47.Деревянные балки. Конструирование и основы расчета.

Перекрытие – очень важный конструктивный элемент любого здания, будь то частный дом или здание большого предприятия. Больше всего вопросов вызывает технология перекрытия. О том, как выполняется монтаж балок перекрытия, какие нюансы стоит при этом учитывать, мы и поговорим в данном материале.

Общая характеристика балок из дерева

При строительстве именно деревянные балки перекрытий считаются самым экономичным вариантом. Их монтаж не вызывает особых трудностей. Материал характеризуется низкой теплопроводностью, особенно по сравнению с железобетонными, стальными балками.

Общая характеристика балок из дерева

Конечно, есть у дерева и свои недостатки. Например, невысокая механическая прочность. Если металл поражает коррозия, то дерево – различные грибки и микроорганизмы. Вот почему перед установкой необходимо тщательно обрабатывать их различными антипиренами и антисептиками.

Некоторые правила конструирования деревянных балок

  • 1. Размеры балок из цельной древесины должны приниматься с учетом сортамента лесоматериалов и пиломатериалов (Приложение 4).
  • 2. В изгибаемых элементах не следует делать ослаблений (отверстий, пазов, подрезок) на кромках элемента.
  • 3. В изгибаемых элементах из цельной древесины допускается на опорах выполнять подрезку в растянутой зоне элемента глубиной а

    Рис. Подрезка на опоре балки: c2a

    6. Размеры клееных балок из досок назначаются в пределах: h = (V10-V12)/; h/b < 6; h/bn < 6; Ьст > bJ2- hn = C/6-‘/l0)h; hJbCT

    Рис. Обозначения, принятые при расчете клееных балок

    7. Клееные балки из досок могут выполняться с применением древесины двух сортов, при этом по краям сечений на участках высотой 0,15h располагаются более высокие сорта, по которым и назначают расчетное сопротивление /?и (рис. ).

    Рис. Распределение древесины по сортам в сечении клееных балок

    • [1] Запрещается глухая заделка концов балок в капитальные стены.
    • [2] Опирание балок на кирпичные, бетонные и т.п. стены следуетосуществлять через гидроизоляционные прокладки (два слоя толя,рубероида), а концевые участки балки антисептировать, включаяторцы балок.

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.

Как сделать межэтажные деревянные перекрытия в домах из кирпича и дерева

Перекрытия – это один из элементов возводимого дома, сильно влияющий на крепость постройки. В зависимости от материала они бывают деревянными и железобетонными (монолитными, сборными, сборно-монолитными). Для изготовления конструкционного элемента в частном малоэтажном строительстве часто выбирают деревянные бруски, доски или бревна, так как сооружение перекрытий из дерева отличается меньшей трудоемкостью при монтаже и его можно выполнять без специальных навыков.

Расчет балок перекрытия

В основу расчета сечения бруса, который послужит опорной балкой, заложено следующее правило: сечение опоры должно быть не меньше 1/25 его длины. Например, если длина бруса составляет 6 метров, то толщина его должна быть не менее 25 см. Форма помещения, над которым возводится перекрытие зачастую прямоугольной формы. Целесообразнее укладывать балки таким образом, чтобы длина их была наименее короткой. То есть опорой для их концов должны служить проемы в самых длинных стенах этого помещения. Например, если его размеры 3/6 метров, то балки следует устанавливать длиной в три метра. Но это условная цифра, так как она обозначает только ширину пролета. Сама же балка должна быть больше на 50-60 см. по той причине, что должна опираться на стены обоими концами не менее, чем на 25 см. Далее, чтобы произвести правильный расчет балок перекрытия следует учесть весовую нагрузку. Для жилых зданий ее средняя величина 400 кг/м2

