Деревянные двутавровые балки перекрытия расчет

Балки перекрытия из дерева обеспечивают не только прочность горизонтальной конструкции. Перекрытие предназначено для придания жесткости всему зданию. Именно по этой причине выбору несущих элементов и их установке стоит уделить особое внимание.

Основные характеристики швеллера

Этот вид металлопроката производится способами горячей прокатки и гибки полосовых заготовок. В соответствии с таблицами ГОСТа 8240, высота стенки стального швеллера – 50-400 мм. Горячекатаные изделия с наклонными внутренними гранями полок имеют увеличенную площадь сечения и по прочностным характеристикам приближаются к аналогам с двутавровым профилем. Для повышения прочности и устойчивости к низким температурам прокат изготавливают из качественных углеродистых и низколегированных марок стали.

Швеллер удобен для монтажа на плоских поверхностях. Прокат используется для армирования бетонных конструкций, создания каркасных строений, при производстве легких машин и механизмов. В частном строительстве лучшим выбором является швеллер, а не двутавр, что объясняется сочетанием достаточной прочности и доступной стоимости П-образного профиля. Двутавровая балка, благодаря массивности и высоким прочностным характеристикам, в основном применяется в крупномасштабном промышленном и гражданском строительстве.

Расчет стальных балок

Проектирование металлических конструкций любого сечения, обоснование принятия меньшего сечения (облегченние) проверками согласно СНиП (СП) металлоконструкций. Детальный расчет стальных балок, монтажных узлов и стыков всех основных видов:

  • Переменного под длине сечения
  • Подкрановые или кран-балки
  • Балки перекрытий и покрытий
  • Стальные перемычки над проёмами
  • Стропильные конструкции
  • Обрешётка по ограждающие конструкции

Проектирование металлических балок включает в себя:

  1. Рассмотрение конструктивной схемы:
    1. принятие расчётной схемы работы (разрезная, неразрезная)
    2. определение связей из плоскости изгиба
  2. Определение вида сечения балки
  3. Задание марки стали
  4. Проверка сечения — собственно сам расчёт расчет стальной балки
  5. Конструирование узлов опирания

Конструктивные схемы работы балок

Расчётная схема: а) Шарнирно-опертая балка (длина балки = расстоянию между опорами) б) Консольная балка (жестко-защемлённая балки водной опоре) в) Неразрезная балка (на одну балку приходится более 2-х опор)
По виду работы балки: а) Прямой изгиб (наличие связей при больших пролётах уменьшает сечение — тавровое сечение) б) Косой изгиб (для тавровых сечений: обычно требуется наличие связей из плоскости, не менее 2-х, при малый пролётах используется замкнутое сечение)  

Основные сечения стальных балок

Сечение конструкции Название / описания работы
Профильная труба Примеряется в качестве обрешетки, ветровых прогонов
  Швеллер Самый распространённый вид балки, экономично применять при профилированном настиле, который скрепляет её
  Двутавр Балочный — хорошо работает когда сосредоточенная нагрузка на балку передается через балку, которая является связью. Профиль дорогой но устойчивый. Применяется что бы уменьшить высоту перекрытия. Широкополочный — тяжелый вариант балки, применяется когда есть потребность уменьшить высоту балки по архитектурным соображениям
  ЛСТК Хорошо применять при пролётах до 2,0м. Нет программ для расчёта, сложный расчёт по СП Конструкции стальные тонкостенные
  Балка с перфорированной стенкой Минус — требуется изготовление балки на заводе (увеличивается стоимость) Плюс — при пролётах 9-13м, при относительно небольшой нагрузки (снеговая) и при больших объемах можно получается экономический эффект
  С гибкой стенкой балка применяется балка при пролётах 12-18м Легче балка по сравнению с устойчивой стенкой
Балка с устойчивой стенкой применяется балка при пролётах 12-18м.
Бистальная балка с устойчивой стенкой применяется балка при пролётах 12-18м при увеличенных нагрузках. Суть балки -пояса изготавливаются из высококачественной стали, а стенка из обычной

В общем расчет стальных балок из прокатного профиля, расположенного вертикально — самый простой алгоритм. Тут справляется простые программы. Но как дело доходит до сварных конструкций, то тут и передовой софт отстаёт. Нет множество проверок устойчивости стенки и пояса и при этом нет предупреждений явных. Так же к прогонам, расхоложенных на наклонной плоскости, при отсутствии профнастила, также требует хорошего понимания его работы.

