Виды деревянных балок для перекрытий, расчёт длины, монтаж

Особенности строительства перекрытий в кирпичном доме ↑

Если свод монтируют к каменным стенам, необходимо концы балок обернуть рубероидом или обработать смолой, обеспечив гидроизоляцию. Проем в стене, который используется в качестве опоры для балок, поддерживающих деревянные перекрытия между этажами в кирпичном доме, создают такого размера, чтобы присутствовал зазор для вентиляции. Это позволит избежать образование конденсата и дольше сохранить древесину от разрушения.

Порядок работ при монтаже своими руками:

1. В процессе строительства дома, не забывая, как нужно устанавливать балки перекрытия, в стенах на необходимой высоте устраивают ниши, имеющие глубину от 15 см до 20 см. Особенно удобно создавать ниши при постройке стен из двойного силикатного кирпича.
2. Перед монтажом выполняют обрезку концов брусов под углом в 60°-70° для улучшения ее вентиляции после установки, производят дополнительную обработку специальными составами.

   Выполнение среза конца балки

1. Концы слег обрабатывают гидроизоляцией, не трогая торцы для обеспечения выхода влаги из дерева. При необходимости проводят обработку балок антисептиком и средством, повышающим огнестойкость.
2. Выполняют укладку брусьев или досок в ниши с таким расчетом, чтобы между их торцами и стеной сохранялся зазор около 5 см для вентиляции.
3. Каждую третью или четвертую балку фиксируют анкерным болтом к стене.

   Анкерный болт

1. Имеющийся зазор между стеной и брусом заполняют уплотнителем.
2. Далее перпендикулярно к слегам нашивают бруски 50х50 или 40х40, получая обрешетку для крепления деревянных щитов либо облегченных бетонных панелей.
3. Снизу к балкам можно прибить доски, панели или листовой гипсокартон.
4. В устройстве деревянного перекрытия между этажами на деревянные щиты помещают необходимый изоляционный слой. В случае с чердаком могут взять такой сыпучий утеплитель, как керамзит. Можно использовать вариант, когда насыпают глиняно-песчаный слой, поверх которого распределяют слой песка либо шлака.
5. Поверх утеплителя крепят лаги с шагом 50-70 см.
6. К лагам прибивают струганные доски.
7. В качестве альтернативы лагам и струганным доскам можно сделать бетонную стяжку с армированной сеткой.
8. Выполняют окончательную отделку напольного покрытия и потолка.

Схема перекрытия

Правила монтажа в деревянном доме ↑

От того, из какого материала построено здание, зависит, как сделать перекрытие между этажами в доме. В возведении строения, имеющего деревянные стены, существуют также определенные нюансы.

Установка брусов из древесины своими руками выполняется по своеобразным маякам – первоначально монтируются крайние слеги, ориентируясь на которые затем крепят промежуточные. При закреплении крайних балок учитывают, что они должны располагаться не ближе 5 см к ближайшей стене. Используя этот промежуток, размещают слой утеплителя.

Ниши для опоры можно не готовить заранее – в построенных стенах, используя электрическую или бензопилу, вырезают необходимые углубления.

Ниши для перекрытий в деревянных стенах

Поэтапный монтаж пола в деревянном доме:

1. Перед монтажом выполняют обрезку концов слег под углом в 60°-70° для улучшения ее вентиляции после установки, производят дополнительную обработку специальными составами.
2. Обработав концы брусков битумом и обернув рубероидом, укладывают их в ниши. Начиная укладку с крайних балок, продолжают укладывать промежуточные с проверкой горизонтальности расположения уровнем.
3. В процессе укладки каждый третий или четвертый брус крепится к стене с использованием анкерных болтов либо другого крепежа, например, скоб.
4. Затем перпендикулярно к слегам закрепляют бруски 50х50 или 40х40, готовя обрешетку для монтажа деревянных щитов.
5. Сверху нашивают черновые полы, для которых используют не струганные доски либо деревянные щиты.
6. Выполняя монтаж перекрытий, снизу прибивают листовой материал или легкие доски.
7. На черновом полу закрепляют изоляционный слой, в каждом случае выполняющий определенную задачу. Если оборудуется перекрытие дома 1 этажа, необходимо укладывать теплоизоляционный слой для защиты от холода из подвального помещения. А когда настилается пол на 2-ом этаже, достаточно обеспечить хорошую звукоизоляцию.
8. Сверху утеплителя нашивают лаги, к которым затем крепят струганные доски чистового пола. Вместо досок можно использовать плиту ОСП.
9. Завершающим верхним слоем может стать линолеум, керамическая плитка, ламинат или паркет.

