При строительстве крыши всегда особое внимание уделяется конструкции чердака. Ведь важно, чтобы его перекрытие было сделано технологически правильно, не оказывало излишнего давления на стены и было способно вынести нагрузку от хранящихся под крышей вещей и порой целого набора мебели.
Поэтому в этой статье мы подробно с вами разберемся, как правильно должно быть устроено чердачное перекрытие по деревянным балкам: особенности его монтажа, расчета нагрузок и крепления. А в помощь вам будут наши подробные иллюстрации.
Для начала предлагаем вам посмотреть небольшой видео-обзор устройства чердачного перекрытия по деревянным балкам, а потом уже будем разбирать детали:
Что собой представляет перекрытие для чердака?
Перекрытие – это горизонтальные силовые конструкции, которые разделяют жилой этаж от чердачного помещения, и воспринимает на себя при этом нагрузки от веса всего, что находится под крышей.
Само по себе перекрытие – это необходимый элемент жесткости, который также обеспечивает устойчивость всему строению. Среди всех других мы сегодня выделим чердачное перекрытие, а именно – его конкретный вид. Заметим, что общие правила относится ко всем видам, но некоторые технические особенности в обустройстве чердачного перекрытия по балкам все же есть.
Первая из них – это жесткость и прочность. Т.е. перекрытие должно быть:
Способным выдержать расчетные нагрузки и при этом не прогнуться, не разрушится. Например, допустимая величина прогиба – всего 1 на 250 от длины пролета.
Во-вторых, чердачное перекрытие не должно быть хлипким, и ни в коем случае не должно колебаться при перемещении предметов на нем или движение людей.
И, наконец, шумоизолированным, чтобы избежать неприятных скрипов, когда кто-нибудь поднимется на чердак.
В частном строительстве преимущественно используется два вида перекрытий: деревянные и железобетонные. Первые выстраиваются по прочным деревянным балкам, а вторые – по балкам, плитам и в монолитном варианте. Также сами балки могут быть стальными, если приходится перекрывать достаточно большие пролеты. Но именно в частном домостроительстве на выбор материала перекрытия влияет чаще всего как раз экономический фактор.
Стоимость устройства перекрытий обычно составляет до 20% сметы всего строительства дома, а трудозатраты – целых 25%. Поэтому достаточно популярно все-таки возведение деревянного перекрытия чердака – все благодаря его высоким эксплуатационным характеристикам и хорошей шумоизоляции.
И еще один важный момент: при изготовлении деревянных чердачных перекрытий вам не понадобится тяжелая грузоподъемная техника, особенно бетононасос.
Преимущества и расчет балочного перекрытия
Вся конструкция состоит из балок и досок, которые называется черновыми. Сами балки могут быть несущими, располагаться просто рядом или же закреплены специальным образом, что намного надежнее. Стандартные размеры балок – 20-40 сантиметров в высоту и 15 метров длиной, плюс 8-20 сантиметров шириной.
В отличие от железобетонного чердачного перекрытия, деревянные монтируется всухую. По весу оно выходит намного легче, поэтому в частном строительстве лучше применять именно такое перекрытие. С другой стороны, деревянные перекрытия самые звуконеизолированные, поэтому придется потратиться еще и на дополнительные меры.
Располагаются балки на расстоянии от 60 сантиметров до 1,5 метров. Конечно же, чем чаще вы их установите, тем большую нагрузку сможет выдержать в будущем чердак, но и уже большую нагрузку придется терпеть фундаменту дома.
На деревянном чердачном перекрытии обычно монтируются легкие перегородки – чаще всего каркасные, к которым чердачные стропила крепятся напрямую. Устанавливать их нужно перпендикулярно балкам или ребром.
А вот если внутренние стены чердака по каким-то причинам приходится ставить параллельно ребрам или балкам, что совсем не по правилам, тогда конструкции в этих местах нужно обязательно укрепить. Чаще всего в качестве таких элементов используются фрагменты досок, которые крепятся перпендикулярно ребрам перекрытия.
А рассчитать необходимое количество балок и нагрузку на них вам поможет вот такой график:
Варианты установки балок чердака в зависимости от его типа
Многие задаются вопросом: а куда правильно устанавливать деревянные балки перекрытия? В стены, на стены или даже немного вывести их наружу? Это зависит от того, какого рода у вас будет чердак и будете ли вы в будущем его использовать как жилое помещение. Мансарда сегодня очень популярна!
Итак, вот эконом-вариант, который позволяет в будущем без особых проблем переделать чердак в мансарду. Правда, совсем тесную:
А поэтому, если планы такие у вас есть и вы даже сейчас не уверены, найдется ли в проекте другое место под личный кабинет или бильярдную, сделайте тогда стены повыше, чтобы установить балки перекрытия пониже.
Что это даст? В такой мансарде будет куда больше полезного пространства, меньше острых углов и она окажется намного теплее:
А вот если в вашем проекте мансарда изначально была запланирована как отдельное и просторное помещение, как бы надстроенное над домом, тогда чердачные балки нужно устанавливать настолько крепкие, как в межэтажном перекрытии, еще и крепить их на анкеры в армопоясе:
Вот отличный пошаговый пример, как строят такие мансарды и насколько прочным должно быть такое перекрытие:
Виды конструкций перекрытий
Всего существует несколько типов чердачного перекрытия по деревянным балкам. У каждого из них – свое предназначение и свои плюсы и минусы.