Выравнивающие (двутавровые) балки

В процессе создания перекрытий соблюдают массу различных нюансов, чтобы получить высокий результат, поскольку это довольно сложная операция. Насколько идеальным по своим характеристикам получится формируемый объект, зависит во многом от состояния опалубочной системы.

Чем она надежнее, прочнее, жестче, крепче, тем выше качество потолочного пролета. Соответственно, нагрузка от бетонного монолита должна распределяться равномерно, а не концентрироваться на определенных элементах формы.

В общем-то, в этом и заключается роль выравнивающих балок — они придают опалубочной конструкции необходимые свойства.

Функциональность выравнивающих балок

Без этих приспособлений не обойтись, если строительство ведется на просторных площадях. Важно, чтобы опалубка в любых условиях не утратила своей жесткости.

Выравнивающие балки особенно помогают удерживать сформированную конструкцию из крупнощитовых панелей. Балки способствуют тому, что продлевается эксплуатационный ресурс опалубочных систем.

Выравнивающие элементы созданы для многократного использования в строительстве. Они долго сохраняют форму, свойства и безопасно используются в дальнейшем.

Читайте также:  Безбалочные перекрытия из монолитного железобетона

Обратите внимание

Точная сборка системы будет полностью сохранена, как и ее геометрические типоразмеры, если грамотно распределены нагрузки на продольные, поперечные.

Поэтому, накануне сборки конструкции с участием выравнивающих балок, специалисты с высокой точностью рассчитывают, как будут направлены силы и нагрузки. Все дело в том, что балка постоянно остается ровной. Она не прогибается.

Следовательно, ничто не может повлиять на ровность поверхности формируемого монолита.

Ключевые свойства выравнивающих балок в процессе их эксплуатации в опалубочных системах:

  • ужесточают конструкцию;
  • позволяют форме выдерживать динамические нагрузки;
  • строительство потолочных монолитов происходит гарантированно безопасно.

Использование двутавровых балок никак не влияет на то, что ведение строительного процесса может быть отклонено от норм. Им присуща удивительная несущая способность.

Строители даже могут «пожертвовать» некоторыми опорами, если в процессе возведения объекта будут обязательно использованы выравнивающие балки.

Они значительно укрепляют щиты, поэтому никаких зазоров, щелей, через которые может вытечь бетон.

Материалы для изготовления двутавровых балок

При возведении конкретного объекта целесообразно выбирать те или иные изделия. Также и с выравнивающими балками.

В бюджетном строительстве предпочтение нередко отдают универсальным элементам — деревянным балкам. Они обладают достаточной долговечностью и минимальной усадкой. Главное, выбрать качественные изделия.

А для этого они должны быть хорошо просушены, обработаны специальными химическими веществами.

Всегда надежными и прочными будут балки из металла. Деформация им не свойственна, практически никогда. Эксплуатационный ресурс огромен. По весу металлические изделия будут самыми тяжелыми, а по стоимости — самыми дорогими. Обычно используются в промышленном строительстве.

Алюминиевые модели хороши тем, что легкие, а также вобрали в себя все преимущества металлических балок. Однако если они потеряют свою функциональность, то уже ничего с этим не поделаешь. Ремонт не предусмотрен.

Что же касается частного строительства, самый приемлемый, но не очень доступный вариант — балки из пластика. Легковесные конструкции без проблем монтируются. Им не свойственна деформация. Они даже улучшают застывание бетона.

Но стоят дороже по сравнению с деревянными изделиями.