Пример монтажа перекрытия в стене из газобетона

Строительство домов

Деревянные дома давно зарекомендовали себя как экологически чистое и с высоким сроком службы жилье. Доказательством чему служат строения, которым насчитывается около 100 лет. Для возведения чаще выбирается брус, он может быть непрофилированный, профилированный и клееный.

Перекрытие дома из бруса

Для перекрытий выбирается та же древесина, что использовалась при строительстве, реже применяется металлический швеллер. Каждый материал имеет как преимущества, так и недостатки. От качества и метода укладки перекрытий зависит долговременная эксплуатация дома. Разобраться в специфике и нюансах поможет следующая информация.

Перекрытиями называют конструкцию, разделяющую:

• жилые этажи, включая мансардное помещение;
• подвал или цоколь от жилых комнат;
• неотапливаемый чердак от жилого пространства.

Перекрытие должно отвечать определенным требованиям по прочности, то есть выдерживать нагрузки, в роли которой выступают люди, мебель и другие предметы интерьера. К тому же конструкция должна обладать и жесткостью, не допуская прогибов балочных элементов.

Величина допустимой нагрузки на балочные конструкции устанавливается исходя из назначения помещения. Так, для практически пустых чердаков данный показатель равен не более 100 кг/м², для междуэтажных, цокольных или подвальных – до 210 кг/м².
Жесткость материала по предельному прогибу для неэксплуатируемых мансард перекрытий составляет 1/200 от ее длины, для межэтажных – до 1/250, например, брус длиной в 4 м прогнется на 16-20 мм.
При проектировочных работах необходимо предусмотреть укладку материала со звукоизоляционными и теплозащитными свойствами.
Огнестойкость – важная характеристика материала

Деревянные перекрытия обладают низкой стойкостью к воздействию к открытому пламени, поэтому крайне важно обработать все элементы антипиренами.

Преимущества двутавровых балок

В отличие от традиционных деревянных балок двутавровые состоят из нескольких элементов, что дает определенные преимущества.

Что такое двутавровая балка перекрытия

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.

По своим характеристикам брус заметно проигрывает двутаврам

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.

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.

Отделка потолка балочного перекрытия

Отделка потолка перекрытия производится в зависимости от дизайнерской задумки. До этого мы изучали чертежи, на которых балки скрыты какой-либо отделкой или подшивкой. Для отделки годится штукатурка, профилированная натуральная доска типа «вагонка», гипсокартонные листы («сухая штукатурка»), специальные отделочные потолочные плитки и т.п.

Что касается стальных балок, то практически всегда их закрывают, поскольку красоты в них нет, если, конечно, дом не выполняется в определённом стиле.

Однако деревянные балки нередко хочется подчеркнуть. В таких случаях черепные бруски подбиваются к балкам на желаемую высоту. Более того, черепным брускам также можно придать фигурную форму. Обычные бруски скрываются подшивкой.

Принимая этот вариант решения потолка, не надо забывать, что межбалочный объём здесь уменьшится, и, следовательно, пострадает звукоизоляция перекрытия.

Расчет балки на прогиб — деревянной и металлической, формулы

В инженерных и инженерно-строительных науках (сопротивление материалов, строительная механика, теория прочности), под балкой понимается элемент несущей конструкции, воспринимающаяся преимущественно на изгибные нагрузки, и имеющая различные формы поперечного сечения.