Для холодного чердака
Что касается каркасных домов, перекрытия в них рекомендованы по системе «платформа». То есть после установки стен укладываются балки и создается определенная как бы платформа, и рабочее основание для будущего пола чердака в то же время. Здесь важно не оказать лишнего давления на хрупкие стены, поэтому чердачное покрытие тоже не будет рассчитано на пианино в углу.
В таком случае балки устанавливают на обвязочный брус, который используют в качестве мауэрлата:
Для равномерной усадки
А вот в доме со стенами из бревна или бруса в качестве чердачного перекрытия по правилам обустраивается жесткий щит, который при усадке стен будет плавно опускаться вместе с ними, причем обязательно равномерно.
Для экономии времени
В качестве отдельного вида чердачных перекрытий следует выделить быстровозводимые деревянные перекрытия. Главная их фишка – в применении специальных крепежных элементов, которые изготавливают из оцинкованной стали. Их толщина и качество рассчитывается в зависимости от уровня будущих нагрузок на перекрытие.
Стандартные чердачные перекрытия на балках с брусом и деревянными лагами появились в конце 20 столетия, и после них стали более модными перекрытия из широкой доски.
Для жилой мансарды
Сегодня также в моде специальные готовые фирмы для обустройства чердачного перекрытия. На самом деле – это не новинка строительного рынка, такие фирмы появились еще в конце XVI века и обрели свое второе рождение в конце ХХ. Канадские компании, которые занимались строительством, разработали специальные программы расчета таких фирм и точные их формы с линиями сборки.
Ребристое-балочное перекрытие
В нашей стране начинают появляться новые виды деревянных перекрытий, которые до этого времени были популярны только за рубежом. Это – легкие деревянные перекрытия. Они актуальны для частного строительства, когда в качестве системы используется достаточно легкий деревянные каркас.
Суть перекрытия в том, что «ребра» устанавливаются через каждые 30-60 сантиметров, и их накрывают обшивкой. В качестве «ребер» берутся деревянные балки высотой около 20 и 28 сантиметров, и толщиной 45 сантиметров, а длиной – до 5 метров. Изготавливают их из натуральной древесины и соединяют специальными связками из досок, покрывая обшивкой из ДСП или ДВП.
Поэтому выделим из главных преимуществ ребристого чердачного перекрытия быстрый и простой монтаж. Из минусов: необходимость обработки антипиреном, меньшая прочность и низкие звукоизоляционные свойства. И, конечно же, такие доски более чувствительны к резким колебаниям влажности и температуры. А еще, если грибок или какое-то насекомое решит съесть за несколько лет такое перекрытие, то он его съест намного быстрее, чем толстые балки.
Снизу такая конструкция зашивается подвесным потолком из гипсокартонных плит. Между ребрами поверху укладываются минеральная вата. Именно она обеспечит огнеупорность и звукоизоляцию всему деревянному перекрытию.
Ребристые перекрытия чердака обходятся намного дешевле, чем балочные – это вполне разумно и рационально, если вы нежилое помещение не будете утеплять и делать из него жилую мансарду. Тогда вы можете не переживать о несущей способности такого основания. Единственный минус – это то, что балки более привычны для российских домов, а ребристое перекрытие почти не отличаются по внешнему виду от монолитного. Поэтому в российских домах чаще устраиваются ребристо-балочные чердачные перекрытия.
Брус для устройства такого чердачного перекрытия нужно взять прямоугольной формы, причем строго, а не ромбом. И обязательно при покупке такого бруса возьмите с собой самую обычную школьную линейку, ведь нередко бывает так, что многие собираются строить перекрытие из бруса 15х15 см, а в итоге строятся из бруса 14х14 см. А затем, на своем участке, обязательно подготовьте место для хранения такого бруса и его обработки.
К слову, сегодня многие ставят даже обычный брус в деревянном перекрытии на ребро. Дело в том, что даже линейка, из какого бы материала она не была, легко сгибается по всей длине, но, если ее поставить ребром, согнуть такую будет практически невозможно:
А на черновом полу из досок уже настелите чистовой пол, и снизу смонтируйте подвесной потолок. Но нередко деревянное перекрытие чердака оставляют без дополнительной отделки специально, ввиду концепции дизайна интерьера, но тогда все детали его выполняются очень аккуратно и даже с декоративным наклоном:
Определенную жесткость ребристому перекрытию придает и сам подвесной потолок.
Как врезать балки чердака в стены из разного материала?
Сегодня существует несколько способов крепления чердачных балок. В основном необходима установка а перпендикулярной опорной балке, которая равна максимальной длине балок перекрытия. Если проектом не предусмотрены дополнительное балки жесткости, тогда балки чердачного перекрытия должны лежать по осям стоек несущих стен. По стандартам, балки перекрытия должны опираться на верхнюю обвязку стен и крепится к ней на два гвоздя 3,5х100 миллиметров с каждой стороны.
Но нередко также в строительстве приходится применять особые методы крепления, и для того, чтобы вы лучше разобрались с ними, мы подготовили для вас качественные мастер-классы.
