Как рассчитать размеры деревянных балок перекрытия

Какую древесину лучше выбрать для деревянных перекрытий и как правильно уложить балки?

Сборные балки перекрытия из доски

Одна из разновидностей перекрытий — деревянные балочные (бывают еще монолитные, сборные, кессонные и др.). Их сооружают как в брусовых, бревенчатых и каркасных домах, так и в возведенных из кирпича или бетонных блоков. Для начала разберемся, какими характеристиками должны обладать перекрытия.

Для повышения жесткости перекрытия деревянные балки укрепляют распорками

На первом месте, разумеется, стоит прочность, ведь помимо собственного веса перекрытия несут на себе нагрузки от предметов обстановки и находящихся в помещении людей. В соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85, они должны быть рассчитаны на равномерно распределенную нагрузку не менее 150 кгс/м² (при проектировании ее значение для междуэтажных перекрытий обычно несколько завышают, а для чердачных, наоборот, занижают). Если планируется установить в помещении, например, котел, бильярдный стол или рояль, то при инженерных расчетах обязательно учитывают оказываемые ими сосредоточенные нагрузки.

Распорки в перекрытии первого этажа

Вторая важная характеристика — жесткость, то есть устойчивость к прогибу под воздействием нагрузок: не более 1/200 или 1/250 пролета для чердачных и междуэтажных перекрытий соответственно. Кроме того, конструкция должна быть стабильной и «не реагировать» на хождение людей, перестановку мебели и т. п.

Балки из неклееной древесины зачастую имеют высокий процент влажности, из-за чего могут деформироваться в процессе эксплуатации здания

Возлагаются на перекрытия и такие задачи, как защита от передачи воздушного и ударного шума из одной комнаты в другую; предотвращение утечки тепла из обогреваемого помещения в холодное (чердак, подвал) при разнице температур в них ≤10°С; а также создание препятствия для распространения в здании огня.

Неклееными балками можно перекрыть пролет длиной не более 6 м. При перекрытии больших пространств можно использовать балки из LVL-бруса, максимальная длина которых составляет 18 мДлина пролета, который удастся перекрыть с помощью балок из клееной древесины, может достигать 12 мКлееные балки прочнее неклееных того же сечения

Плюсы и минусы деревянных перекрытий

Несомненные плюсы таких конструкций — легкость, быстрота сооружения и сравнительно невысокая стоимость. Ну а минусы типичны для древесины. Во-первых, балки чувствительны к изменениям температурно-влажностного режима, что чревато их деформацией. Во-вторых, дерево подвержено различным биопоражениям (гниль, грибок и пр.). По этой причине для изготовления балок следует использовать хорошо высушенный материал с влажностью не более 8–12%, в обязательном порядке обработанный специальными антисептическими препаратами, что позволит существенно продлить срок службы конструкций. Кроме того, действенной мерой по предотвращению преждевременной порчи древесины является поддержание в доме постоянного уровня температуры и влажности.

Балка перекрытия, состоящая из склеенных между собой досок-ламелейБалки зафиксированы на стенах и сращены встык стальными уголками и накладками, которые закреплены саморезамиТорцевые части балок заглублены в пазы, вырезанные в стенах

Еще один минус деревянных перекрытий заключается в их повышенной пожароопасности. Вследствие этого балки должны быть пропитаны огнезащитными составами, а по периметру проходящих сквозь перекрытия дымовых труб — устроены изоляционные короба, заполненные негорючей каменной ватой высокой плотности.

Деревянные балки — каковы основные размеры?

Каких размеров должны быть деревянные балки? Размеры подбираются под нужды проекта, поэтому производители предлагают различные модели. Наиболее легко доступны:

деревянные балки 10 х 10;
деревянные балки 12 х 12;
деревянные балки 15 х 15 .

Стоит знать, что пролет балок деревянного фундамента, рассчитанный с учетом света стен, составляет шесть метров. В зависимости от того, насколько велика нагрузка, балки должны быть от 60 до 90 см. Максимальный прогиб балки не может превышать 1/300 их пролета. Оптимальное соотношение сторон луча составляет примерно 5: 7. Лучше всего, если длина балки, опирающейся на стену, будет равна ее высоте.