Конечно, в реальном строительстве, балочные конструкции подвержены и другим видам нагружения (ветровой нагрузке, вибрации, знакопеременному нагружения), однако основной расчет горизонтальных, многоопертых и жесткозакрепленных балок проводится на действие или поперечной, или приведенной к ней эквивалентной нагрузке.

Расчетная схема рассматривает балку как жесткозакрепленный стержень или как стержень, установленный на двух опорах. При наличии 3 и более опор, стержневая система считается статически неопределимой и расчет на прогиб как всей конструкции, так и ее отдельных элементов, значительно усложняется.

При этом, основное нагружение рассматривается как сумма сил, действующая в направлении перпендикулярному сечению. Целью расчета на прогиб является определение максимального прогиба (деформации) который не должен превышать предельных значений и характеризует жесткость как отдельного элемента (так и всей связанной с ней строительной конструкции.

Основные положения расчетных методик

Современные строительные методики расчета стержневых (балочных) конструкций на прочность и жесткость, дают возможность уже на стадии проектирования определить значение прогиба и сделать заключение о возможности эксплуатации строительной конструкции.

Расчет на жесткость позволяет решить вопрос о наибольших деформациях, которые могут возникнуть в строительной конструкции при комплексном действии различного вида нагрузок.

Современные методы расчета, проводимые с использованием специализированных расчетов на электронно-вычислительных машинах, или выполняемые при помощи калькулятора, позволяют определить жесткость и прочность объекта исследований.

Несмотря на формализацию расчетных методик, которые предусматривают использование эмпирических формул, а действие реальных нагрузок учитывается введением поправочных коэффициентов (коэффициенты запаса прочности), комплексный расчет достаточно полно и адекватно оценивает эксплуатационную надежность возведенного сооружения или изготовленного элемента какой-либо машины.

Несмотря на отдельность прочности расчетов и определения жесткости конструкции, обе методики взаимосвязаны, а понятия «жесткость» и «прочность» неразделимы. Однако, в деталях машин, основное разрушение объекта происходит из-за потери прочности, в то время как объекты строительной механики часто непригодны к дальнейшей эксплуатации из значительных пластических деформаций, которые свидетельствуют о низкой жесткости элементов конструкции или объекта в целом.

Сегодня, в дисциплинах «Сопротивление материалов», «Строительная механика» и «Детали машин», приняты два метода расчета на прочность и жесткость:

1. Упрощенный (формальный), при проведении которого в расчетах применяются укрупненные коэффициенты.
2. Уточненный, где используются не только коэффициенты запаса прочности, но и производится расчет контракции по предельным состояниям.

Алгоритм расчета на жесткость

Формула определения прочности балки на изгиб

Где:

• M – максимальный момент, возникающий в балке (находится по эпюре моментов);
• Wn,min – момент сопротивления сечения (находится по таблице или вычисляется для данного профиля), у сечения обычно 2-а момента сопротивления сечения, в расчетах используется Wx, если нагрузка перпендикулярна оси х-х профиля или Wy, если нагрузка перпендикулярна оси y-y;
• Ry – расчетное сопротивление стали при изгибе (задается в соответствии с выбором стали);
• γc – коэффициент условий работы (данный коэффициент можно найти в таблице 1 СП 16.13330.2011;

Алгоритм расчета на жесткость (определение величины прогиба) достаточно формализован и не представляет труда для овладения.

Для того, чтобы определить прогиб балки, необходимо в нижеприведенной последовательности выполнить следующие действия:

1. Составить расчетную схему объекта исследований.
2. Определить размерные характеристики балки и расчетных сечений.
3. Рассчитать максимальную нагрузку, действующую на балку, определив точку ее приложения.
4. При необходимости, балка (в расчетной схеме она заменятся невесомым стержнем) дополнительно проверяется на прочность по максимальному изгибающему моменту.
5. Определяется значение максимального прогиба, который характеризует жесткость балки.

Повышаем несущую способность перекрытия

При необходимости несущую способность балок можно повысить за счет крепления специальных накладок из толстых досок. Очень часто применяется способ, когда концы накладок, как и балки, лежат на опорах.