Выбрать опалубочные конструкции и другие комплектующие для строительства можно здесь:

Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условияГОСТ 6727-80 Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций. Технические условияГОСТ 8829-94 Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости ГОСТ 10060-2012 Бетоны. Методы определения морозостойкости ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам ГОСТ 10181-2014 Смеси бетонные. Методы испытанийГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций. Технические условияГОСТ 10922-2012 Арматурные и закладные изделия, их сварные, вязаные и механические соединения для железобетонных конструкций. Общие технические условияГОСТ Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемостиГОСТ Бетоны. Методы определения плотностиГОСТ Бетоны. Методы определения водонепроницаемостиГОСТ 13015-2012 Изделия железобетонные и бетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и храненияГОСТ 13840-68 Канаты стальные арматурные 1×7. Технические условияГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определенияГОСТ 17623-87 Бетоны. Радиоизотопный метод определения средней плотностиГОСТ 17624-2012 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочностиГОСТ 17625-83 Конструкции и изделия железобетонные. Радиационный метод определения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения арматурыГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочностиГОСТ 22362-77 Конструкции железобетонные. Методы измерения силы натяжения арматуры ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроляГОСТ 22904-93 Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматурыГОСТ 23009-78 Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Условные обозначения (марки)ГОСТ 23858-79 Соединения сварные стыковые и тавровые арматуры железобетонных конструкций. Ультразвуковые методы контроля качества. Правила приемкиГОСТ 24297-2013 Верификация закупленной продукции. Организация проведения и методы контроляГОСТ 25820-2014 Бетоны легкие. Технические условия ГОСТ 26134-84 Бетоны. Ультразвуковой метод определения морозостойкости ГОСТ Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Общие положенияГОСТ Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Элементы заводского изготовленияГОСТ 26633-2012 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условияПримечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

Таблицы расчета перекрытий

Расчет балок перекрытия

Расчет деревянных балок перекрытия в доме ведется по II предельному состоянию (по прогибам). Относительный прогиб 1/250 (по СНиП «Нагрузки и воздействия»). На практике это говорит о том, что балка перекрытия при нагружении ее равномерно распределенной нагрузкой 400 кг/м2 или 250, 200 кг/м2 в отдельных случаях, прогнется в центре на величину равную L/250, где L — расчетная длина балки (расстояние в свету между опорами).

Например, если расчетная длина балки 6 м (6000 мм), то прогиб в центре при максимальной нагрузке будет 6000/250 = 24 мм. Т.е. в данном примере 24 мм — максимально допустимый прогиб балки, при котором возможна комфортная эксплуатация перекрытия — не будет вибраций, скрипов, ощущения «батута».

Ниже приведены таблицы соотношения типа двутавровых балок, шага их установки, расчетной нагрузки и максимального пролета, при которых выполняются данные условия.

Примечания:

  • Балки серии W изготавливаются длиной 6 метров. Максимальный пролет, который они перекрывают 5,8м (при минимальном опирании 100 мм с двух сторон)
  • Балки серии L изготавливаются длиной до 13,5 метров.
  • Рекомендуемые шаги — 0,4 и 0,6 м для межэтажных перекрытий; 0,6 и 0,8 для чердачных перекрытий.
  • Максимальный пролет — расстояние «в свету» между соседними опорами.
  • Шаг балок — межосевое расстояние двух соседних балок.

Таблица расчета балок межэтажного и цокольного перекрытия

Расчет нагрузки 400 кг/м2 для деревянных перекрытий

Таблица расчета балок чердачного не эксплуатируемого перекрытия

Расчет для нагрузки 200 кг/м2 без нагрузки на деревянные перекрытия от стропильной системы

Таблица расчета балок чердачного не эксплуатируемого перекрытия

Расчет для нагрузки 250 кг/м2 с нагрузкой на перекрытие от стропильной системы

Высота балки, мм Тип балок / шаг балок Максимальные пролеты, м
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
240 Балка GreenLum-240W 5,25 4,95 4,60 4,35 4,15
300 Балка GreenLum-300W 5,80 5,80 5,50 5,20 4,95
360 Балка GreenLum-360W 5,80 5,80 5,80 5,80 5,70
400 Балка GreenLum-400W 5,80 5,80 5,80 5,80 5,80
240 Балка GreenLum-240L 5,77 5,36 5,04 4,79 4,58
240 Балка GreenLum-240L с полкой 89 мм 6,43 5,97 5,61 5,33 5,10
300 Балка GreenLum-300L 6,88 6,39 6,01 5,71 5,46
300 Балка GreenLum-300L с полкой 89 мм 7,68 7,13 6,70 6,37 6,09
360 Балка GreenLum-360L 7,92 7,35 6,92 6,57 6,28
360 Балка GreenLum-360L с полкой 89 мм 8,80 8,17 7,69 7,31 6,99
400 Балка GreenLum-400L 8,58 7,97 7,50 7,12 6,81
400 Балка GreenLum-400L с полкой 89 мм 9,54 8,85 8,33 7,91 7,57
460 Балка GreenLum-460L 9,54 8,85 8,33 7,91 7,57
460 Балка GreenLum-460L с полкой 89 мм 10,59 9,83 9,25 8,79 8,40
500 Балка GreenLum-500L 10,16 9,43 8,87 8,43 8,06
500 Балка GreenLum-500L с полкой 89 мм 11,27 10,46 9,84 9,35 8,94
600 Балка GreenLum-600L 11,64 10,81 10,17 9,66 9,24
600 Балка GreenLum-600L с полкой 89 мм 12,89 11,97 11,26 10,70 10,23