Проектировать деревянное чердачное перекрытие нужно исходя из тех нагрузок, которые будут на него воздействовать. Но учитывайте такой момент. Довольно часто жилые дома строят с тем расчетом, что их будет достаточно для всей семьи. И такие нагрузки подразделяют на распределенные и сосредоточенные.
При проектировании чердачного перекрытия вам нужно учитывать именно распределенные нагрузки, а узнать о них подробнее вы сможете из современных СНиПов. Сосредоточенные нагрузки нужно принимать во внимание только тогда, если вы точно собираетесь установить на чердаке какие-то предметы с большой массой.
Например, сегодня стало модно устраивать под крышей SPA-салоны, бильярдную, танцевальные площадки и комнаты для музыкальных тренировок. Но на практике нередко оказывается, что и 10 комнат в доме – это мало. А под крышей – замечательное проветривание, красивое пространство и тихое, чтобы обустроить там свой личный кабинет.
Необходимость применения специальных крепежных элементов зависит от того, какую технологию обустройства чердачного перекрытия вы выбрали вообще. Так самый надежный способ – это опереть балки на несущие поверхности стен или же на балки перекрытия. Тогда и вовсе нет никакой необходимости и смысла использовать металлические элементы – балки крепятся саморезами или гвоздями. Во всех остальных случаях обязательно нужно закрепить чердачный пол.
Поэтому советуем вам изначально сделать настолько крепкое чердачное перекрытие, чтобы через пару лет со спокойной совестью перестроить его в мансардное. А специальные вычисления вам помогут сделать наши специальные таблицы и компьютерные программы. Ваша задача – правильно подобрать оптимальное сечение балок и их шаг. Все остальное – уже детали.
Обязателен ли армированный пояс?
Первым делом определитесь, нужен ли вам армопояс для установки балок чердачного перекрытия. Армопояс – это армированный пояс, который представляет собой замкнутую конструкцию по всему контуру здания. Задача такого элемента – это распределение нагрузок.
При установке деревянных балок чердачного перекрытия необходимо устанавливать построить армопояс только, если:
Стены вашего дома строятся из газоблока или пеноблока. Ведь такой материал имеет довольно хрупкую структуру, а деревянное балочное перекрытие в это же время обладает немалым весом. Ввиду своей конструкции оно всегда создает точечное давление на блоки. А наша задача – распределить это давление и сделать его линейным. Так, чтобы мауэрлат взял на себя всю нагрузку.
Также, есть ли в качестве фундамента для вашего дома идут сборные блоки ФБС, или само основание мелкозаглубленное, также важно правильно распределить нагрузку от чердака по всей площади основания дома.
Во всех остальных случаях можно спокойно обойтись без армопояса.
Крепление балок к брусьям или срубу
Когда балки перекрытия крепят к срубу или оцилиндрованным бревнам, то проще всего использовать технологию сковороденя. Говоря простым языком, попросту вставить балки в стены, как части конструктора.
Обратите внимание, что между собой балки перекрытия скрепляются металлическими скобами:
Крепление к металлической двутавровой балке
Если вам приходится разбивать балки перекрытия по длине, тогда их части следует соединять внахлест или при помощи специальных накладок, причем между самими балками еще и понадобятся распорки.
А если речь идет о планировке большой площади, тогда в качестве опоры для балок лучше использовать стальную двутавровую балку или же особо крепкую из клееной древесины. В этом случае между балками чердака и стальной двутавровой балкой оставьте обязательно зазор в 10 миллиметров. При этом важно, чтобы стальная балка при этом не касалась обшивки потолка. А, чтобы в дальнейшем балки перекрытия не скрипели, уложите дополнительный звукоизоляционный материал или сделайте обрешетку потолка довольно плотной:
Если вы используете вспомогательные балки, их вовсе не обязательно размещать внутри перекрытия. Таковые можно легко встроить в стену или даже использовать самостоятельно. А сами балки при этом нужно крепить на так называемые балочные башмаки:
Первым делом для таких балок нужно сделать обвязку. Причем вовсе не обязательно саму обвязку крепить к стенам первого этажа, как многие думают.
Главное – правильно подготовить такие балки к монтажу. А для этого их следует обязательно обработать антисептиком (причем при температуре не ниже 5 градусов тепла). Далее оставить их пропитываться на сутки. Теперь распилить и уложить такие доски и поддерживающую балку на деревянный мауэрлат, предварительно пропитанный его огнебиозащитой. Остается только закрепить все балки перекрытия на башмаки.
И, когда перекрытие из балок будет готовым, сделать черновой пол, хотя бы для того, чтобы по нему было удобно передвигаться.
Крепление к стенам из кирпича
Если мы говорим о креплении деревянной балки на кирпичную стену, тогда в той необходимо создать гнездо, причем еще на этапе возведения самих стен. Гнездо должно быть на 160 мм располагаться внутри стены (это минимум), причем на специальной доске.
Вставляя балку в стену, вам нужно залить ее цементным раствором или же оставить открытой – все здесь зависит от толщины стены:
Так, закрытый вариант необходим при толщине стены в два кирпича.
Открытый – при толщине стены в два с половиной кирпича.
Кроме этого, балочное перекрытие чердака при кирпичных стенах необходимо усилить анкерами, в каждой третьей балке. Анкера должны охватывать ее снизу и по бокам, а сами в стену заходить на 30 50 миллиметров. Возможен также вариант соединения балок с друг с другом и на внутренних стенах.