Вместо досок можно использовать стальные швеллеры. Такие накладки крепятся сбоку балки при помощи болтов, при этом можно укреплять только одну сторону бруса, но все таки надежнее укрепление обоих сторон.

Самый простой способ повышения несущей способности — укладка дополнительных балок. Но такой процесс более трудоемкий и дорогой. Дополнительные брусья перекрывают пролеты между основными балками.

Как можно заметить, в старых домах балки уложены с небольшим шагом и имеют достаточное сечение, что свидетельствует о качественной постройке.

Очень важно проверять состояние балок и перекрытия, а в случаи повреждения вредителями или влагой обязательно укреплять. Если при длительном воздействии влаги повредились оголовки балок на опорах, то поврежденную часть нужно удалить, а оставшуюся — усилить и удлинить с помощью прочных толстых досок. Элементами перекрытия являются чистый пол и подшивка, но они относятся к разделу отделочных работ и о них поговорим в другой раз

Элементами перекрытия являются чистый пол и подшивка, но они относятся к разделу отделочных работ и о них поговорим в другой раз.

Пример подсчета прогиба

Чтобы понять процесс расчета жесткости балки и ее максимального прогиба, можно использовать простой пример проведения расчетов. Данный расчет проводится для балки с такими характеристиками:

• материал изготовления – древесина;
• плотность составляет 600 кг/м3;
• длина составляет 4 м;
• сечение материала составляет 150*200 мм;
• масса перекрывающих элементов составляет 60 кг/м²;
• максимальная нагрузка конструкции составляет 249 кг/м;
• упругость материала составляет 100 000 кгс/ м²;
• J равно 10 кг*м².

Для вычисления максимальной допустимой нагрузки учитывается вес балки, перекрытий и опор. Рекомендуется также учесть вес мебели, приборов, отделки, людей и других тяжелых вещей, который также будут оказывать воздействие на конструкцию. Для расчета потребуются такие данные:

• вес одного метра балки;
• вес м2 перекрытия;
• расстояние, которое оставляется между балками;
• временная нагрузка;
• нагрузка от перегородок на перекрытие.

Чтобы упросить расчет данного примера, можно принять массу перекрытия за 60 кг/м², нагрузку на каждое перекрытие за 250 кг/м², нагрузки на перегородки 75 кг/м², а вес метра балки равным 18 кг. При расстоянии между балками в 60 см, коэффициент k будет равен 0,6.

Если подставить все эти значения в формулу, то получится:

q = ( 60 + 250 + 75 ) * 0,6 + 18 = 249 кг/м.

Для расчета изгибающего момента следует воспользоваться формулой f = (5 / 384) * [(qn * L4) / (E * J)] £ .

Подставив в нее данные, получается f = (5 / 384) * [(qn * L4) / (E * J)] = (5 / 384) * [(249 * 44) / (100 000 * 10)] = 0,13020833 * [(249 * 256) / (100 000 * 10)] = 0,13020833 * (6 3744 / 10 000 000) = 0,13020833 * 0,0000063744 = 0,00083 м = 0,83 см.

Именно это и является показателем прогиба при воздействии на балку максимальной нагрузки. Данные расчеты показывают, что при действии на нее максимальной нагрузки, она прогнется на 0,83 см. Если данный показатель меньше 1, то ее использование при указанных нагрузках допускается.

Использование таких вычислений является универсальным способом вычисления жесткости конструкции и величины их прогибания. Самостоятельно вычислить данные величины достаточно легко. Достаточно знать необходимые формулы, а также высчитать величины. Некоторые данные необходимо взять в таблице

При проведении вычислений крайне важно уделять внимание единицам измерения. Если в формуле величина стоит в метрах, то ее нужно перевести в такой вид. Такие простые ошибки могут сделать расчеты бесполезными

Такие простые ошибки могут сделать расчеты бесполезными

Такие простые ошибки могут сделать расчеты бесполезными

Для вычисления жесткости и максимального прогиба балки достаточно знать основные характеристики и размеры материала. Эти данные следует подставить в несколько простых формул

Такие простые ошибки могут сделать расчеты бесполезными. Для вычисления жесткости и максимального прогиба балки достаточно знать основные характеристики и размеры материала. Эти данные следует подставить в несколько простых формул.