Какими бывают деревянные перекрытия

Балки перекрытия деревянные используются практически для всех уровней дома. Балочный каркас необходимо предусмотреть для следующих типов конструкции:

  • подвальное или цокольное перекрытие (пол первого этажа);
  • междуэтажное перекрытие;
  • чердачное перекрытие.

Толщина несущего бруса для чердака составляет от 10 до 20 см

От типа зависит нормируемая полезная нагрузка, которая берется в расчет деревянных балок перекрытия. Также разница будет в толщине утеплителя и его необходимости.

Между балками над подвалом обычно укладывают от 5 до 15 см минеральной ваты, пенопласта или экструдированного пенополистирола. В междуэтажных конструкциях достаточно будет предусмотреть пару сантиметров для звукоизоляции. На холодном чердаке требуется больше всего материала. Здесь толщина может составлять от 10 до 20 см. Точные значения зависят от климатического района строительства.

Между балками подвального перекрытия укладывают минеральную вату

Иногда подвальное перекрытие предпочитают делать не из дерева, а из металла и железобетона. В этом случае в качестве несущих балок используют двутавр или швеллер, а бетон заливают в опалубку из профлиста. Такой вариант будет надежнее при вероятности подтопления. Также он будет лучше сопротивляться сырости из подвала.

Изготовление балки в домашних условиях

Чтобы исключить возможность покупки недоброкачественного стройматериала, рекомендуется покупать балки у производителей или посредников с хорошей репутацией, либо попробовать сделать их самостоятельно. В отличие от металлических изделий, деревянные двутавровые балки перекрытия своими руками вполне могут быть выполнены с должным качеством, если предварительно ознакомиться с технологией и рядом нюансов промышленного производства.

Схема и размеры балок

Выбор и подготовка материала

Для изготовления опорных балочных элементов лучше выбирать клееный брус – его правильная геометрия способствует получению качественной заготовки.

Оптимально если он будет изготовлен из лиственницы, так как она при наборе влаги в процессе эксплуатации не теряет, а наоборот, набирает прочность, но можно использовать брус из любой хвойной породы. Его сечение определяется расчетом, но в любом случае не должно быть меньше 30х25 мм.

Вполне приемлемый по стоимости и характеристикам материал для стоек – многослойная фанера (для малонагруженных балок) или лист OSB (для возведения массивных сооружений). Толщина фанеры или ориентировано-стружечной плиты составляет 24–27 мм, и при необходимости плиту можно усилить дополнительными ребрами жесткости.

Готовый двутавр из дерева

Чтобы соединить заготовки, требуется подобрать клей для древесины на водной основе (для жилых помещений он должен быть нетоксичным, о чем свидетельствует маркировка ECO). Наибольшую статическую и динамическую прочность соединения обеспечивает полиуретановый и казеиновый состав. Перед обработкой материалы должны быть отбракованы, отшлифованы и высушены.

Нередко изготовление происходит прямо на стройке

Изготовление деталей и их сборка

Для изготовления двутавровой балки из дерева понадобятся следующие инструменты:

  • рулетка;
  • фрезерный станок (вариант – циркулярная, электро- или бензопила);
  • фрезерные диски нужной толщины, желательно, с трапециевидным профилем;
  • гидравлический пресс (или швеллер с хомутами).

Важнейшим технологическим этапом является разметка – от ее точности зависит долговечность и прочность изделия.

Нельзя допустить даже малейшего перекоса, поэтому выборка крепежной канавы должна вестись строго по осевой линии, проведенной при разметке. Глубина и ширина паза зависит от размеров бруса и ОСП и составляет примерно 10% от ширины стойки.