Устройство перекрытия по деревянным балкам

Установка деревянных балок перекрытия позволяет решить такие задачи:

достичь необходимых показателей прочности и жесткости перекрытия;
обеспечить соответствие звукоизоляции и сопротивления теплопередаче уровню необходимому для энергосбережения;
выдержать соответствие установленным нормативам показателей паро- и воздухопроницания.

Выбор балки для межэтажных перекрытий:

Балки перекрытия из бруса. Чаще всего для изготовления балок выбирают брус прямоугольного сечения. Высота бруса должна находится в пределах 140-240 мм, а толщина 50-160 мм. При этом выдерживается правило: толщина балки составляет не менее 1/24 от ее длины. Профессионалы отмечают, что большая прочность присуща деревянной балке с соотношением сторон 7:5.

Балки перекрытия из бревна. Экономически более выгодное решение. Бревно обладает большой стойкостью к нагрузкам, но и низкой стойкостью к изгибу. Бревно пригодно для использования только если выдержано в сухих условиях не менее одного года.

Балки перекрытия из досок. Использование доски приводит к уменьшению потребляемого для устройства перекрытия количества пиломатериалов. Но, стоит отметить, что в данном случае понижается устойчивость перекрытия к огню, долговечность и звукоизоляция. Обычно доска используется при строительстве чердачного перекрытия. Чтобы усилить доски можно воспользоваться приемом — срастить вместе две доски по длине. Тогда суммарное сечение будет соответствовать уровню нагрузки. Такая конструкция может выдерживать нагрузку в 2 раза большую, нежели бруса или две доски, уложенные вплотную друг к другу. В данном случае крепление осуществляется саморезами или гвоздями, зафиксированными в шахматном порядке с шагом 20 см.

Рекомендуем! Подробное описание деревянных балок перекрытия — типы, виды, расчет балки на изгиб, прочность и нагрузку.

Сечение балок деревянного перекрытия

Напрямую зависит от величины предполагаемой нагрузки на балки. Нагрузку делят на постоянную, создаваемую полом, мебелью, и переменную, зависит от количества одновременно находящихся на перекрытии людей и предметов.

Способ монтажа деревянных балок перекрытия

Монтаж цельных деревянных балок Укладка цельных деревянных балок.

В данном случае балки укладываются без сращивания. Чтобы минимизировать прогиб, нужно укладывать их вдоль более короткой стены. Таким образом, количество балок увеличится, но длина каждой отдельной балки уменьшится.

Монтаж усиленных (срощенных) балок Укладка усиленными (срощенными) балками.

Этот способ монтажа предполагает монтаж стыка на внутренней стене постройки.

Укладка балок короткими прогонами Укладка короткими прогонами.

На жаргоне строителей их называют разменниками. По сути, это балки, уложенные перпендикулярно к продольным балкам. Служат для усиления перекрытия.

Схема укладки балок короткими прогонами

Материал подготовлен для сайта www.moydomik.net

Следует учесть, что устройство перекрытия по деревянным балкам будет надежным при условии правильного выбора породы дерева. Так, не подходят для этого вида работ лиственные породы. Причиной этому является плохая устойчивость на изгиб, а вот древесина хвойных пород подходит идеально. Главное, чтобы она была очищена от коры и обработана антисептическим раствором.

Плюсы деревянных балок перекрытия:

малый вес. Это позволяет уменьшить нагрузку на стены и фундамент дома, упростить транспортировку и облегчить процесс монтажа;
возможность выполнять работу вдвоем, своими руками, без привлечения специальной техники;
доступность и сравнительно низкая стоимость;
возможность уложить изоляцию;
высокая скорость проведения работ.

Минусы деревянных балок перекрытия:

ограничения по длине закрываемого пролета. Длина деревянных балок не превышает 6 000 мм, а закрывать они могут максимум 4 500 мм. без установки дополнительной вертикальной опоры;

потребность в дополнительной защите древесины от гниения, биологического разрушения и расколов;

зыбкость. Деревянная балка может «играть» при перемещении по ней людей и создавать дополнительный шум. Требуется устройство дополнительной звукоизоляции.