Применение деревянных ферм, достоинства и недостатки

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

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

Деревянные стропильные фермы

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

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

Деревянные фермы могут послужить оригинальным декоративным элементом

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

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

Проектирование деревянной ферм

Стены и перекрытия – основные элементы любого строительства.

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

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

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

Деревянное балочное перекрытие обладает преимуществами и недостатками

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.

Калькулятор подбора деревянных двутавровых балок

SIA I-beams производит износоустойчивые деревянные двутавры. Такие балки показали себя как незаменимый стройматериал при строительстве зданий в Северной Америке, понемногу они начинают завоевывать и рынки Европы.

Чтобы правильно произвести расчет необходимого количества балок, мы создали расчетный калькулятор, который вам поможет быстро и удобно рассчитать шаг между балками и их тип в зависимости от расстояния между стенами и от нагрузок в конкретном случае.

Как пользоваться калькулятором:

1. Вводим расчетную длину пролета . Для балок перекрытия — это наибольший пролет, т.е. наибольшее расстояние между соседними стенами, на которые опирается балка. Для стропил кровли – это горизонтальное расстояние (проекция мест опоры, обычно расстояние между осями) между местами опора балки (сама балка длиннее, чем эта проекция, т.е. чем больше угол, тем длиннее балка).
2. Для стропил кровли вводим угол наклона . Угол наклона – наклон стропил к горизонтали.
3. Вводим шаг – это межцентровое расстояние между соседними балками.
4. 4. Можно изменить постоянную нагрузку . В соответствии с нормативом EN 1991, постоянную нагрузку рассчитывают по плотности конструкции пола/перекрытия/крыши, помноженной на коэффициент надежности. Согласно EN 1990,коэффициент надежности для постоянных нагрузок — 1,35, а для временных — 1,5.
5. Можно изменить временную нагрузку . В соответствии с нормативом EN 1991, величины временной нагрузки принимаются в зависимости от предполагаемого использования перекрытия. Для перекрытий жилых помещений можно принимать временную нагрузку 200 kg/m2. При расчете стропильной системы нагрузки от снега принимаются согласно LBN-003-1, таблица 16.2. Для Риги это равняется 125 kg/m2.

   *В расчетном калькуляторе включено определение расчетной нагрузки при соответствующих коэффициентах надежности: согласно EN 1990 для постоянных нагрузок это — 1,35 а для временных нагрузок — 1,5. В калькулятор вводятся нагрузки без учета коэффициентов надежности. – это повторение из п.4.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   *Величина используемой расчетной нагрузки будет индивидуальной — в зависимости от конкретной ситуации.

6. Когда все упомянутые данные введены в таблицу, можно ознакомиться с результатом. Внизу находится табличка с имеющимися в нашем ассортименте балками. Зеленым цветом закрашены все балки, которые можно использовать, а красным – несущая способность которых не соответствует заданным вами параметрам. Чтобы изменить результат, советуем изменить шаг балок.

Основы вычислений

Для начала следует понять, что именно требуется рассчитать. Дело в том, что деревянный брус или доска балки под нагрузкой способно изогнуться до определенного предела – эта величина называется пределом прочности – и при дальнейшем увеличении нагрузки сломаться. Под действием нагрузки изогнувшаяся балка может также выскользнуть из креплений. Чтобы избежать этого или хотя бы снизить риск такой неприятности, деревянные балки стараются заделать в кладку дома или прикрепить с помощью кронштейнов, уголков и других видов деталей к деревянной стене дома. Используют также врубку балки в венец стены. Все такие виды фиксации считаются жесткой заделкой.

Вот так примерно выглядит расчетная схема для однопролетной балки, то есть изделие, у которого закреплены только концы. Здесь L – пролет балки, расстояние между опорными точками, Q – распределенная нагрузка, f – величина прогиба.