Схема сборки балки

  1. Равномерным тонким слоем промазать контактные поверхности.
  2. Приложить к заготовке стенки нижний и верхний брус.
  3. Выровнять и прижать детали друг к другу.

Во избежание перекоса балки во время высыхания склеивание лучше проводить на пневмо- либо гидровайме, которую можно также заменить самодельным приспособлением – аналогом струбцины. Для этого необходимо подобрать швеллер по размерам планки, согнуть лист металла в нужную форму. После этого надо осторожно наложить с обеих сторон металлические детали на собранный двутавр и зафиксировать хомутами. Время выдержки балки зависит от вида клея.

Рекомендации по выбору

При выборе железобетонных балок необходимо ориентироваться на основные свойства и характеристики, нужные параметры. Среди основных обычно учитывают такие: паро/гидро/звукоизоляция, теплозащита, огнестойкость. Что касается размера и габаритов, то тут тоже важно определиться с главными показателями.

Конструкция ЖБИ должна максимально отвечать требованиям в соответствии с конструкцией элемента/сооружения. Так, для каркаса стен на фундамент столбчатого типа вес сплошного перекрытия по железобетонным балкам будет огромен. В то же время, пустотелые балки в сплошном доме не станут гарантией нужного уровня безопасности здания.

В процессе монтажа конструкции обязательно точно просчитывают все сжатые и растянутые зоны, влияющие на прочность железобетона.

В процессе сооружения межэтажной плиты арматура в ЖБ балках должна находиться именно в зонах растяжения. Это даст нужный уровень надежности.

Виды деревянных перекрытий

  1. Малый вес конструкций. Его легко выдерживают стены и фундамент, а при монтаже можно обойтись без грузоподъемных механизмов.
  2. Простота монтажа. Работа посильна для людей без высокой строительной квалификации.
  3. Высокие теплоизоляционные свойства.
  4. Хорошая надежность, прочность и долговечность.
  5. Меньшая стоимость по сравнению с конструкциями из других материалов.

Существует несколько видов деревянных перекрытий по их основному назначению:

  • Цокольные. Предназначены для настила полов на первом этаже и разделения нежилого подвального помещения от жилых комнат. Поэтому основное требование, которое к ним предъявляется – это обеспечение качественной тепло- и звукоизоляции.
  • Межэтажные. Используются для разделения жилых помещений между этажами в коттеджах и таунхаусах. Поэтому требования к теплоизоляции минимальны, а вот к звукоизоляции, наоборот, повышенные, так как внутри здания способны распространяться звуковые волны не только по воздуху, а и по цельному материалу.
  • Чердачные. Выполняют практически те же функции, что и цокольные. Однако из-за нахождения холодного помещения над тёплым, дополнительно требуется уделять внимание установке пароизоляции, чтобы избежать образования в перекрытиях конденсата.

Монтаж деревянных перекрытий выполняется балками с соотношением сторон 7:5. Размеры подбираются в зависимости от их длины и предполагаемых нагрузок. Минимально допустимый прогиб должен составлять до 1/300 на всю длину. Иногда в целях снижения прогиба допускается применение строительного подъёма, когда производится монтаж изогнутой балки либо сращивание двух балок под определённым углом.

Рисунок 3. Монтаж деревянных балок на бетонную перегородку.

Длина балок должна быть больше расстояния между стенами минимум на 30 см, чтобы с каждой стороны она входила в стену по 15 см. Данные для выбора параметров балки приведены в таблице 1.

Таблица 1. Распределение нагрузки между балками в зависимости от расстояния между ними и ширины пролётов.

Несущая способность балок: способы повышения

Чтобы повысить несущие характеристики балок, используется несколько способов. Во-первых, крепятся накладки из досок, увеличивающие сечение.

Во-вторых, на балке можно закрепить П-образный профиль из металла. Это также увеличивает ее жесткость и прочность.

В-третьих, сокращается шаг между балками, т.е. они укладываются гораздо чаще, чем требуется. Это дает определенный запас прочности и дает свободу действий без беспокойства о надежности конструкции.

Периодически состояние перекрытий надо проверять. Поврежденные балки заменяют или ремонтируют с помощью накладок. Разрушают их вредители. Влага совместно с гниением.