Крепить балки к кирпичной стене следует по такой технологии:
Крепление к хрупким стенам из блоков
Если вы крепите деревянные балки в блочной стене, тогда он вам необходимо соорудить железобетонную перемычку. Это тот самый армированный пояс, о котором мы говорили раньше. Устраивать его нужно под балкой, конкретно под деревянным коробом, который заходит в стену. Сам уже балку нужно будет установить на армированный пояс в стене тоже на минимальные 160 мм. И не забывайте также о таком важном моменте, как утеплитель со стороны блока и зазор со стороны балки, который будет обеспечить выход влаги.
Поэтому, чтобы современные легкие блоки выдержали деревянные балки чердачного перекрытия, следуйте такой схеме:
Если же блоки довольно прочные и по своим физическим качествам близки к кирпичу, тогда используйте такую схему монтажа:
Какой брус лучше выбрать для перекрытия?
Если вы сейчас плавно подошли к вопросу устройства чердачного перекрытия, первая проблема, с которой вам придется столкнуться, – это поиск досок хорошего качества. Очень важно, чтобы ни балки, ни половой настил не имели никакого изъяна, не были ослаблены и уж точно не болели никакой плесенью. В противном случае такие перекрытия опасны для жизни для жизни домочадцев.
Вариант #1 — балки из обычных досок
Давайте отдельно отметим, какие балки нужно использовать при устройстве чердачного перекрытия. Лучший вариант – доски шириной 20-30 сантиметров. В качестве материала берется сосна или лиственница, которые хорошо работают на прогиб. Именно такая древесина прочна в плане деформации и меньше подвержена трещинам. По официальным подсчетам, при применении такого материала получается снизить расход всей древесины на целых 20%.
Вариант #2 — балки из клееного бруса
В качестве балок также сегодня нередко используется клееный брус, прочность которого в несколько раз выше прочности обычной древесины. Все дело в том, что любые склеенные деревянные изделия более крепкие. Весь секрет в том, что клей, который используется, попадает в поры двух склеиваемых деталей и образует между ними много крепких нитей – куда более крепких, чем волокна самой древесины. А поэтому клееный брус в качестве балок – вполне нормальный вариант.
На вид они не отличаются от массивной древесины, особенно, когда с целью эстетики в наружных слоях у них применяется древесина лучшего сорта. Такие балки изготавливают из досок-ламелей, которые очищается от дефектов и склеиваются вместе. Главное преимущество такого метода в том, что общая длина балок теперь может достигать 12 метров, и это будет намного прочнее, просто с деревянной балкой при тех же параметрах.
Многие так же не учитывают то, что в цельной древесине могут быть скрытые проблемы, которые через несколько лет могут появиться в виде пролома балки посередине. Например, такой причиной нередко становятся гниль или паразитирующие насекомые, которые на момент покупки балки не успели еще развиться. Второй момент: довольно сложно найти абсолютно безупречную длинную балку из чистой древесины, без сучков и других проблем. А сучки сами по себе плохи тем, что в этих местах древесина плохо работает на растяжение, она более плотная, и в итоге балка, с содействующим постоянным динамическим напряжением, реагирует на него неравномерно по всей своей длине.
Вариант #3 — балки из OSB
Чтобы изготовить крепкие балки из OSB плит, их разрезают на полосы разной ширины и фрезеруют. Далее заготовки склеивают между собой, и они образуют длинную бесконечную полосу, из которой делают шаблоны определенной длины. Главное преимущество использования таких балок для устройства чердачного перекрытия – это небольшая масса и отличные показатели прочности и сопротивления изгибу.
Вариант #4 — двутавровые балки
Еще один популярный в России вид балок – это двутавровые. Это один из самых прочных видов балок, и поверх них можно устраивать любой настил, а не только фанеру. А снизу подшиваются гипсокартон. Эти балки настолько прочны, что их более целесообразно устанавливать в качестве междуэтажного перекрытия для полностью жилых комнат, о не только для мансарды и тем более для холодного чердака.
Еще также популярны также так называемые канадские двутавровые балки. Их изготавливают в заводских условиях из деревянных брусков, OSB плит, специальных влагостойких плит, клееного бруса или хвойной древесины.
Вариант #5 — балки из готовых ферм
Например, одна из самых последних разработок – это готовые чердачные фермы. Их высота – 350 миллиметров. Изготавливаются они из сухой древесины сечением 100х50 мм. В заводских условиях на специальном прессе с металлическими пластинами такие элементы соединяют в одну конструкцию. Причем в процессе изготовления таких ферм внутри их даже размещают инженерные коммуникации.
Отдельно стоит заметить, что сравнительно новый материал на отечественном рынке – LVL балки. Это высокопрочные однородные материалы, которые изготавливают путем склеивания под особым давлением. В расход берется нескольких слоев шпона, и в процессе изготовления брусьев волокна располагаются строго параллельно.
Характеристики у таких балок особенные. Главное преимущество состоит в том, что какие балки обладают большим выбором размеров. Сам материал отлично поддается обработке практически любыми режущими инструментами. Но учитывая цену на LVL брус, мы советуем вам приобретать его только в том случае, если ваше чердачное перекрытие будет расположено над большим пролетом и для вас в приоритете – качество и безопасность.
Вариант #7 — HTS-балки
Еще один новый вид чердачных балок — немецкие HTS. Они тоже представляют собой двутавр, где верхний и нижний слой – из древесины, а вот средний слой сделан из OSB плиты.
Между этими слоями также может быть вставлен лист профилированный стали толщиной 0,5 миллиметров со специальным полимерным покрытием. При этом сама сталь имеет волнистую форму, благодаря чему балка обладает высокими несущими характеристиками. И таких стенок может даже не одна, а две, что еще лучше для сопротивления изгибу. А чтобы HTS-балка не изгибалась и не скручивалась, между слоями с определенным шагом устанавливаются скрытые поперечные связи.
Будьте в курсе!
Длина пролета L
Шаг балок d
задать отношение h/b
задать ширину b
Задача расчета деревянного перекрытия сводится к тому, чтобы найти поперечное сечение деревянных балок и определить их шаг. Нужно это не только для того, чтобы перекрытие выдержало заданную нагрузку, но и для того, чтобы не возникали существенные прогибы, которые будут приносить существенный дискомфорт всем тем, кто будет находиться в таком помещении.
На этот вопрос нам поможет ответить данный калькулятор деревянного перекрытия.
Порядок работы: 1. Задать длину пролета балки 2. Задать шаг балок 3. Задать расчетную нагрузку на балку (посчитать можно здесь) 4. Задать сорт дерева (для расчета по прочности) 5. Задать либо отношение высоты к ширине (h/b), либо напрямую задать ширину с последующим расчетом высоты 6. Нажать на кнопку «Расчет»
Результатом будет служить подбор минимального сечения по прочности и прогибу, и на основании этих значений подбор окончательного варианта сечения и подсчетом площади для рационального использования сечения балки.
Для справки: — расчетные сопротивление дерева на изгиб приняты: для 1-ого сорта — 9 МПа, для 2-ого сорта — 8.34 МПа и для 3-его сорта — 5.56 МПа. Приняты на основании СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» при коэффициентах Mв=0.9 (нормальная экслпутация), Mт=0.8 (температура до 50 градусов), Мсс=0.9 (срок службы 75 лет), Мдл=0.66 (совместное действие постоянной и кратковременной нагрузок).
От автора: Если данный калькулятор расчета деревянного перекрытия был Вам полезен, то не забывайте делиться им с друзьями и коллегами.
Основной задачей расчета деревянного перекрытия является подбор сечения и шага деревянных балок. Шаг деревянных балок обычно принимают 0.5-1.5м, а сечение приходится рассчитывать. Непосредственно этой задачей мы и будем заниматься в данном примере.
Расчет перекрытия будем вести между 1-ым и 2-ым этажами. Зададимся исходными данными.
1. Размер перекрытия 4х6 м (балки располагаем по стороне 4 метра)2. Шаг балок – 0.6 м3. Порода древесины – сосна4. Сорт древесины – 2 сорт5. Состав перекрытия:
a. Балка перекрытия (для примерного подсчета нагрузки от собственного веса возьмем сечение 200х100)b. Черепной брусок 40х40 (крепим к балке перекрытия)c. Щит наката толщиной 20 ммd. Шумоизоляция толщиной 140 мм (пусть плотность равна 100 кг/м3)e. Черновой пол толщиной 50 ммf. Чистовой пол толщиной 15 мм
Для начала соберем распределенную нагрузку на балку.
Сбор нагрузок на балку
Все постоянные и временные нагрузки на балку сведем в таблицу:
Сперва найдем все нормативные нагрузки на площадь (кг/м2) – столбец №3.
3.1 Для определения нормативной нагрузки в кг/м2 для балок перекрытия воспользуемся следующим методом: найдем массу всех балок перекрытия и разделим на площадь, которую они перекрывают (4,8х4м).Масса одной балки – 0.2м * 0.1м * 4м * 500 кг/м3 = 40 кгМасса всех балок – 40 кг * 9 шт = 360 кгНормативная нагрузка в кг/м2 от балок перекрытия – 360 кг / 4,8м / 4м = 18,75 кг/м2
3.2 Для определения нагрузки от черепного бруска воспользуемся тем же методом:Масса одного бруска – 0,04м * 0,04м * 4м * 500 кг/м3 = 3,2 кгМасса всех брусков – 3,2 кг * 18 шт = 57,6 кгНормативная нагрузка в кг/м2 от черепного бруска – 57,6 кг / 4,8м / 4м = 3 кг/м2
Для определения нормативной нагрузки на площадь, зная плотность материала и его толщину, можно просто перемножить эти два значения, что мы и сделаем для 3, 4, 5 и 6 пунктов:
3.3 Щит наката – 0,02 м * 500 кг/м3 = 10 кг/м23.4 Шумоизоляция – 0,14 м * 100 кг/м3 = 14 кг/м23.5 Черновой пол – 0,05 м * 500 кг/м3 = 25 кг/м23.6 Чистовой пол (паркет) – 0,015 м * 650 кг/м3 = 9,75 кг/м23.7 Полезную нагрузку на перекрытие 2-ого этажа найдем в СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» таблица 8.3. Нормативное значения равномерно распределенной нагрузки будет как для квартир жилых зданий и равна 1,5 кПа или 150 кг/м2.
Запишем все полученные значения в 3-ий столбец таблицы.