Основой для расчета предельно допустимого прогиба, как и источником других данных о работе деревянных конструкций, является СП 64.13330.2011. Согласно этому документу, предельный прогиб балки для межэтажных перекрытий не должен превышать 1/250 часть длины пролета.

То есть для балки с длиной 6 м допустимый прогиб составит 24 мм. Если же брать более строгие значения (для штукатурки на потолке и требующих строгой плоскости пола второго этажа напольных покрытий, например, плитки) – 1/350, допустимый прогиб уменьшается до 17 мм.

В целом для вычислений используют формулу f=L/350, при этом длину пролета указывают в миллиметрах.

Таблица 1.1. Допустимый прогиб деревянных конструкций.

Соответственно, при расчете балки на прочность в онлайн-калькуляторе или вручную следует уменьшать сечение только до тех пределов прогиба, которые меньше вычисленного значения.

На иллюстрации выше показана расчетная схема для распределенной нагрузки, то есть такой, которая равномерно распределяется по всей балке. Обычно в жилых помещениях используется именно эта схема. Однако при размещении в комнате мебели или оборудования большого веса, особенно не возле стены (на которую опирается край балки), а на некотором удалении от нее, иногда бывает разумнее использовать схему расчета для сосредоточенной нагрузки.

Вот так примерно создается сосредоточенная нагрузка на балку.

Таблица 1.2. Схемы расчета деревянных балок с одной сосредоточенной нагрузкой.

Здесь и далее Е – модуль упругости древесины Е=100 000 кгс/м2), I – осевой момент инерции балки.

Таблица 1.3. Схемы расчета деревянных балок с двумя сосредоточенными нагрузками.

Таблица 1.4. Расчет балки с двусторонним жестким защемлением при равномерно-распределенной нагрузке.

В зависимости от того, куда именно приложены нагрузки и в каком количестве, используется расчетная схема соответствующего типа.

Для бруса, защемленного в стене только одним концом (консольное крепление), используются другие формулы расчета деревянной балки на прочность. Обычно такие вычисления нужны при проектировании навесов на деревянных балках-опорах, больших вылетов крыши и других подобных случаях.

Таблица 1.5. Расчет консольной балки при одной сосредоточенной нагрузке.

Таблица 1.6. Расчет консольной балки при одной неравномерно-распределенной нагрузке.

Таблица 1.7. Расчет консольной балки при одной равномерно-распределенной нагрузке.

Формулы кажутся громоздкими и сложными, но фактически обычному пользователю при расчете деревянных балок перекрытия важно просто представлять себе характер распределения действующих на балку сил и понимать – чтобы соблюсти условия прочности, необходимо правильно выбрать схему приложения нагрузок

Виды балок

Для строительства различных сооружений применяются балки из прочных и долговечных материалов. Такие конструкции могут отличаться по длине, форме и сечению. Чаще всего используются деревянные и металлические конструкции. Для расчетной схемы прогиба большое значение имеет материал элемента. Особенность расчета прогиба балки в данном случае будет зависеть от однородности и структуры ее материала.

Деревянные

Для постройки частных домов, дач и другого индивидуального строительства чаще всего используются деревянные балки. Деревянные конструкции, работающие на изгиб, могут использоваться для потолочных и напольных перекрытий.

Деревянные перекрытия

Для расчета максимального прогиба следует учитывать:

1. Материал. Различные породы дерева обладают разным показателем прочности, твердости и гибкости.
2. Форма поперечного сечения и другие геометрические характеристики.
3. Различные виды нагрузки на материал.

Допустимый прогиб балки учитывает максимальный реальный прогиб, а также возможные дополнительные эксплуатационные нагрузки.

Конструкции из древесины хвойных пород

Стальные

Металлические балки отличаются сложным или даже составным сечением и чаще всего изготавливаются из нескольких видов металла. При расчете таких конструкций требуется учитывать не только их жесткость, но и прочность соединений.

Стальные перекрытия

Металлические конструкции изготавливаются путем соединения нескольких видов металлопроката, используя при этом такие виды соединений:

• электросварка;
• заклепки;
• болты, винты и другие виды резьбовых соединений.