Пример расчета деревянной балки перекрытия.

Расчет выполняется в соответствии со СНиП II-25-80 ( СП 64.13330.2011) «Деревянные конструкции» и применением таблиц .

Исходные данные.

Требуется рассчитать балку междуэтажного перекрытия над первым этажом в частном доме.

Материал — дуб 2 сорта.

Срок службы конструкций — от 50 до 100 лет.

Состав балки — цельная порода (не клееная).

Шаг балок — 800 мм;

Длина пролета — 5 м (5 000 мм);

Пропитка антипиренами под давлением — не предусмотрена.

Расчетная нагрузка на перекрытие — 400 кг/м2; на балку — q_р = 400·0,8 = 320 кг/м.

Нормативная нагрузка на перекрытие — 400/1,1 = 364 кг/м2; на балку — q_н = 364·0,8 = 292 кг/м.

Расчет.

1) Подбор расчетной схемы.

Так как балка опирается на две стены, т.е. она шарнирно оперта и нагружена равномерно-распределенной нагрузкой, то расчетная схема будет выглядеть следующим образом:

2) Расчет по прочности.

Определяем максимальный изгибающий момент для данной расчетной схемы:

М_max = q_p·L2/8 = 320·52/8 = 1000 кг·м = 100000 кг·см,

где: q_p— расчетная нагрузка на балку;

L — длина пролета.

Определяем требуемый момент сопротивления деревянной балки:

W_треб = γ_н/о·M_max/R = 1,05·100000/121,68 = 862,92 см3,

где: R = R_и·m_п·m_д·m_в·m_т·γ_с_c= 130·1,3·0,8·1·1·0,9 = 121,68 кг/см2 — расчетное сопротивление древесины, подбираемое в зависимости от расчетных значений для сосны, ели и лиственницы при влажности 12% согласно СНиП — таблицы 1 и поправочных коэффициентов:

m_п = 1,3 — коэффициент перехода для других пород древесины, в данном случае принятый для дуба (таблица 7 ).

m_д = 0,8 — поправочный коэффициент принимаемый в соответствии с п.5.2. , вводится в случае, когда постоянные и временный длительные нагрузки превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок.

m_в = 1 — коэффициент условий работы (таблица 2 ).

m_т = 1 — температурный коэффициент, принят 1 при условии, что температура помещения не превышает +35 °С.

γ_сс = 0,9 — коэффициент срока службы древесины, подбирается в зависимости от того, сколько времени вы собираетесь эксплуатировать конструкции (таблица 8 ).

γ_н/о = 1,05 — коэффициент класса ответственности. Принимается по таблице 6 с учетом, что класс ответственности здания I.

В случае глубокой пропитки древесины антипиренами к этим коэффициентам добавился бы еще один: m_a = 0.9.

С остальными менее важными коэффициентами вы можете ознакомится в п.5.2 СП 64.13330.2011.

Примечание: перечисленные таблицы вы можете найти здесь.

Определение минимально допустимого сечения балки:

Так как чаще всего деревянные балки перекрытия имеют ширину 5 см, то мы будем находить минимально допустимую высоту балки по следующей формуле:

h = √(6W_треб/b) = √(6·862,92/5) = 32,2 см.

Формула подобрана из условия W_балки = b·h2/6. Получившийся результат нас не удовлетворяет, так как перекрытие толщиной более 32 см никуда не годится. Поэтому увеличиваем ширину балки до 10 см.

h = √(6W_треб/b) = √(6·862,92/10) = 22,8 см.

Принятое сечение балки: bxh = 10×25 см.

3) Расчет по прогибу.

Здесь мы находим прогиб балки и сравниваем его с максимально допустимым.

