производство предусматривает сложный профиль канавки, такой же вид придается и кромкам плиты ОСП. За счет этого существенно увеличивается сила сцепления полок со стойкой. Если у вас нет такого оборудования и набора фрез, то канавку можно делать прямоугольной. Соответственно, кромки плиты также не фрезеруются. Длина реек должна отвечать размерам пролета, ширина и высота выбирается в зависимости от предполагаемых нагрузок.
Практический совет. В связи с тем, что кустарно изготовленные двутавры могут иметь существенные отклонения по прочности на изгиб, увеличивайте их размеры минимум на 50%. Лучше пусть немного возрастет расход пиломатериалов, чем потом устранять сложные последствия обвала перекрытия.
Шаг 3. Обильно намажьте канавку столярным клеем. Можно использовать ПВА, он на практике показал неплохие свойства, с ним легко работать. Кроме того, по стоимости этот материал не оказывает большого влияния на общую цену самостоятельно изготовленных двутавров.
Шаг 4. Вставьте в паз подготовленный кусок плиты ОСП. Он должен входить с небольшим натяжением, добиться этого можно за счет уменьшения ширины канавки. Если у вас плита толщиной 10 мм, то для вырезания паза берите фрезу шириной не более 9 мм. Дело в том, что непрофессиональные станки невозможно точно отрегулировать, у них всегда будет биение. Как результат – девятимиллиметровая фреза будет давать канавку шириной 9,5–10 мм. В нашем случае это не проблема – плита будет прочно держаться в пазу.
Забивайте плиту через небольшой отрезок доски, в противном случае кромка начнет крошиться. Внимательно следите, чтобы ОСП входила по всей длине до упора, плоскости должны быть строго параллельными. Если длина ОСП недостаточна, то надо использовать два куска плиты. В месте соединения подбейте их в торец до плотной стыковки.
Шаг 5. Посадите на место вторую верхнюю рейку. Технология ничем не отличается от вышеописанной.
Шаг 6. Переверните двутавр набок и закрепите его в подготовленных шаблонах на столе. Расстояние между досками должно точно отвечать высоте двутавра, прибивайте их ровно по линии. Если двутавр немного не входит, то это значит, что рейки не до конца вошли в плиты, поправьте их положение, добейте элементы молотком.
Шаг 7. Закрепите скобами рейки и плиты, расстояние между креплениями примерно 20–25 см.
Шаг 8. Переверните двутавр обратной стороной, зафиксируйте его между досками и опять скрепите элементы скобами. Двутавр собран, теперь его надо аккуратно уложить на ровную площадку для полного высыхания клея. Желательно балки хранить под навесом.
Если в перекрытиях планируется прокладка коммуникаций, в балках предварительно высверливают отверстия соответствующего диаметра. После монтажа двутавров сделать это будет затруднительно, к тому же, есть риск нарушить конструкцию.
Цены на OSB (ориентированно-стружечные плиты)
OSB (ориентированно-стружечные плиты)
Правила фиксации двутавров на перекрытиях
Мы уже упоминали, что нарушения технологии изготовления и монтажа перемычек всегда имеет очень неприятные последствия, поэтому не нужно экспериментировать, соблюдайте проверенные временем правила. Балки перекрытия могут фиксироваться несколькими способами.
Внимательно проверяйте качество двутавров, это очень ответственные элементы. При превышении нагрузки простой брус вначале прогнется, а только потом трескается. Это позволяет вовремя заметить и устранить проблему. Двутавровая деревянная балка в таких ситуациях не прогибается, а сразу разрушается, последствия аварии могут быть трагическими. На что следует обращать внимание в первую очередь?
Цены на различные виды бруса
Заключение
Не бойтесь использовать современные строительные технологии, они дают возможность ставить долговечные и удобные дома при значительном уменьшении сметной стоимости. Двутавровые балки можно применять не только для перекрытия — их используют и при строительстве стропильной системы, несущих каркасов деревянных строений различного назначения и т. д.
Видео — Двутавровые балки перекрытия деревянные
К сожалению, отечественная строительная промышленность и технологии отстают от зарубежных на несколько десятилетий. То, что в развитых странах используется давно, для нас считается новинкой. Вы кратко узнали о физических характеристиках двутавровых балок, познакомились с технологией их изготовления и использования. Теперь следует воплощать свои знания в жизнь, начинайте с расчета стропильной системы, замените брусья двутавровыми балками перекрытия. Как делаются расчеты можно прочитать в статье .
В этой статье обсудим как выполнить расчёт перекрытия по деревянным балкам. Крепление лаг (деревянных балок) в этой статье мы рассматривать не будем, а сделаем акцент на расчёте.
Давайте рассмотрим виды конструкцию перекрытия по лагам (деревянным балкам).
Перекрытие над цоколем
Перекрытие цоколя деревянными балками выполняется следующим образом
Т.к. в данном случае нет возможности поводить работы под полом, то чтобы уложить черновой пол к лагам по бокам прибивается черепной брусок сечением 40х40 или 50х50 мм.
На черновой полу укладывается гидроизоляционная паропроницаемая мембрана. Необходимо отметить, что мембрана должна быть паропроницаема (нельзя укладывать пароизоляцию с 2-х сторон от утеплителя), иначе влага внутри пола не сможет выветриваться.
Далее укладывается утеплитель. В качестве утеплителя используется стекловата или минеральная вата из базальтового волокна. Толщина утеплителя подбирается по теплотехническому расчёту в зависимости от региона строительства. При этом она не должна быть не много меньше высоты лаг, чтобы пароизоляция имела небольшой провис. Поэтому если требуется уложить утеплитель толщиной 150 мм, то лага должна иметь высоту не менее 200 мм.
Поверх утеплителя укладывается пароизоляционная плетка.
Далее следует покрытие пола. Покрытием пола могут быть доски, уложенные на лаги; либо ковролин/линолеум, уложенный на листы OSB. В случае укладки плитки рекомендуется для жёсткости уложить ещё слой плиты ЦПС.
Перекрытие между этажами
Один из вариантов перекрытие по деревянным балкам между этажами выполняется представлен ниже:
Межэтажное перекрытие отделывается с 2-х сторон. Снизу непосредственно на лаги или через деревянную обрешётку закрепляется гипсокартонный лист, который впоследствии окрашивается. Обрешётка имеет шаг 400 мм и выполняется из бруска сечением 40х40 или 50х50 мм.
Между обрешёткой и балками перекрытия закрепляется пароизоляционная пленка.
Шаг и сечение деревянных балок подбирается по расчёту.
Между балками укладывается минеральная вата из базальта или стекловата, но служит она здесь не как теплоизоляция, а как звукоизоляция. Толщина при этом должна быть хотя бы 100 мм.