Стальные балки чаще всего применяются для многоэтажных домов и других видов строительства, где требуется высокая прочность конструкции. В данном случае при использовании качественных соединений гарантируется равномерно распределенная нагрузка на балку.

Для проведения расчета балки на прогиб может помочь видео: 

Как рассчитать деревянную балку

Ниже мы рассмотрим, как можно рассчитать деревянную балку, т.е. подобрать ее оптимальное сечение в зависимости от условий эксплуатации и характеристики материала.

Расчет балок должен происходить в следующей последовательности:

1. Сбор нагрузок на балку.

Сбор нагрузок — это та процедура, без которой не обходится ни один расчет. Процедура эта довольно длинная, поэтому она вынесена в отдельную статью, где приведен пример сбора нагрузок на перекрытие и балку.

Для тех же, кому нужно рассчитать балку междуэтажного или чердачного перекрытия и кто не хочет заниматься сбором нагрузок, существует универсальный метод. Он заключается в том, что для междуэтажного перекрытия можно принять расчетную нагрузку равную 400 кг/м2, а для чердачного — 200 кг/м2.

Но иногда эти нагрузки могут быть сильно завышены. Например, когда строится небольшой дачный домик, на втором этаже которого будут располагаться две кровати и шкаф, нагрузку можно взять и 150 кг/м2. Только это исключительно на Ваше усмотрение.

2. Выбор расчетной схемы.

Расчетная схема подбирается в зависимости от способа опирания (жесткая заделка, шарнирное опирание), вида нагрузок (сосредоточенные или распространенные) и количества пролетов.

3. Определение требуемого момента сопротивления.

Это так называемый расчет по первой группе предельных состояний — по несущей способности (прочности и устойчивости). Здесь определяется минимальное допустимое сечение деревянной балки, при котором эксплуатация конструкций будет происходить без риска наступления их полной непригодности к эксплуатации.

Примечание : в расчете используются расчетные нагрузки.

4. Определение максимально допустимого прогиба балки.

Это расчет по второй группе предельных состояний — по деформациям (прогибу и перемещениям). По данному расчету определяется сечение деревянной балки в зависимости о предельного прогиба, при превышении которого будет нарушена нормальная их эксплуатация.

Примечание : в расчет используются нормативные нагрузки.

Теперь конкретнее. Для того, чтобы рассчитать деревянную балку перекрытия, Вы можете воспользоваться специальным калькулятором или примером ниже.

Крепление балок к стене

Балки перекрытия могут соединяться со стенами несколькими способами.

В кирпичных или брусовых домах концы балок ). Если используются брусья или бревна, то глубина заложения балок в стены должна составлять не менее 150 мм, если доски – не менее 100 мм.

Части балок, соприкасающиеся со стенками «гнезда», гидроизолируют, оборачивая их двумя слоями рубероида. Торцы балок срезают под 60° и оставляют неизолированными , чтобы обеспечить свободное «дыхание» древесины.

При заведении в «гнездо», между балкой и стеной (со всех сторон) оставляют вентиляционные зазоры в 30-50 мм, которые заполняют теплоизоляцией (паклей, минеральной ватой). Балку опирают на основание паза через антисептированну ю и гидроизолированн ую деревянную дощечку толщиной 30-40 мм. Боковые стороны паза можно засыпать щебнем или замазать цементным раствором на 4-6 см. Каждую пятую балку дополнительно скрепляют со стеной при помощи анкера.

В деревянных домах балки заглубляют в пазы стен не менее, чем на 70 мм. Чтобы предотвратить появление скрипов, между стенками паза и балкой прокладывают гидроизоляционны й материал. В некоторых случаях балки врезают в стены, выполняя соединения типа «ласточкин хвост» и т.п.

Также балки можно закрепить на стене с помощью опор из металла — стальных уголков, хомутов, кронштейнов. Они соединяются со стенами и балками саморезами или шурупами. Данный вариант крепления является наиболее быстрым и технологичным, однако менее надежным, чем при заведении балок в пазы стен.