Для чердачного перекрытия эта величина может быть вдвое меньшей. Далее в расчет закладывается расстояние между балками. Оно может быть как 1 метр, 75 см. или другое. Оптимальная ширина пролета для деревянных балок — 2,5- 4 метра. Лучшая форма бруса — прямоугольная, с соотношением высоты балки к ее ширине 1,4:1. Далее по специальной формуле рассчитывается максимальный изгибающий момент. Если расстояние между балками будет 1 метр, то он составит 80000 кг/см. Существуют специальные таблицы, в которых приведены средние показатели для некоторых пород дерева, учтено процентное соотношение влажности древесины, коэффициент срока ее службы и многие другие показатели. Все это можно найти на специализированных сайтах или в литературе по строительству домов. В том случае, если на балки перекрытия будут сначала опираться лаги, а потом уже доски, то следует рассчитать и сечение лаг.

Результат и пример расчета

Как работает калькулятор для расчета деревянных балок и как происходит расчет нагрузки — это главные вопросы, на которые следует здесь ответить.

2 главных показателя, определяющих качество перекрытия — это распределенная нагрузка на само перекрытие, а также сосредоточенная нагрузка на ригели, если они используются. Качество ригеля зависит также от способа его закрепления.

Онлайн-калькулятор автоматически показывает, насколько большим будет запас распределенной нагрузки и прогиба у перекрытие. Или же наоборот, укажет на перегрузку.

Пример расчета

Для примера использованы следующие входные параметры: сосновый брус, однопролетный для междуэтажного перекрытия, длина 6 метров, имеет квадратное сечение 120 на 120 миллиметров. Они будут расположены с шагом 40 сантиметров при нагрузке на балку, которая составляет 60 килограмм на квадратный метр.

Результат и пример расчета

Момент инерции сечения составит 1728 см⁴, а весят такие балки по 43 килограмма каждая. В результате, расчетный прогиб такого перекрытия составит 23 миллиметра (или 1/261 относительного прогиба). Оно будет иметь запас по прогибу в 1,04 раза и при нагрузке 845 килограммов разрушиться.

Для соответствующего ригеля при сосредоточенной нагрузке в 90 кг расчетный прогиб составит 23 миллиметра, а запас по прогибу — 1,04 раза. Конструкция не выдержит нагрузки свыше 422 килограмм. Следственно, эксперты-строители будут рекомендовать не использовать перекрытие между этажами с такими показателями, поскольку запас прогиба слишком мал.

Оптимальным считается показатель прогиба от 1,5 до 3 соответственно. Чем выше этот показатель, тем выше расход древесины, но чем ниже показатель запаса по прогибу, тем менее устойчивой получится постройка в целом и ее элементы в частности.

Польза калькулятора

С помощью калькулятора строитель может самостоятельно подобрать необходимые параметры, подбирая каждый из доступных или желательных вариантов и рассчитывая более выгодные материалы и тип балок.

Какими должны быть деревянные балки перекрытия

  1. При условии использования древесины в качестве материала, требования к ней существуют такие:
  2. конструкции должны быть изготовлены из хвойных деревьев, благодаря этому обеспечивается хорошая прочность. Также влажность древесины должна быть не более 14 %, чтобы лаг при нагрузке не прогибался;
  3. используемая при работе древесина не должна быть бракованная или пораженная плесенью либо же вредителями;
  4. не забывайте перед укладкой обрабатывать балку антисептиком;
  5. чтобы балка была устойчива к изгибам, соотношение ее сторон к размерам должно составлять 7 к 5;
  6. прочность на изгиб определяется тем, насколько высоки лаги, чем они выше, тем большую нагрузку может удержать балка не прогибаясь;
  7. чтобы перекрытие не прогибалось и не деформировалось даже под воздействием сильной нагрузки, следует сделать строительный подъем. Благодаря ему потолок нижней части будет несколько подниматься в центральной части, но при условии постоянной нагрузки, постепенно станет ровным;
  8. если укладывать лаги часто, бревна лучше заменить досками, которые укладываются поверх ребер;
  9. древесина будет расходоваться более разумно, если толщина балок составит 50 мм, а высота – от 150 до 180 мм, допустимая ширина шага – 400-600 мм соответственно.