Поверх балок перекрытия крепиться OSB лист, толщина которого подбирается исходя из шага балок. Чтобы исключить скрип перекрытия при небольших деформациях между плитой OSB и балкой перекрытия укладывается резиново-пробковая подложка.
Выше идёт конструкция пола.
Перекрытие между этажами (звукоизолирующее)
Чтобы улучшить звукоизолирующие способности перекрытия применяют следующую конструкцию перекрытия:
В данном типе перекрытия пол верхнего этажа опирается на свою балку, а потолок нижнего этажа подвешивается на свою. Таким образом удаётся очень хорошо сократить шум.
Подбор дощатого настила или плиты OSB для пола
Толщина доски пола выбирается исходя из шага лаг по следующей таблице:
Толщина плиты OSB выбирается исходя из шага лаг по следующей таблице:
Расчёт деревянных балок
Расчёт конструкции балок начинаем со сбора нагрузок. Возьмем к примеру конструкцию межэтажного перекрытия. На перекрытие действуют 2-а типа нагрузок: постоянные нагрузки от веса самой конструкции и полезная временная длительная нагрузка (вес людей, мебели и т.д.).
Также нагрузки бывают нормативными и расчётными. Расчётные нагрузки учитываются при расчёте на 1-е предельное состояние (прочность). Нормативные нагрузки учитываются при расчёте на 2-е предельное состояние (деформации). Перевод нагрузок из нормативных в расчётные осуществляется умножением их на коэффициент надёжности по нагрузке. Далее мы рассмотрим эти нагрузки.
Расчёт осуществляется методом подбора, т.е. мы уже перед началом расчёта назначаем сечение балки и его шаг, а затем проверяем его несущую способность.
Я бы рекомендовал брать шаг балок равным таким образом, чтобы между балками чётко влезал утеплитель без подрезки – это даст экономию на минеральной вате т.к. будет меньше отходов на подрезку и монтировать балки будет удобнее. Минеральная вата имеет ширину 500 или 600 мм. К примеру, возьмём минеральную вату шириной 500 мм, а толщину доски примем 50 мм, т.е. шаг между балками будет 500+50=550 мм.
Расчётная схема для балок принята как однопролётная т.е. балки опираются на стены 2-мя концами, при этом промежуточные опоры отсутствуют.
Расчёт постоянных нагрузок
К постоянным нагрузкам относится вес перекрытия. Собираем вес всех составляющих перекрытия, а далее объединим их в таблице. Нагрузку вычисляем на 1 м.п. балки сечением 50х250 с шагом 550 мм при пролёте 5 м.
- Вес балки. Чтобы вычислить вес балки предварительно назначаем его сечение. Например, сечение балки принимаем 50х250. Объём древесины на 1 м.п. балки будет V=1*0.25*0.05=0.0125 м 3 . Плотность дерева отличается для разных пород и влажности. Для расчёта примем доску из сосны, плотность для неё при влажности 20% равно 520 кг/м 3 . Таким образом вес доски равен q=0.0125*520=6.5кг/м.п.
- Вес обрешётки. шаг обрешётки 400 мм, сечение 50х50 мм. Обрешётка даёт точечную нагрузку, но с равным шагом, поэтому её можно принять как равномерно-распределённую. Обрешётка расположена поперечно балке и вес, передаваемый на балку зависит от шага самих балок. При шаге расположения балок 550 мм объём дерева обрешётки равен V=0.55*0.05*0.05=0.001375 м 3 . Вес одной рейки обрешётки F=0.001375*520=0.715 кг. Шаг обрешётки равен 0,4м, поэтому равномерно-распределённая нагрузка от веса обрешётки равна q=0.715/0.4=1.7875кг/м.п.
- Вес пароизоляции не учитываем.
- Вес листа гипсокартона толщиной 9,5 мм – 9,5 кг/м 2 . При шаге балок 550 мм нагрузка на балку от веса гипсокартона: q=9.5*0.55=5.225кг/м.п.
- Вес минеральной ваты. Для расчёта примем толщину минеральной ваты 150 мм. Плотность минеральной ваты 50 кг/м 3 . Вес минеральной ваты при шаге балок 550 мм и шириной балки 50 мм будет равен: q=50*0.15*(0.55-0.05)=3.75кг/м.п.
- Вес листа OSB на полу. Для расчёта веса OSB определяем его толщину – для шага между балками 550 мм это будет лист толщиной 18 мм. Вес 1 м 2 по данным производителя 11.7 кг/м 2 . При шаге между балками 550 мм нагрузка от веса OSB будет равна q=11.7*0.55=6.435кг/м.п.
- Вес напольного покрытия. На деревянные балки можно уложить разное покрытие, даже керамическую плитку, но пирог будет отличаться, нагрузки будут разные и это нужно учесть на стадии расчёта балок. Легче всего будет покрытие из ковролина или ламината. Тяжелее всего будет керамическая плитка. Соответственно вы можете менять шаг или сечение балок в зависимости от веса покрытия.
Для ковролина нет необходимости что-то дополнительно устраивать, поэтому вес покрытия пола будет равен весу ковролина 0,6-1,2 кг/м 2 .
Перед укладкой ламината требуется дополнительно уложить плиту ЦПС или OSB толщиной 12 мм, вес с учётом ламината будет 16.2+7=23.2 кг/м 2 .
Для укладки плитки потребуется уложить слой гидроизоляции, сделать армированную стяжку толщиной не менее 5 см и уложить на стяжку плитку. Общий вес пирога будет около 140-150 кг/м 2 .
Как видим разброс слишком большой, чтобы принять какой-то из вариантов за основной. Для примера сделаем расчёт при укладке пола ламинатом. При шаге балок 600 мм нагрузка на балку будет q=23,2*0,55=12.76 кг/м.п.