Определяем прогиб принятой балки по формуле соответствующей принятой расчетной схеме:

f = (5·q_н·L4)/(384·E·J) = (5·2,92·5004)/(384·100000·13020,83) = 1,83 см

где: q_н= 2,92 кг/cм — нормативная нагрузка на балку;

L = 5 м- длина пролета;

Е = 100000 кг/см2 — модуль упругости. Принимается равным в соответствии с п.5.3 СП 64.13330.2011 вдоль волокон 100000 кг/см2 и 4000 кг/см2 поперек волокон не взирая на породы при расчете по второй группе предельных состояний. Но справедливости ради нужно отметить, что модуль упругости в зависимости от влажности, наличия пропиток и длительности нагрузок только у сосны может колебаться от 60000 до 110000 кг/см2. Поэтому, если вы хотите перестраховаться, то можете взять минимальный модуль упругости.

J = b·h3/12 = 10·253/12 = 13020,83 см4 — момент инерции для доски прямоугольного сечения.

Определяем максимальный прогиб балки:

f_max = L·1/250 = 500/250 = 2,0 см.

Предельный прогиб определяется по таблице 9 , как для междуэтажных перекрытий.

Сравниваем прогибы:

f_балки = 1,83 см < f_max= 2,0 см — условие выполняется, поэтому увеличения сечения не требуется.

Вывод: балка сечением bxh = 10×25 см полностью удовлетворяет условиям по прочности и прогибу.

Какие плюсы и минусы у деревянных балок?

Прежде чем принять решение о выборе потолка, внимательно проанализируйте все достоинства и недостатки этого решения.

Преимущества деревянных балок

балки легче железобетонных перекрытий — не нагружают конструкцию дома,
балки дешевле железобетонных перекрытий,
работы можно выполнять даже в осенне-зимний период,
балки крепятся довольно быстро,
изготовление потолка не требует использования специализированного оборудования,
в них легко можно сделать проем для лестницы или чердачный люк,
можно создать под ними потолок на подвесной конструкции,
можно легко распределить кабели различных инсталляций между потолком.

Недостатки деревянных потолков

отсутствие устойчивости к биологической коррозии — может появиться грибок или гниль ,
на потолок может негативно повлиять короед,
деревянные потолки необходимо очень тщательно пропитывать, чтобы уберечь их от возгорания,
неправильная установка может привести к провисанию балок перекрытия,
неправильный монтаж также может привести к скрипу,
Деревянный потолок немного менее прочен, чем бетонный.

Балки на потолке в гостиной — идеи оформления

Представляем идеи дизайна интерьера с использованием деревянных балок на потолке:

деревенские деревянные балки на потолке — при выборе декоративных потолочных балок многие выбирают деревенский стиль в данной комнате. Если вы также выберете такую традиционную форму, помните, что балки отлично сочетаются со светлыми стенами и ретро-декором. Красивое кресло, зеркало в позолоченной раме или декоративный комод из дерева станут прекрасным дополнением такой композиции;
потолочные балки в гостиной в новом варианте — помимо традиционных интерьеров с балками на заднем плане стоит подумать и об их современном варианте. Световые балки, например, из сосны, которые «вмонтированы» в чердак, придадут интерьеру современный скандинавский вид. Балки нестандартных размеров, например, напоминающие тонкие и длинные доски, также будут отлично смотреться в помещениях;
потолок с деревянными балками по цвету — интересным решением обустройства являются также нестандартные цвета деревянных балок на потолке. Например, здесь отлично подойдет белый цвет, который дополнительно зрительно увеличивает комнату и делает пространство более открытым. В светлых высоких помещениях тоже стоит использовать черный цвет — эти балки (прикрепленные по длине комнаты) будут красиво выделяться.

Решаясь сделать потолок из дерева, обратите внимание на использование используемых деревянных балок. Особенно это касается древесины, которую вы будете использовать. Во время монтажа больше всего ошибок можно допустить при стыковке деревянного потолка с кирпичной стеной. Самый популярный способ соединить деревянный потолок со стеной — просто положить его сверху.

Если вы выберете это решение, необходимо соблюдать несколько требований. Прежде всего, деревянную балку следует отделить от обода слоем влагозащитного утеплителя. Это требование к долговечности части балки перекрытия, опирающейся на стену. Чтобы вода могла конденсироваться в стыке, испариться, между блоками и балкой должно пространство.