После того, как нашли нагрузку на площадь – переведем ее в нагрузку на погонный метр балки. Сделать это легко, нужно просто умножить нагрузку на площадь (столбец №3) на грузовую ширину балки 0,6м (шаг между балками).
4.1 Балки перекрытия – 18,75 кг/м2 * 0,6 м = 11,25 кг/м4.2 Черепной брусок – 3 кг/м2 * 0,6 м = 1,8 кг/м 4.3 Щит наката – 10 кг/м2 * 0,6 м = 6 кг/м 4.4 Шумоизоляция – 14 кг/м2 * 0,6 м = 8,4 кг/м 4.5 Черновой пол – 25 кг/м2 * 0,6 м = 15 кг/м 4.6 Чистовой пол (паркет) – 9,75 кг/м2 * 0,6 м = 5,85 кг/м 4.7 Полезная нагрузка – 150 кг/м2 * 0,6 м = 90 кг/м
Так же сведем все полученные значения в 4-ый столбец таблицы и просуммируем их, для дальнейшего определения прогиба данной балки.
Далее, руководствуясь разделами 7 и 8 СП 20.13330.2016, расставим коэффициенты надежности по нагрузке (чем меньше вероятность точного подсчета нагрузки, тем больше коэффициент надежности по нагрузке).
Для заполнения 6-ого столбца таблицы перемножим 3-ий и 5-ые столбцы.Для заполнения 7-ого столбца таблицы перемножим 4-ый и 5-ые столбцы.Значения в 7-ом столбце просуммируем для дальнейшего расчета на прочность.Все эти нагрузки Вы также могли бы посчитать в нашем калькуляторе по сбору нагрузок на балку.
Как видно на рисунке – наша посчитанная расчетная нагрузка 174,96 кг/м практически совпадает с нагрузкой в калькуляторе 172,5 кг/м.
Расчет балки на прочность
При расчете балки на прочность будем руководствоваться СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» и основная наша формула будет выглядеть следующим образом:
Формула говорит о том, что максимально изгибающий момент в балке M, деленный на момент сопротивления сечения Wрасч, должен быть не более расчетного сопротивления дерева на изгиб Rи.Зная M и Rи мы найдем Wрасч, а зная Wрасч, мы сможем найти геометрические размеры сечения нашей балки.Максимальный изгибающий момент M в нашем случае мы можем найти по простой формуле:
где q – расчетная нагрузка на метр балки (174,96 кг/м)L – пролет балки (по факту он будет чуть-чуть меньше наших 4 метров за счет величины опирания балки, но мы будем принимать 4 м)
M = 174,96 кг/м * 4м * 4м / 8 = 349,92 кг*м или 3499200 Н*мм
Также максимальный момент можно рассчитать у нас в калькуляторе балки.
Расчетное сопротивление дерева на изгиб Rи найдем по формуле
Сильно вникать в формулу не будем, но если кратко, то берется расчетное сопротивление в идеальных условиях и умножается на ряд коэффициентов, которые чаще всего уменьшают нам расчетное сопротивление. В нашем случае, согласно пунктов 6.1 и 6.9 СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции», мы умножаем на следующие коэффициенты:
Mдл = 0.66 – коэффициент, характеризующий режим работы балки (для совместного действия постоянной и кратковременной нагрузки).Mв = 0.9 – нормальные условия эксплуатации (влажность древесины меньше 12%, максимальная относительная влажность воздуха при 20 градусах – 65%)Mт = 0,85 – для температуры воздуха в эксплуатируемом помещении 22 градусаMсс = 0,9 – для срока службы сооружения 75 летПо таблице 3 данного СП расчетное сопротивление для 2 сорта древесины равно 19,5 МПа. Умножим это сопротивление на вышеперечисленные коэффициенты.
8,86 Мпа – это то сопротивление, которое мы дальше будем принимать в расчетах.
Зная максимально изгибающий момент М и расчетное сопротивление дерева на изгиб Rи, найдем момент сопротивления сечения Wрасч как для прямоугольного сечения:
Зная формулу момента сопротивления W, можем задать ширину либо высоту сами и найти неизвестную величину, либо задать отношение высоты к ширине и решить уравнение.
Где b – ширина сечения, h – высота сечения
Рассмотрим 1-ый вариант и зададим ширину сечения b= 75 мм.
h ≥ корень(6 * Wрасч / b)h ≥ корень (6 * 394943 мм3 / 75 мм) = 177,75 мм
Принимаем h = 200 мм. Следовательно, имеем сечение 200х75 мм, которое проходит по прочности. Для интереса можем узнать момент сопротивления в этом калькуляторе
Как видно на рисунке, полученное значение 500 000 мм3 получилось больше нашего расчетного 394 943 мм3, а значит, мы все сделали правильно!
Конечно же, у нас был и калькулятор расчета балки на прочность, в котором можно сразу получить ответ. Давайте же проверим результат и там:
Прочность на рисунке обеспечена с небольшим запасом, как и у нас в расчете.Далее рассчитаем данное сечение на прогиб.
Расчет балки на прогиб
Если балка проходит по прочности, это совсем не значит, что она проходит по прогибу. Может получиться так, что балка сильно провисла, но прочность свою не потеряла, но из-за большого прогиба, человек будет крайне некомфортно себя чувствовать в таком помещении. Поэтому (и не только) прогибы не должны превышать значений, установленных в СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».
Придерживаться будем таблице Д.1 из вышеуказанного СП:
Для балок пролетом 3 метра максимальный прогиб L/150, а для балок пролетом 6 метров – L/200. Методом интерполяции найдем отношение для нашей балки (4 метра).
Теперь найдем фактический прогиб нашей балки от нормативной нагрузки на метр, которая у нас получилась 138,3 кг/м, по следующей формуле:
f = 5*q*L*L*L*L/384/E/I
где q = 138,3 кг/м или 1,383 Н/ммL = 4000 ммE – модуль упругости дерева 10000 МпаI – момент инерции прямоугольного сечения (b*h*h*h/12 = 75*200*200*200/12 = 50000000 мм4, также это значение можно найти в калькуляторе моментов инерции)
f = 5 * 1,383 Н/мм * 4000 мм * 4000 мм * 4000 мм * 4000 мм / 384 / 10000 Мпа / 50000000 мм4 = 9,22 мм
Получаем, что фактический прогиб 9,22 мм меньше предельного прогиба 23,95 мм, а, значит, балка сечением 200х75 мм проходит по прогибу.Прогиб балки проверим еще у нас в расчете:
Прогиб в программе (9,77 мм) почти совпал с посчитанным прогибом (9,22 мм).
Балки перекрытия являются основными несущими элементами всего деревянного перекрытия. От правильного выбора и подбора размеров и количества балок зависит надежность деревянного перекрытия. Основными размерами деревянных балок перекрытия являются их длина и сечение. Определять длину балки нужно исходя из ширины пролета, который вам необходимо будет перекрыть. Размеры сечения балки перекрытия зависят от длины пролета, расстояния между устанавливаемыми балками (шага установки) и предполагаемой нагрузки, которая будет действовать на балки перекрытия. Статья расскажет, как можно самостоятельно рассчитать количество и размеры балок.
Определение необходимого количества и размеров балок перекрытия.
Размеры и количество деревянных балок для конструкции перекрытия определятся, исходя из нескольких составляющих. Для начала необходимо измерить ширину пролета, который будет перекрыт. Затем определяем способ крепления балок перекрытия на стенах строения, то есть на сколько балки зайдут в стены. После этого нужно рассчитать нагрузки, которые будут действовать на балки перекрытия при вводе объекта строительства в эксплуатацию. И заключительный этап: с использованием таблиц и специальных программ-калькуляторов подбирается нужное сечение и шаг балок перекрытия.
Расчет длины балок перекрытия.
Размеры пролета, который необходимо перекрыть и размер заделывания балок перекрытия в стены определяет длину балок. Длина замеряется рулеткой. Глубина заделывания балки в стену в каждом случае должна определяться индивидуально, исходя из того материала, из которого изготовлены стены. В кирпичные или бетонные стены балки перекрытия устанавливаются в пазы глубиной около 100 мм, если балка перекрытия изготовлена из доски и на глубину 150 мм, если балка из бруса. В деревянных стенах вырубают специальные зарубки, глубина которых должна составлять не менее 70 мм. В случае крепления балок перекрытия к деревянным стенам при помощи специальных металлических креплений, в качестве которых используют уголки, кронштейны, хомуты, длина балок такая же, как и расстояние между стенами. В некоторых случаях на деревянные балки перекрытия монтируют стропильные ноги крыши и тогда необходимо выпустить балки за стену на 30-50 см, чтобы сформировать свет будущей крыши.
Балки перекрытия в зависимости от того из какого материала или древесины они изготовлены могут перекрывать разный размер пролетов. При этом необходимо учитывать, что оптимальным является длина пролета в 2,5–4 м. При длине до 6 м может быть использована балка перекрытия из обрезной доски или бруса. От 6 до 12 м уже необходимо применять балки перекрытия из клееного бруса, которые могут быть прямоугольными или двутавровыми. В случае же использования обычных балок перекрытия необходимо опирать их на промежуточные опоры, в качестве которых выступают стены или колонны. Вместо балок, если длина пролета составляет более 6 м, можно использовать деревянные фермы.
Для расчета балки перекрытия, воспользуйтесь онлайн калькулятором расчета балки перекрытия.
Расчет нагрузки, действующей на перекрытие.
Нагрузка собственного веса всех элементов перекрытия, среди которых балки перекрытия, зашивки, межбалочное заполнение и вес эксплуатационной нагрузки, включающей в себя вес мебели, других предметов и устройств, находящихся в помещении, вес людей составляют общую нагрузку, действующую по балкам перекрытия на само перекрытие. Рассчитать эту нагрузку довольно сложно, она выполняется специалистами и представляет собой громоздкие расчеты, выполняемые специалистами в процессе проектирования конструкции перекрытия. Однако, используя приведенный ниже упрощенный вариант, можно выполнить эти расчеты самостоятельно.
Согласно СНиП 2.01.07-85 эксплуатационная нагрузка составит в данном случае 90 кг/м2, включающая 70 кг/м2 – нормативное значение для этого вида чердака 1,3 – коэффициент запаса.
Сложив 50 кг/м2 и 90 кг/м2 получим общую расчетная нагрузка для указанного выше чердачного перекрытия, которая составит 140 кг/м2, а после округления 150 кг/м2.
Если же чердак планируется использовать для хранения вещей, в других целях, когда на перекрытие будет действовать большая нагрузка, или при изготовлении использовался тяжелый утеплитель и более тяжелые заполнитель и подшивка, нормативное значение нагрузки увеличится до 150 кг/м2, и, соответственно общую округленную нагрузку на чердачное перекрытие следует принимать за 250 кг/м2 (50+150х1,3 = 245 кг/м2). Когда чердачное помещение используется для проживания людей в качестве мансарды, общая расчетная нагрузка, с учетом веса полов, перегородок, мебели, дверей, увеличивается до 300-350 кг/м2. Однако, в данном случае нужно также учесть вес устанавливаемых при устройстве мансарды междуэтажных деревянных перекрытий, а временная нагрузка при эксплуатации состоит из большого количества мебели и людей, общая нагрузка должна приниматься за 350 – 400 кг/см2.
Определение сечения и шага деревянных балок перекрытия.
Выше было рассмотрено как определить необходимую длину и рассчитать общую нагрузку. После этого нужно определить необходимое сечение балок перекрытия и шаг укладки, которые связаны между собой. Прямоугольное сечение деревянной балки перекрытия является лучшим, если соотношение высоты и ширины соотносится как 1,4:1. Ширина балки перекрытия в этом случае может быть в пределах от 40 до 200 мм, а высота от 100 до 300 мм. Высота балок выбирается такой же как и толщина утеплителя. Если в качестве балок перекрытия используются бревна, их диаметр должен быть в пределах от 110 до 300 мм.
Шаг деревянного перекрытия напрямую зависит от того, какого вида и сечения используется материал балки перекрытия и может быть от 300 до 1200 мм, чаще же всего шаг деревянного перекрытия выбирается в пределах от 600 до 1000 мм. При выборе расстояния между балками перекрытия можно исходить и из размера плит утеплителя, которые будут уложены в межбалочное пространство, или листов подшивки потолка. В каркасных зданиях нужно стремиться, чтобы шаг укладки соответствовал шагу стоек каркаса. Тогда будет обеспечена наибольшая надежность конструкции из-за ее жесткости.
С помощью справочных таблиц можно достаточно точно сделать расчет размеров деревянных балок перекрытия или провести проверку уже выбранных размеров. При проведении расчетов нужно учитывать, что относительный прогиб чердачных перекрытий не должен превышать 1/200, а междуэтажных перекрытий – 1/350.
Информация
Балка с любым поперечным сечением – это основополагающий элемент объемных конструкций, а деревянная балка – важный компонент зданий и сооружений. Постоянные и временные перекрытия и консоли повсеместно выполняются из брёвен, бруса или собранных в пакет досок.
Балки способны успешно воспринимать статические и динамические нагрузки: работающий человек, оборудование и имущество, интерьер и мебель уверенно размещаются на перекрытии. Предварительный расчёт прочности как оценка несущей способности призван обезопасить возводимое сооружение от поломки и придать ему необходимую жесткость – основу долговечности.
Стандартная оценка заключается в применении специализированных методик расчёта. Для этого потребуется комплексное знание механики, сопротивления материалов и других инженерных тонкостей. Гораздо проще и быстрее – провести расчет деревянной балки онлайн, с помощью отдельного инструмента в виде простого калькулятора.
Проверка балки на прогиб теперь выполняется за считанные секунды – что кардинально ускоряет работу специалиста и снижает затраты времени.
Возможности инструмента
Калькулятор прогиба деревянной балки позволяет оценить основные параметры планируемого пролётного элемента:
размеры поперечного сечения;
длину самой балки;
её прогиб под планируемой нагрузкой.
Параллельно учитывается сорт древесины, что немаловажно из-за прямой зависимости между качеством пиломатериалов и механическими свойствами изделия.
Точность величины прогиба как отклонения от прямолинейности зависит от типа закрепления расчётного элемента. Жёсткая заделка обоих концов, наличие шарнирных соединений или вовсе свободный конец означают разное поведение материала балки.
Мастеру достаточно понять, как будет закрепляться каждый элемент перекрытия, измерить геометрию участка и оценить нагрузку – этого хватит для укрупнённого расчёта. Если нет точного значения приходящейся на пол массы, можно применить среднестатистические значения:
перекрытие между этажами – до 400 кг/кв. метр;
чердачное перекрытие – до 200 кг/кв. метр.
Порядок расчёта
Оценивается по внешнему виду и наличию дефектов, прописывается в документации по качеству на партию товара.
Для справки: сопротивление сортов древесины Приняты на основании СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции»
1-ого сорта — 9 МПа,
2-ого сорта — 8.34 МПа
3-его сорта — 5.56 МПа.
Тип заделки концов.
Нужно определить, как будет закрепляться расчётная балка:
Расчет деревянной балки на прочность онлайн-калькулятор проводит комплексно – для чего важен характер давления.
Линейные размеры сечения.
Необходимо задать размеры поперечного сечения — и определить таким образом мощность балки. Калькулятор работает с наиболее распространёнными типами сечения – прямоугольным и квадратным (при задании одинаковых ширины и высоты).
На этом этапе важно ввести не полную длину – а расстояние между крайними точками, находящимися в подвешенном состоянии. Проблема заключается в распространённой ошибке: прогибу подвергается только не опирающаяся часть.