Расчёт полезной нагрузки
Полезная нагрузка принимается исходя из назначения помещения по таблице 8.3 СП 20.13330.2016:
Таблица 8.3 СП 20.13330.2016
|
N п.п. | Помещения зданий и сооружений | Нормативные значения равномерно распределенных нагрузок P , кПа, не менее |
| 1 | Квартиры жилых зданий; спальные помещения детских дошкольных учреждений и школ-интернатов; жилые помещения домов отдыха и пансионатов, общежитий и гостиниц; палаты больниц и санаториев; террасы | 1,5 |
| 2 | Служебные помещения административного, инженерно-технического, научного персонала организаций и учреждений; офисы, классные помещения учреждений просвещения; бытовые помещения (гардеробные, душевые, умывальные, уборные) промышленных предприятий и общественных зданий и сооружений | 2,0 |
| 3 | Кабинеты и лаборатории учреждений здравоохранения, лаборатории учреждений просвещения, науки; помещения электронно-вычислительных машин; кухни общественных зданий; помещения учреждений бытового обслуживания населения (парикмахерские, ателье и т.п.); технические этажи жилых и общественных зданий высотой менее 75 м; подвальные помещения | 2,0 |
| 4 | Залы: | |
| а) читальные | 2,0 | |
| б) обеденные (в кафе, ресторанах, столовых и т.п.) | 3,0 | |
| в) собраний и совещаний, ожидания, зрительные и концертные, спортивные, фитнес-центры, бильярдные | 4,0 | |
| г) торговые, выставочные и экспозиционные | 4,0 | |
| 5 | (Исключен, Изм. N 1). | |
| 6 | Сцены зрелищных предприятий | 5,0 |
| 7 | Трибуны: | |
| а) с закрепленными сиденьями | 4,0 | |
| б) для стоящих зрителей | 5,0 | |
| 8 | Чердачные помещения | 0,7 |
| 9 | Покрытия на участках: | |
| а) с возможным скоплением людей (выходящих из производственных помещений, залов, аудиторий и т.п.) | 4,0 | |
| б) используемых для отдыха | 1,5 | |
| в) прочих | 0,7 | |
| 10 | Балконы (лоджии) с учетом нагрузки: | |
| а) полосовой равномерной на участке шириной 0,8 м вдоль ограждения балкона (лоджии) | 4,0 | |
| б) сплошной равномерной на площади балкона (лоджии), воздействие которой не благоприятнее, чем определяемое по 10, а | 2,0 | |
| 11 | Участки обслуживания и ремонта оборудования в производственных помещениях | 1,5 |
| 12 | Вестибюли, фойе, коридоры, лестницы (с относящимися к ним проходами), примыкающие к помещениям, указанным в позициях: | |
| а) 1, 2 и 3 | 3,0 | |
| б) 4, 5, 6 и 11 | 4,0 | |
| в) 7 | 5,0 | |
| 13 | Перроны вокзалов | 4,0 |
| 14 | Помещения для скота: | |
| а) мелкого | 2,0 | |
| б) крупного | 5,0 | |
|
Примечания
1 Нагрузки, указанные в поз.8, следует учитывать на площади, не занятой оборудованием и материалами. 2 Нагрузки, указанные в поз.9, не следует учитывать одновременно со снеговой нагрузкой. 3 Нагрузки, указанные в поз.10, следует учитывать при расчете несущих конструкций балконов (лоджий) и участков стен в местах защемления этих конструкций. При расчете нижележащих участков стен, фундаментов и оснований нагрузки на балконы (лоджии) следует принимать равными нагрузкам примыкающих основных помещений зданий и снижать их с учетом 8.2.4 и 8.2.5. 4 Нормативные значения нагрузок для зданий и помещений, указанных в позициях 3, 4, г , 6, 11 и 14, следует принимать по заданию на проектирование на основании технологических решений. |
||
При шаге балок 600 мм нагрузка на балку от полезной нагрузки будет 150*0,55=82,5 кг/м.п.
Сбор нагрузок:
Выше мы рассчитали нормативные нагрузки. Чтобы перевести нагрузки в расчётные их необходимо умножить на коэффициент надёжности по нагрузке согласно СП 20.13330.2016. Для деревянных конструкций коэффициент надёжности по нагрузке равен γ=1.1, для изоляционных и отделочных материалов, в том числе минеральной ваты и плит γ=1.3 (Таблица 7.1 СП 20.13330.2016), для равномерно-распределённой (полезной) коэффициент надёжности по нагрузке равен γ=1.3 (п.8.2.2 СП 20.13330.2016). Сбор нагрузок отразим в следующей таблице:
Расчёт на 1-е предельное состояние (на изгиб)
Расчёт на 1-е предельное состояние (расчёт на прочность конструкции), при обеспечении от потери устойчивости, производиться по расчётным нагрузкам согласно формулам 23 и 24 СП 64.13330.2017 Деревянные конструкции. Устойчивость балок обеспечивается закреплением сверху OSB плиты (обязательно необходимо закрепить сверху лист OSB, который закрепит балки от поперечного смещения). В случае если закрепление балок не производиться, то балку проверяют по формуле 30 СП 64.13330.2017.
Проверка изгибаемых элементов (балок) производится по формуле 23 СП 64.13330.2017:
где M – максимальный изгибающий момент, действующий на балку
Wрасч – расчётный момент сопротивления поперечного сечения
W расч – расчётный момент сопротивления поперечного сечения
R и – расчётное сопротивление изгибу
Расчёт максимального изгибающего момента:
Для однопролётной балки при равномерно-распределённой нагрузке эпюра изгибающего момента будет следующая:
Максимальный изгибающий момент равен:
M max =ql 2 /8=153*5 2 /8=478 кг*м
Расчётный момент сопротивления поперечного сечения для прямоугольного сечения вычисляется по формуле:
W=b*h 2 /6=0.05*0.25 2 /6=0.0005208 м 3
где b=0,05м – ширина балки, h=0,25м – высота балки в метрах.
Расчётное сопротивление изгибу древесины определяется по формуле 1 СП 64.13330.2017. Подробнее как определить расчётное сопротивление для деревянных конструкций читайте . В нашем случае R и =10,017 МПа
Проверяем балку по формуле 23 СП 64.13330.2017:
M=478 кг*м=4.78 кН*м
W=b*h 2 /6=0.05*0.25 2 /6=0.0005208 м 3
M/W=4.78/0.0005208=9179 кПа=9,2 МПа, что меньше максимально допустимой 10,017 Мпа
Таким образом сечение балки удовлетворяет условиям прочности по изгибу.
Расчёт на 1-е предельное состояние (на скалывание)
Проверка изгибаемых элементов на скалывание выполняется по формуле 24 СП 64.13330.2017:
где Q – расчётная поперечная сила, определяется по эпюре напряжений балки (см. ниже);
S’ бр — статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси, который равен произведению площади сдвигаемой части на расстояние от центра тяжести сдвигаемой части до нейтральной оси;
I бр — момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси;
b рас — расчетная ширина сечения элемента (для нашего примера b рас =0,05м);
R CK — расчетное сопротивление скалыванию при изгибе, определяемое по формуле 1 СП 64.13330.2017 (см. статью Определение расчётного сопротивления). В нашем случае R CK =1.28МПа
Для однопролётной балки при равномерно-распределённой нагрузке эпюра поперечной силы приведена выше. Максимальная поперечная сила равна:
Q=ql/2=153*5/2=382.5 кг
где q – расчётная равномерно-распределённая нагрузка на балку (см. сбор нагрузок);
l – длина пролёта балки (в нашем примере l=5м).
Для прямоугольно сечения статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси равен:
S’ бр =bh²/8=0.05*0.25²/8=0.00039 м 3
Момент инерции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси для прямоугольного сечения равен:
I бр =bh 3 /12=0.05*0.253/12=0.0000651 м 4
Расчёт на 2-е предельное состояние (по деформациям)
Максимально-допустимый прогиб для балки согласно строке 2. Таблицы Д.1 СП 64.20.13330.2016.
Максимальный вертикальный прогиб для балок длиной:
В нашем случае при l=5 м максимальный прогиб равен f=l/200=5000/200=25 мм
Прогиб для шарнирно-опёртой балки с нагружением равномерно-распределённой нагрузкой максимальный вертикальный прогиб вычисляется по формуле:
l – длина пролёта;
E – модуль упругости древесины, равный 10ГПа (для сосны 1-го сорта);
I x – момент инерции поперечного сечения, для прямоугольного сечения равен:
I X =bh 3 /12=0.05*0.253/12=0.0000651 м 4
В нашем примере расчёт будет следующим:
У деревянных перекрытий присутствует эффект «батута» т.е. пол как-бы пружинит, но деформации всё равно находятся в пределах нормы. Однако если вы хотите снизить деформации, то сделать это можно повысив момент сопротивления поперечного сечения I x . Наибольший вклад в него вносит высота сечения, поэтому при подборе балок необходимо прежде всего стараться выбрать балку наибольшей высоты.
Подбор балок легче выполнить в
Для удобства подбора балки сделал таблицу подбора балок перекрытия из сосны 1-го сорта, при устройстве покрытия пола из ламината:
| Шаг балок, мм | Сечение балки в мм при пролёте: | |||
| 3 м | 4 м | 5 м | 6 м | |
| 300 | 25х150 | 50х150 | 40х200 | 50х250 |
| 400 | 40х150 | 40х200 | 50х250 | 50х250 |
| 500 | 50х150 | 50х200 | 50х250 | 75х250 |
| 550 | 50х150 | 50х200 | 50х250 | — |
| 600 | 50х150 | 50х200 | 60х250 | 75х250 |
| 700 | 40х200 | 50х250 | 60х250 | 100х250 |
| 800 | 40х200 | 50х250 | 75х250 | 100х250 |
Чтобы перекрыть пролёт более 6-ти метров нужно воспользоваться специальными балками, выпускаемые заводами, например двутавровыми деревянными балками, которые имеют большую высоту сечения.
Posted in TaggedДля того, чтобы соорудить надежное деревянное перекрытие, необходимо правильно подобрать размеры балок, а для этого необходимо сделать их расчет. Деревянные балки перекрытия имеют следующие основные размеры: длину и сечение. Их длина определяется шириной пролета, который требуется перекрыть, а сечение зависит как от нагрузки, которая будет на них действовать, от длины пролета и шага установки, то есть расстояния между ними. В данной статье мы рассмотрим, как самостоятельно сделать такой расчет и правильно подобрать размеры балок.
Расчет балок деревянного перекрытия
Для того, чтобы определить какое количество деревянных балок и каких размеров потребуется для устройства перекрытия необходимо:
- замерить пролет, который они будут перекрывать;
- определиться со способами их закрепления на стенах (на какую глубину они будут заходить в стены);
- сделать расчет нагрузки, которая будет на них действовать при эксплуатации;
- с помощью таблиц или программы-калькулятора подобрать подходящие шаг и сечение.
Теперь рассмотрим, как это можно сделать.
Длина деревянных балок перекрытия
Необходимая длина балок перекрытия определяется размерами того пролета, который они будут перекрывать и запасом необходимым для заделывания их в стены. Длину пролета несложно замерить с помощью рулетки, а глубина заделывания в стены, во многом, зависит от их материала.
В домах со стенами из кирпича или блоков балки обычно заделываются в «гнезда» на глубину не менее 100 мм (доска) или 150 мм (брус). В деревянных домах их, как правило, укладываютс в специальные зарубки на глубину не меньше чем 70 мм. При использовании специального металлического крепления (хомутов, уголков, кронштейнов) длина балок будет равна пролету - расстоянию между противоположными стенами, на которых они крепятся. Иногда, при монтаже стропильных ног крыши непосредственно на деревянные балки, их выпускают наружу, за пределы стен на 30-50 см, формируя, таким образом, свес крыши.
Оптимальный пролет, которые могут перекрывать деревянные балки 2,5-4 м. Максимальная длина балки из обрезной доски или бруса, то есть пролет, который она может перекрывать - 6 м. При большей длине пролета (6-12 м) необходимо использовать современные деревянные балки из клееного бруса или двутавровые , а также можно опирать их на промежуточные опоры (стены, колонны). Кроме этого для перекрытия пролетов, длиной более 6 м, вместо балок можно использовать деревянные фермы .
Определение нагрузки, действующей на перекрытие
Нагрузка, действующая на перекрытие по деревянным балкам состоит из нагрузки от собственного веса элементов перекрытия (балок, межбалочного заполнения, зашивки) и постоянной или временной эксплуатационной нагрузки (мебели, различных бытовых устройств, материалов, вес людей). Она, как правило, зависит от вида перекрытия и условий его эксплуатации. Точный расчет таких нагрузок довольно громоздкий и выполняется специалистами при проектировании перекрытия, но при желании выполнить его самостоятельно, можно использовать упрощенный его вариант, приведенный ниже.
Для чердачного деревянного перекрытия , которое не используется для складирования вещей или материалов, с легкими утеплителем (минеральная вата или др.) и подшивкой постоянная нагрузка (от собственного веса - Рсобств.) обычно принимается в пределах 50 кг/м2.
Эксплуатационная нагрузка (Рэкспл.)для такого перекрытия (согласно СНиП 2.01.07-85) составит:
70х1,3 = 90 кг/м 2 , где 70 – нормативное значение нагрузки для такого вида чердака, кг/м2, 1,3 – коэффициент запаса.
Общая расчетная нагрузка, которая будет действовать на данное чердачное перекрытие составит:
Робщ.=Рсобств.+Рэкспл. = 50+90=130 кг\м 2 . Округляя в большую сторону принимаем 150 кг/м 2 .
В случае, если в конструкции чердачного помещения будет использоваться более тяжелый утеплитель, материал для межбалочного заполнения или подшивка, а также если предполагается его использовать для хранения вещей или материалов, то есть оно будет интенсивно эксплуатироваться, то нормативное значение нагрузки следует увеличить до 150 кг/м2. В этом случае, общая нагрузка на перекрытие составит:
50+150х1,3 = 245 кг/м 2 , округляем до 250 кг/м 2 .
При использовании чердачного пространства для устройства мансарды, необходимо учесть вес полов, перегородок, мебели. В этом случае общую расчетную нагрузку необходимо увеличить до 300-350 кг/м 2 .
В связи с тем, что междуэтажное деревянное перекрытие, как правило, включает в свою конструкцию полы, а временная эксплуатационная нагрузка включает в себя вес большого количества предметов быта и максимальное присутствие людей, то оно должно быть рассчитано на общую нагрузку 350 - 400 кг/м 2 .
Сечение и шаг балок деревянного перекрытия
Зная необходимую длину балок деревянного перекрытия (L) и определив общую расчетную нагрузку можно определить необходимое их сечение (или диаметр) и шаг укладки, которые связаны между собой. Считается, что лучшим является прямоугольное сечение балки деревянного перекрытия, с соотношением высоты (h) и ширины (s) как 1,4:1. Ширина балок, при этом, может быть в пределах 40-200 мм, а высота 100-300 мм. Высоту балок часто выбирают такой, чтобы она соответствовала необходимой толщине утеплителя. При использовании в качестве балок бревен их диаметр может быть в пределах 11-30 см.
В зависимости от вида и сечения используемого материала, шаг балок деревянного 
перекрытия может быть от 30 см до 1,2 м, но чаще всего он выбирается в пределах 0,6-1,0 м. Иногда его выбирают таким, чтобы он соответствовал размеру плит утеплителя, укладываемых в межбалочное пространство, или листов подшивки потолка. Кроме этого, в каркасных зданиях, желательно, чтобы шаг укладки балок соответствовал шагу стоек каркаса - в этом случае будет обеспечена наибольшая жесткость и надежность конструкции.
Сделать расчет или проверку уже выбранных размеров деревянных балок перекрытия можно по справочным таблицам (некоторые приведены ниже) или используя онлайн калькулятор "расчет деревянных балок перекрытия", который легко найти в интернете, «забив» соответствующий запрос в поисковике. При этом необходимо учесть, что относительный их прогиб для чердачных перекрытий не должен быть более 1/250, а для междуэтажных – 1/350.
Таблица 1
|
Шаг ,м \ Пролет ,м |
|||||
Таблица 2
Таблица 3
|
Шаг ,м/Пролет ,м |
|||||
Таблица 4
Среди множества конструктивных элементов частного дома перекрытие является одним из самых ответственных и сложных для проектирования, монтажа узлов. Именно тут неопытные строители допускают, пожалуй, наиболее опасные ошибки, именно по обустройству этой системы задаётся больше всего вопросов.
1. Почему стоит выбрать дерево
В любом здании перекрытие представляет собой горизонтальную конструкцию, которая выступает основой для создания пола. Кроме того, будучи перевязанным с несущими стенами дома, оно обеспечивает строению поперечную стабильность, равномерно распределяя возможные нагрузки. Поэтому к надёжности этой конструкции предъявляются самые высокие требования.
Вне зависимости от того, какой материал используется при строительстве дома, в частном секторе наибольшее распространение получили как раз деревянные перекрытия. Их часто можно увидеть в различных каменных коттеджах, и вполне очевидно, что в деревянном строительстве (бревно, брус , каркасная и каркасно-щитовая технология) такому решению - альтернативы не существует. Тому есть множество объективных причин. Рассмотрим достоинства и недостатки перекрытий из древесины.
В частном малоэтажном строительстве перекрытия монтируются в нескольких вариантах:
- Готовая железобетонная плита,
- Монолитная железобетонная плита,
- Готовые железобетонные балки,
- Балки и фермы из металлопроката,
- Перекрытие из пиломатериалов.
Плюсы
Или почему деревянные перекрытия так популярны.
- Небольшая масса. Применяя доску или брус, мы не перегружаем несущие стены и фундамент. Вес перекрытия в разы меньше, чем у бетонных или металлических конструкций. Обычно не требуется привлечение техники.
- Минимальные сроки выполнения работ. Минимальная трудоёмкость среди всех вариантов.
- Универсальность. Подходит для любых зданий, в любых условиях.
- Возможность монтажа при минусовых и очень высоких температурах.
- Отсутствие «мокрых» и грязных процессов.
- Возможность получения любого уровня теплоизоляционных и звукоизоляционных характеристик.
- Возможность использования полостей для прокладки инженерных коммуникаций (электросеть, отопление, водоснабжение, канализация, слаботочка…).
- Сравнительно невысокая цена сборного каркасного перекрытия из пиломатериалов, как по стоимости деталей/комплектующих, так и по оплате труда подрядчика.
Минусы
Минусы у деревянной перекрывающей системы из дерева довольно условны.
- Сложность выбора сечения материалов и конструктивных решений для обеспечения расчётной несущей способности.
- Необходимость выполнения дополнительных противопожарных мероприятий, а также обеспечения защиты от влаги и вредителей (антисептирование).
- Необходимость покупки звукоизолирующих материалов.
- Строгое соблюдение технологий во избежание строительных ошибок.
2. Какой материал использовать для сборки
Деревянное перекрытие - всегда состоит из балок. Вот только сделанными они могут быть из самых разных пиломатериалов:
- Бревно оцилиндрованное до 30 см в диаметре.
- Брус четырёхкантный.
- Доска большого сечения (толщиной от 50 мм, шириной до 300 мм).
- Несколько досок относительно небольшой толщины, скрученных пластями друг к другу.
- Двутавровые балки, верхний и нижний пояс которых выполнен из обрезной строганной доски/бруска, а вертикальная стенка - из OSB-3, фанеры или профилированного металла (деревянно-металлическое изделие).
- Замкнутые короба из листовых материалов (фанера , ОСП).
- СИП-панель. По сути, это - отдельные секции, в которых балки уже обшиты и имеют внутри изолятор.
- Различной конструкции фермы, позволяющие перекрывать большие пролёты.
Наиболее простыми для монтажа, а также наиболее дешёвыми и удобными для выполнения последующих операций считаются варианты, когда балки перекрытия выполнены из обрезных пиломатериалов.
Ввиду очень высоких требований, предъявляемых к несущим способностям, долговечности и геометрическим отклонениям, в качестве заготовок необходимо рассматривать пиломатериал первого сорта. Возможно применение изделий, относящихся ко второму сорту по ГОСТ, которые не имеют критичных геометрических отклонений, пороков и дефектов обработки, способных снижать прочностные характеристики и срок службы готовых деталей (сквозные сучки, свилеватоть, косослои, глубокие протяжённые трещины…).
В данных конструкциях исключено применение мёртвой древесины (сухостой, валежник, горельник) из-за недостаточной прочности и множественных поражений разрушающими древесину болезнями и насекомыми. Также большой ошибкой будет купить брус или доску «с воздухом», «с армянским размером», «ТУ» - ввиду заниженных сечений.
Это должен быть исключительно здоровый материал из зелёной ели или сосны, так как хвоя ввиду своей смолистости и строения массива намного лучше переносит изгибающие нагрузки и сдавливание, нежели большинство лиственных пород, причём имея относительно невысокую удельную массу.
В любом случае обрезной пиломатериал должен быть освобождён от остатков коры и лубовых волокон, обработан антисептиком и антипиреном. Лучше всего тут покажет себя сухая строганная пилопродукция, но материал естественной влажности (до 20 процентов) при нормальной обработке тоже активно (а главное - результативно) используют, тем более что цена обрезного бруса или доски такого типа заметно ниже.
3. Как выбрать размер балок и с каким шагом их расставить
Длина балки рассчитывается таким образом, чтобы она перекрывала имеющийся пролёт и имела «запас» для обеспечения опоры на несущие стены (о конкретных цифрах допустимых пролётов и захода в стену читайте ниже).
Сечение доски/бруса определяется в зависимости от расчётных нагрузок, которые будут оказываться на перекрытие в процессе эксплуатации здания. Нагрузки эти разделяют на:
- Постоянные.
- Временные.
К временным нагрузкам в жилом доме относят вес людей и животных, которые могут передвигаться по перекрытию, перемещаемых объектов. К постоянным нагрузкам относят массу самих пиломатериалов конструкции (балки, лаги), заполнения перекрытия (утеплитель/шумозащита, изоляционные полотна), подшива (накат), черновых и чистовых настилов, финишного напольного покрытия, перегородок, а также встроенных коммуникаций, мебели, оборудования и предметов обихода...
Также не стоит упускать из виду возможность складирования предметов и материалов, например, при определении несущих способностей перекрытий нежилого холодного чердака, где могут храниться ненужные, редко используемые вещи.
В качестве отправной точки берётся сумма постоянных и временных нагрузок, и к ней обычно применяется коэффициент надёжности 1,3. Точные цифры (в том числе сечение пиломатериалов) должны определять специалисты согласно положениям СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», но практика показывает, что значения нагрузок в частных домах с деревянными балками получаются примерно идентичными:
- Для межэтажных (в том числе под жилой мансардой) и цокольных перекрытий суммарная нагрузка составляет порядка 350 - 400 кг/м2, где доля собственного веса конструкции составляет около 100 килограмм.
- Для перекрытия ненагружаемого чердака - около 130 - 150 кг/м2.
- Для перекрытия нагружаемого нежилого чердака до 250 кг/м2.
Очевидно, что безусловная безопасность ставится во главу угла. Тут учтён хороший запас и рассматривается вариант не столько распределённых нагрузок на всё перекрытие (в таких количествах они практически нереальны), сколько возможность локальной нагрузки, способной привести к прогибам, вызвавшим в свою очередь:
- физиологический дискомфорт жильцов,
- разрушения узлов и материалов,
- потерю конструкцией эстетических свойств.
К слову, определённые значения прогибов допускаются нормативными документами. Для жилых помещений они могут составлять не более 1/350 части от длины пролёта (то есть 10 мм на 3-х метрах или 20 мм на шести метрах), но при условии, что выше перечисленные ограничивающие требования не нарушены.
При выборе сечения пиломатериалов для создания балки обычно руководствуются соотношением ширины и толщины бруса или доски в пределах 1/1,5 - 1/4. Конкретные цифры будут зависеть, прежде всего, от: нагрузок и длины пролётов. При самостоятельном проектировании можно воспользоваться данными, полученными на основании расчётов при помощи онлайн-калькуляторов или общедоступных таблиц.
Оптимальное усреднённое сечение балок деревянного перекрытия, мм
Как видим, чтобы увеличить несущие способности перекрытия - достаточно выбирать пиломатериал с большей шириной или большей толщиной. В том числе можно собирать балку из двух досок, но так, чтобы полученное изделие имело сечение не меньше расчётного. Нужно также отметить, что несущие свойства и стабильность деревянного перекрытия возрастают, если применять поверх балок лаги или различного рода черновые полы (листовые настилы из фанеры/ОСП или из обрезной доски).
Ещё одним способом улучшить силовые качества перекрытия из дерева - это уменьшить шаг расстановки балок. Инженеры в своих проектах частных домов определяют в разных условиях дистанцию между балками от 300 мм до полутора метров. В каркасном строительстве шаг балок ставят в зависимость от шага расстановки стоек, чтобы под балкой находилась стойка, а не просто прогон горизонтальной обвязки. Практика показывает, что наиболее целесообразными с точки зрения практичности и стоимости конструкции является шаг в 600 или 1000 мм, так как он лучше всего подходит для последующего монтажа утеплителей и шумоизоляции враспор (изоляционные материалы как раз имеют такой форм-фактор плит и рулонов). Такая дистанция также создаёт оптимальное расстояние между точками опоры для монтажа лаг пола, устанавливаемых перпендикулярно балок. Зависимость сечения от шага хорошо видно по цифрам таблицы.
Возможное сечение балок перекрытия при изменении шага (суммарная нагрузка на квадратный метр порядка 400 кг)
4. Как правильно устанавливать и закреплять балки
С шагом мы определились - от 60 сантиметров до метра будет золотой серединой. Что касается пролётов, то лучше всего ограничиться 6-ю метрами, в идеале: четыре-пять метров. Поэтому проектировщик всегда старается «положить» балки вдоль меньшей стороны дома/помещения. Если пролёты слишком велики (более 6 метров), то прибегают к установке несущих стен или опорных колон с ригелями внутри дома. Такой подход позволяет применить пиломатериалы меньшего сечения и увеличить шаг расстановки, снижая тем самым массу перекрытия и его стоимость для заказчика при тех же (или лучших) несущих характеристиках. Как вариант, создаются фермы из более лёгкого пиломатериала с применением металлических перфорированных крепежей, например, гвоздевых пластин.
В любом случае балки выставляют строго горизонтально, параллельно друг другу, с выдержкой одинакового шага. На несущие стены и прогоны деревянная балка должна опираться не менее чем на 10 сантиметров. Как правило, используют 2/3 толщины наружной стены со стороны помещения (чтобы торец балки не выходил на улицу и оставался защищённым от промерзания). В деревянных стенах делают врубку, в каменных - оставляют проёмы во время кладки. В местах касания балок несущих конструкций необходимо уложить изолирующие материалы: демпферные упругие прокладки из резины/войлока, несколько слоёв рубероида в качестве гидроизоляции и т.п. Иногда применяют обжиг скрываемых впоследствии участков балки или их обмазку битумными мастиками/праймерами.
В последнее время всё активнее для создания перекрытия используются специальные перфорированные кронштейны «держатели/опоры бруса», которые позволяют монтировать балку встык со стеной. При помощи данного типа кронштейнов также собирают узлы с поперечными ригелями и усечёнными по длине балками (проём для лестничного марша, проход дымохода и прочее). Достоинства такого решения очевидны:
- Получаемое Т-образное соединение очень надёжное.
- Работа выполняется быстро (врубки делать не приходится, выставлять единую плоскость намного проще).
- Мостиков холода по телу балок не образуется, ведь торец удаляется от улицы.
- Есть возможность купить пиломатериал меньшей длины, так как не нужно заводить брус/доску внутрь стены.
В любом случае очень важно после подгонки пиломатериалов по размеру тщательно антисептировать торец балки.
5. Какие изоляционные прослойки нужно использовать внутри деревянных перекрытий
Чтобы ответить на этот вопрос, прежде всего, следует разделить перекрывающие конструкции (в круглогодично обитаемом доме) на три отдельных типа:
- Цокольное перекрытие,
- Межэтажное,
- Чердачное.
В каждом конкретном случае набор пирога будет отличаться.
Межэтажные перекрытия в подавляющем большинстве случаев разделяют помещения, в которых температурный режим схожий или близкий по значению (если есть покомнатная/поэтажная/зонная регулировка отопительной системы). К таковым также стоит отнести чердачное перекрытие, которое отделяет жилую мансарду, так как это помещение отапливается, а утеплитель располагается внутри кровельного пирога. По этим причинам теплоизоляция тут не нужна, но очень актуальным становится вопрос борьбы с шумами, воздушными (голоса, музыка…) и ударными (шаги, перестановка мебели…). В качестве звукоизоляции в полости перекрытия укладываются акустические волокнистые материалы, созданные на основе минеральной ваты, а также под обшивки устилаются полотна звукоизоляционных мембран.
Цокольная конструкция предполагает, что под перекрытием находится грунт или подвал, погреб, цокольный этаж. Даже если внизу будет оборудовано эксплуатируемое помещение, то этот вид перекрытия нуждается в полноценном утеплении, свойственном ограждающим конструкциям конкретной климатической зоны и конкретного здания с его неповторимым тепловым балансом. Согласно нормам, в среднем для Московской области толщина современного утеплителя с хорошими показателями теплопроводности будет составлять порядка 150-200 мм.
Аналогичные требования по теплоизоляции предъявляются к чердачному перекрытию, над которым нет отапливаемой мансарды, ведь именно он будет главным барьером на пути тепловых потерь через крышу здания. Кстати, ввиду большего перетока тепла через верхнюю часть дома, толщина утеплителя тут может потребоваться больше, чем в других местах, например, 200 мм вместо 150-ти или 250 мм вместо 200-от.
Применяют пенопласт, ЭППС, минеральную вату плотностью от 35 кг/м3 в плитах или нарезанную матами из рулона (подходит та, что допускается к использованию в ненагружаемых горизонтальных конструкциях). Укладывают теплоизоляцию между балками, как правило, несколькими слоями, с перевязкой стыков. Нагрузка от утеплителя передаётся на балку через черновой подшив (часто он крепится к балкам посредством черепных брусков).
Там, где в конструкциях работает ваттный утеплитель/звукоизолятор, его следует защитить от увлажнения. В цокольном перекрытии влага может в виде испарений подниматься от грунта или из подвала/погреба. В межэтажные перекрытия и чердачные может попадать водяной пар, который всегда насыщает воздух жилых помещений в процессе бытовой деятельности человека. В обоих случаях снизу под утеплителем нужно простелить строительную пароизоляционную плёнку, которой может выступать обычный или армированный полиэтилен. Но, если теплоизоляция выполняется с помощью экструзионного пенополистирола, не имеющего сколько-нибудь значимого уровня водопоглощения, то пароизоляция не понадобится.
Сверху утеплители и волокнистые звукоизолирующие материалы защищают водонепроницаемыми полотнами, в качестве которых могут выступать мембраны или неперфорированная гидроизоляция.
Надёжный гидробарьер особенно актуален в помещениях с повышенной влажностью: кухня, прачечная, ванная комната… В таких местах его расстилают поверх балок, обязательно с перехлёстом полос на 100-150 мм и проклейкой шва. Полотна по всему периметру помещений в обязательном порядке заводят на стену - на высоту не менее чем 50 мм над финишным покрытием.
Перекрытие, которое в дальнейшем будет облицовано кафельной плиткой, есть смысл дополнять черновым настилом пола из водостойких листовых материалов - различного типа цементосодержащих плит, желательно шпунтованных. По такому сплошному настилу можно провести дополнительную обмазочную гидроизоляцию, выполнить тонкослойное выравнивание плоскости нивелирмассой или сразу укладывать плитку.
Можно избрать другой вариант - собрать из обрезной доски сплошной настил, уложить гидробарьер, залить тонкослойную стяжку (до 30 мм), смонтировать лпитку.
Существуют также современные клеевые составы (и эластичные затирки), позволяющие производить облицовку плиткой деревянных оснований, в том числе подвижных и нагреваемых. Поэтому часто тут реализуются кафельные полы по влагостойкой фанере или ОСБ.
Важно! Учитывая возрастающие нагрузки (общие или локальные - крупная ванна, чаша джакузи, напольный котёл…), расчёт сечения и шага балок под такими помещениями нужно выполнять индивидуально.
При желании, полы в санузле или на кухне деревянного дома можно укомплектовать греющим кабелем или трубами водяного контура отопительной системы. Их монтируют как в стяжках и слое плиточного клея, так и между лагами в заведомо созданной воздушной прослойке. При любом выбранном варианте перекрытие должно быть хорошо утеплённым, чтобы не греть потолок комнаты снизу, желательно укомплектованным гидроизоляцией с отражающим фольгированным слоем.
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
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.
Типы и виды деревянных перекрытий - классификация
1. По назначению
Основное требование к такому перекрытию – высокая прочность. Поскольку в данном случае, балки будут служить основой для перекрытия пола и соответственно,
должны выдерживать значительную нагрузку.
Совет. Если под первым этажом будет располагаться гараж или большой подвал лучше делать деревянное перекрытие по металлическим балкам. Поскольку деревянные подвержены гниению и не всегда могут выдержать значительную нагрузку. Или же уменьшить расстояние между балками.
Принцип конструктивного устройства может быть независимым или являться продолжением
крыши, т.е. частью стропильной системы. Первый вариант более рационален, т.к.
является ремонтопригодным, плюс, обеспечивает лучшую звукоизоляцию.
Конструктивная особенность заключается в эффекте два в одном – балки перекрытия между этажами с одной стороны являются лагами для пола, а с другой, опорами для потолка.
Пространство между ними заполняется тепло- и звукоизоляционными материалами, с
обязательным использованием пароизоляции. Пирог снизу обшивается гипсокартоном,
а сверху застилается половой доской.
2. По виду
Деревянные балки перекрытия также различаются между собой, и каждый вид имеет свои преимущества.
Цельные (цельномассивные) деревянные балки перекрытия
Для их изготовления применяется массив дерева твердых пород хвойных или лиственных деревьев.
Межэтажные перекрытия по деревянным балкам, могут быть выполнены цельными только при незначительной длине пролета (до 5 метров).
Клееные деревянные балки перекрытия
Снимают ограничение по длине, поскольку данная технология изготовления позволяет реализовать балки перекрытия большой длины.
За счет повышенной прочности деревянные клееные балки применяются в тех случаях, когда требуется выдержать повышенную нагрузку на перекрытие.
Преимущества клееных балок:
- высокая прочность;
- возможность перекрывать большие пролеты;
- легкость монтажа;
- незначительный вес;
- длительный срок службы;
- отсутствие деформации;
- пожарная безопасность.
Максимальная длина деревянной балки перекрытия такого вида достигает 20 метров погонных.
Поскольку клееные деревянные балки имеют гладкую поверхность, их часто не зашивают снизу, а оставляют открытыми, создавая в комнате стильный дизайн интерьера.
Сечение деревянных балок перекрытия
Как показывает практика, сечение балок деревянного перекрытия оказывает существенное влияние на способность балки выдерживать несущую нагрузку. Поэтому, необходимо предварительно выполнить расчет сечения деревянных балок перекрытия.
В деревянных домах в качестве межэтажных балок в декоративных целях может использоваться бревно.
Как правило используются для устройства чердачных перекрытий. Круглая балка отличаются высокой устойчивостью на изгиб (зависит от диаметра).
Максимальная длина деревянной балки перекрытия из оцилиндрованного бревна составляет 7, 5 м.п.
Могут быть изготовлены из массива дерева, или в сочетании ОСБ и фанеры. Активно используются в каркасном строительстве.
Преимущества деревянных двутавровых балок:
- точные размеры;
- возможность использования на длинных пролетах;
- исключена возможность деформирования;
- малый вес;
- уменьшение мостиков холода;
- возможность закрепить коммуникации;
- возможность монтажа своими руками без привлечения специальной техники;
- широкая сфера применения.
Недостатки:
- высокая стоимость;
- неудобны для утепления плитами.
Правильный подбор сечения деревянной балки должен быть включен в расчетный план, в противном случае, конструкция перекрытия окажется недостаточно или избыточно жесткой (лишняя статья расходов).
Материал подготовлен для сайта www.сайт
Расчет деревянного перекрытия
Расстояние между деревянными балками перекрытия определяется:
Во-первых, предполагаемыми нагрузками.
Нагрузка, в свою очередь может быть постоянной – вес перекрытия, вес перегородок между комнатами или вес стропильной системы.
А также переменной – она принимается равной 150 кг/м.кв. (Согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»). К переменным нагрузкам относят вес мебели, оборудования, находящихся в доме людей.
Совет. Поскольку учесть все возможные нагрузки затруднительно, следует проектировать перекрытие с запасом прочности. Профессионалы рекомендуют добавлять 30-40 %.
Во-вторых, жесткостью или нормативной величиной прогиба.
Для каждого вида материала ГОСТом устанавливаются свои пределы жесткости. Но формула для расчета одинакова – отношение абсолютной величины прогиба к длине балки. Значение жесткости для чердачных перекрытий не должно превышать 1/200, для междуэтажных 1/250.
На величину прогиба оказывает влияние и порода древесины, из которой изготовлена балка.
Расчет перекрытия по деревянным балкам
Предположим, что расстояние между деревянными балками составляет 1 м.п. Общая длина балки 4 м.п. А предполагаемая нагрузка составит 400 кг/м.кв.
Значит, наибольшая величина прогиба будет наблюдаться при нагрузке
Мmax = (q х l в кв.) / 8 = 400х4 в кв./8 = 800 кг м.кв.
Рассчитаем момент сопротивления древесины на прогиб по формуле:
Wтреб = Мmax / R. Для сосны этот показатель составит 800 / 142,71 = 0,56057 куб. м
R - сопротивление древесины, приведенное в СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011) «Деревянные конструкции» введенные в эксплуатацию в 2011 г.
В таблице приведено сопротивление лиственницы.
Если используется не сосна, тогда значение следует скорректировать на переходящий коэффициент (приведен в СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011)).
Если учесть предполагаемый срок службы строения, то полученное значение нужно скорректировать и на него.
Пример расчета балки показал, что сопротивление балки на прогиб может уменьшиться вдвое. Следовательно, нужно изменить ее сечение.
Расчёт деревянных балок перекрытия можно выполнить с применением выше приведенной формулы. Но можно использовать специально разработанный калькулятор расчета деревянных балок перекрытия. Он позволит учесть все моменты, не утруждая себя поиском данных и расчетом.
В-третьих, параметрами балки.
Длина деревянных балок перекрытия цельных может составлять не более 5 метров для междуэтажных перекрытий. Для чердачных перекрытий длина пролета может составлять 6 м.п.
Таблица деревянных балок перекрытия содержит данные для расчета подходящей высоты балок.
Толщина деревянных балок перекрытия рассчитывается исходя из предпосылки, что толщина балки должно быть не меньше 1/25 ее длины.
Например, балка длиной 5 м.п. должна иметь ширину 20 см. Если выдержать такой размер сложно, можно достичь нужной ширины путем набора более узких балок.
Следует знать:
Если балки сложить рядом они выдержат нагрузку в два раза
больше, а если сложить друг на друга - выдержат нагрузку в четыре раза больше.
Используя график, представленный на рисунке можно определить возможные параметры балки и нагрузку, которую она в силах вынести. Учтите, что данные графика пригодны для расчета однопролетной балки. Т.е. для того случая, когда балка лежит на двух опорах. Измеряя один из параметров можно получить желаемый результат. Обычно в качестве изменяемого параметра выступает шаг балок деревянного перекрытия.
Итогом наших расчетов станет составление чертежа, который будет служить наглядным пособием при работе.
Чтобы качественно и надежно осуществить своими руками перекрытие по деревянным балкам, чертеж должен содержать все расчетные данные.
Деревянные балки перекрытия – ГОСТы и СНиПы
Государственные стандарты регулируют все аспекты использования деревянных балок перекрытия вне зависимости от их вида или места использования.
Ниже представлена подборка наиболее важных документов по данной тематике.
Заключение
В данной статье вы ознакомились с факторами, оказывающими влияние на выбор материала для устройства деревянных балок перекрытия. А также научились определять сечение и выполнять расчёт деревянных балок перекрытия.