Правильно выполненные потолки из дерева, как и другие потолки из массива дерева, в первую очередь являются результатом использования соответствующих качественных материалов. Влажность древесины не должна превышать 18% в конструкциях, защищенных от влаги, и — 23% в конструкциях на открытом воздухе. Применение в строительных элементах древесина при повышенной влажности вызывает ее растрескивание и деформацию.

Особенно опасно недостаточное высыхание древесины — усадка вяжущих может привести к проблемам со стенами фундамента. Также неправильно использовать излишне просушенную древесину, потому что, впитывая влагу из окружающей среды, она разбухает, деформируется и коробится. Особое внимание следует уделять защите деревянных элементов от влаги во время транспортировки, хранения и сборки, чтобы предотвратить намокание древесины

Способы усиления деревянной балки перекрытия

Если выяснилось, что несущий элемент требует ремонта, есть несколько методов, которые помогут восстановить способность балки к выдерживанию нагрузок.

Наращивание площади сечения. Один из самых эффективных методов. С двух сторон деревянной доски или бруса, поврежденных по тем или иным причинам, устанавливают накладки с толщиной не менее 50 мм. Усиливающие детали могут монтироваться как по всей длине, так и на поврежденном участке. Перед проведением работ следует поднять балку домкратом, чтобы полностью убрать существующий прогиб. Монтаж проводится с помощью винтов или шпилек, проникающих сквозь первоначальный несущий элемент и скрепляющих обе накладки между собой.
Металлические накладки. Вариация на тему предыдущего метода, только в качестве усилителей выступает не деревянная доска, а швеллер либо металлическая полоса.
Прутковый протез. Этот метод чаще всего применяют для восстановления несущей способности торцевых частей балок. В качестве материала используют металлическую арматуру. Работы проводятся после установки опоры под поврежденную балку и разборки перекрытия. Восстановленный несущий элемент имеет меньшую способность сопротивляться нагрузкам, чем новый, это следует учитывать в период эксплуатации.
Армирование углеволоконными элементами. Современный инновационный метод усиления и укрепления балок перекрытия. Подходит даже в том случае, если нарастить размеры конструкции невозможно. Углепластиковые элементы имеют малый вес и значительную несущую способность. Для ремонта балок используют различные типы углеволоконных материалов – пластины, листы, пруток. Монтаж проводят с применением специального эпоксидного клея, после застывания полученный конструктивный элемент по прочности не уступает стали.

Вне зависимости от выбранного способа реставрации несущей конструкции, необходимо выполнить требования безопасности во время проведения работ. Следует установить опорные поддерживающие стойки или леса во избежание обрушения во время ремонта.

Более простой и дешевый способ звукоизоляции

При желании уменьшить ударный шум со второго этажа можно собрать деревянные перекрытия в доме и немного по другой технологии. В этом случае также сначала устанавливаются балки. Затем на них монтируются специальные звукопоглощающие прокладки. Последние стоит предварительно пропитать или обработать антисептическим составом. При сборке перекрытий на второй этаж в загородных частных домах обычно используются войлочные или резиновые прокладки.

Монтируются эти элементы непосредственно на балки. На них укладывают (без крепежей) лаги. Длина последних должна быть такой, чтобы они не касались стен дома. Монтируют лаги поперек балок. Далее устанавливают плиты звукоизолятора. Кладут их и между балками, и между лагами (в два-три слоя). Поверх получившегося «пирога» набивают доски. Пароизолятор в данном случае использовать также следует обязательно.

Что еще нужно учитывать

Выполнив расчет балок перекрытия и закупив все необходимые материалы, можно приступать собственно к монтажу конструкции. Однако перед этим желательно выполнить еще ряд подготовительных мероприятий.

Дерево – материал относительно недолговечный. Со временем из-за сырости брусчатые балки и доски могут начать подгнивать. Чтобы оттянуть этот процесс на как можно более долгий срок, перед началом сборки перекрытия все пиломатериалы следует обработать специальным антисептическим средством. Такие составы обычно предохраняют дерево еще и от заражения грибком.