Требования к перекрытиям из дерева

Для того, чтобы построенный дом простоял долго лет и не доставил своим хозяевам никаких хлопот нужно учитывать несколько требований, которым должны соответствовать балки перекрытий:

Требования к перекрытиям из дерева
  1. Прежде всего, сам брус

    , из которого выполняется балка, должен быть выполнен из твердой породы дерева, которая обладает повышенной жесткостью и не поддается деформированию. Это необходимо для того, чтобы постройка могла в дальнейшем выдерживать большие нагрузки в виде верхних этажей, кровли.

  2. Вес балки может превышать 350 кг на квадратный метр.
  3. Допустимый размер балки – 7 метров.
  4. При утеплении толщина материалов не должна превышать 25 см при перекрытии этажей с разным температурным режимом и 10 см, если утепляются балки между этажами с одинаковым температурным режимом.
  5. Материал, из которого элемент изготовлен, должен быть максимально просушен и содержать влаги не более 20%. При необходимости используется гидроизоляция перекрытия путем применения специальной пленки.

Балочные металлические и железобетонные перекрытия

В качестве балок в таких конструкциях применяются:

  • двутавр;
  • швеллер;
  • уголок.

Швеллер и уголок для этих целей необходимо, предварительно, сварить определенным образом. Естественно, этому предшествует небольшой расчет.

К неоспоримым преимуществам таких металлических балок относятся:

В железобетонных перекрытиях в качестве балок могут использоваться двутавр, швеллер, а также уголок.

  1. Высокая надежность и долговечность.
  2. Пожаробезопасность и стойкость к биологическим врагам.
  3. Возможность безопасного перекрывания пролетов в 4 -6 метров.

Расстояние между такими балками перекрытия может быть вдвое больше, чем между деревянными и регламентируется, чаще, размерами плит настила (расчет должен подтвердить, что плиты вынесут определенную нагрузку). Такие балки, напрямую, нельзя использовать в виде лаг для настила пола. К ним непросто (но возможно) подшивать потолок.

К сожалению, это не все недостатки перекрытия, использующего металлические конструкционные материалы. Еще к недостаткам такого перекрытия следует отнести:

  1. Образование ржавчины во влажных помещениях.
  2. Необходимость в грузоподъемных механизмах при монтаже.
  3. Хорошая звуко- и теплопроводность (с этими недостатками борются путем обертывания торцов металлических конструкций войлоком).

Накат на таких балках бывает не только из досок, но и из плит. Это могут быть облегченные железобетонные плиты или плиты из других легких и прочных строительных материалов – их применение регламентирует расчет.

Чтобы избежать коррозии несущих балок, используют железобетонные балки перекрытия. Такие балки укладывают на расстоянии 0,6 -1,0 м. Заполняют пространство между балками легкобетонными плитами или легкобетонными блоками. Поверх такого перекрытия делают стяжку под пол, а потолок штукатурят под побелку, покраску или обои.

Использование досок и цельного бруса

В случае применения цельного деревянного бруса или досок для устройства перекрытия длину пролёта выбирают в пределах 4–6 м, что в два раза меньше от максимального расстояния при использовании строительных конструкций из клееного бруса. Детали из скреплённых досок часто изготавливаются прямо на строительном объекте.

По прочности конструкции превосходят цельные балки. Основным достоинством изделий считается возможность устройства составной детали из нескольких досок. Строители могут самостоятельно регулировать толщину балки путём скрепления необходимого количества элементов. Доски соединяют между собой при помощи резьбовых элементов. Под болты и гайки устанавливают резиновые или пластиковые шайбы. Элементы предотвращают воздействие коррозии на металлические закладные детали, защищают древесину от врезания гайки при затягивании.

Читайте также:  Как построить навес для автомобиля по фотографии