Помимо этого, брус и доски нужно покрыть средством, снижающим риск возгорания. В случае пожара обработанный таким образом материал, конечно же, будет поврежден. Однако обработанные такими составами брус и доски не горят, а тлеют. Следовательно, у жильцов при пожаре будет больше времени для того, чтобы покинуть дом.

Также очень неплохо перед сборкой перекрытия обработать доски и брус средством против насекомых. Жучки-точильшики в последующем могут доставить владельцам дома массу неприятностей.

Основные преимущества и недостатки деревянных перекрытий

В сознании граждан сложился стереотип, согласно которому панели из сборного железобетона — единственно возможное решение для любого здания. Преодолеть его не трудно.

Достаточно перечислить преимущества деревянных балочных перекрытий:

Минимальная стоимость (1 м3 бруса в несколько раз дешевле 1м3 пустотных панелей);
Нагрузка на стены в 2-3 раза меньше, чем от панелей. Это позволяет существенно снизить расход арматуры и бетона при устройстве фундамента;
На небольших пролетах (до 4 метров) деревянные балки можно укладывать вручную, используя простейшие приспособления (лебедку или подъемный блок). Смонтировать тяжелые плиты без мощного крана – задача нереальная;
Низкая трудоемкость и высокая скорость работ (по сравнению с заливкой монолитного ж/б перекрытия);
Экологичность (в бетоне используется гранитный гравий, радиационный фон которого может существенно превышать норму).

Как известно, достоинства не бывают без недостатков. У перекрытий из древесины их немного:

Повышенная деформативность. Проявляется в эффекте вибрирования при хождении и образовании трещин в местах примыкания перегородок из гипсокартона;
Низкая огнестойкость (без специальной пропитки);
Относительно небольшая длина (не превышает 6 метров). У ж/б панелей она достигает 7,2 метра.

К числу недостатков данных конструкций некоторые авторы тематических статей относят образование трещин в штукатурке потолка и плохую изоляцию ударного шума. Однако, при грамотном подходе к монтажу две эти проблемы решаются просто и надежно. Для этого ниже несущих балок укладывают ряд менее толстых брусьев, специально предназначенных для подшивки потолка (гипсокартон, ОСП, вагонка, доска).

Усиление балок перекрытия: когда оно необходимо

Основой любого строительства является точный и скрупулезный расчет. Он гарантирует стабильно успешную эксплуатацию здания, максимально длительный срок службы любых деревянных, металлических и бетонных элементов, комфортное проживание в стенах дома его обитателей. Но жизнь, как известно, непредсказуема и любит вносить в наши планы собственные коррективы. В результате мы сталкиваемся с тем, что насущно необходимым становится усиление перекрытий. Самыми распространенными поводами для такого шага признаны следующие моменты.

Конструкция из балок

Деревянная конструкция перекрытия утратила свои качества. Проще говоря, износилась. Влажность оказалась нерасчетной, времени прошло достаточно много, вредители проявили повышенную активность, стены и прочие составляющие подверглись неожиданным температурным перепадам – вариантов может быть множество. Частный случай – изначально не слишком качественная древесина, пошедшая на изготовление балок. К сожалению, этот вариант не так уж редок. Результат один: несущая способность конструкции снижается, и строение нуждается в усилении деревянных балок перекрытия. Проверка на срочность манипуляций проста: если балка при длине в 2,5 метра прогнулась под собственным весом на 1 сантиметр – это норма. Если прогиб превышает этот показатель, элемент конструкции нужно усилить.
Балка из древесины нуждается в усилении по «личным» требованиям. К примеру, вы решили из чердака сделать мансарду или даже полноценную жилую комнату. Нагрузки на перекрытие второго этажа обязательно возрастут. А значит, требуется изменение сечения удерживающих его деревянных балок.

Усиление балочной конструкции можно произвести разными способами. Ознакомимся с самыми распространенными.

Смотрите видео: