Укладка деревянных балок перекрытия — познаем по порядку

В случае неправильного подбора строительных материалов или ошибок в конструкции может возникнуть необходимость в усилении потолочных балок и защите их от провисания и прогибов. Я хотел бы поделиться опытом того, как подобная проблема возникла у меня, а главное, каким способом удалось ее ликвидировать.

Как определяется длина деревянных балок перекрытия: эксперты FORUMHOUSE рассказывают о нюансах расчёта и самостоятельного изготовления.

Возможность безопорного перекрытия больших площадей значительно расширяет архитектурные возможности при проектировании дома. Положительное решение балочного вопроса позволяет «играть» с объёмом комнат, устанавливать панорамные окна, строить большие залы. Но если перекрыть «деревом» расстояние в 3-4 метра не трудно, то, какие балки использовать на пролете 5 м и более – это уже сложный вопрос.

Основные элементы стропильной системы

Деревянный каркас крыши собирается из таких частей, как:

Основные элементы стропильной системы
Основные элементы стропильной системы
Основные элементы стропильной системы
Основные элементы стропильной системы
  • мауэрлат — своеобразное основание под элементы кровли, прикрепляемое по всему периметру здания к верхней кромке наружных стен, чтобы рассредоточить давление кровельного пирога;

    Мауэрлат служит основанием для каркаса кровли

  • стропильные ноги — незаменимые детали деревянного костяка крыши, определяющие угол наклона скатов и вид верхней части дома;
  • коньковый прогон — брус, зафиксированный в горизонтальном положении и, словно позвоночник, соединяющий все стропила каркаса кровли в их верхней части;

    Коньковый прогон располагается ровно посередине здания

  • боковой прогон — горизонтальный брус, который отличается от конькового прогона тем, что закрепляется в середине стропильных ног каждого ската крыши;
  • затяжка — распорка, объединяющая два противоположных стропила, чтобы они не разъезжались;

    Затяжка и подкосы необходимы для правильного распределения нагрузки на мауэрлат

  • стойки — вертикальные элементы каркаса, размещённые под коньковым и боковыми прогонами с целью поддержки стропил и конькового бруса, а ещё, если есть необходимость, подставленные под среднюю часть стропильных ног;

    Стойки могут поддерживать не только конёк кровли, но и стропила

  • подкосы — детали, упирающиеся в лежень, за счёт чего стропильные ноги становятся более устойчивыми;
  • лежень — брус, размещённый на верхней кромке внутренней стены здания параллельно коньку и служащий площадкой для крепления стоек и подкосов;

    Лежень располагается на внутренней стене параллельно брусу мауэрлата

  • конёк кровли — область совмещения двух скатов, вдоль которой устанавливается сплошная обрешётка, необходимая для упрочнения описываемой части крыши;

    Конёк образуется в самой высокой зоне стропильной системы

  • кобылки — элементы, используемые при обустройстве свеса, когда стропильные ноги недостаточно длинные;

    Кобылки удлиняют стропильные ноги

  • свес крыши — зона деревянного каркаса, оберегающая стены дома от контакта с большим количеством атмосферных осадков;

    Карнизный свес сооружается, чтобы защитить стены от дождя

  • обрешётка — брусья или доски, прибиваемые перпендикулярно стропилам и служащие платформой для крепления кровельных материалов.

    Доски обрешётки выкладывают перпендикулярно стропилам

Основные элементы стропильной системы
Основные элементы стропильной системы
Основные элементы стропильной системы
Основные элементы стропильной системы

Классификация перекрытий

Виды перекрытий в частном доме с несколькими этажами в зависимости от расположения и назначения:

По конструктивному исполнению междуэтажные перекрытия бывают балочного и безбалочного типа, которые также классифицируются по материалу, используемому для сооружения. Основные их разновидности представлены в таблице 1.

Таблица 1. Классификация межэтажных перекрытий

Тип перекрытий

Вид по материалу и технологии

Внешний вид

Балочные

По деревянным балкам

По металлическим балкам

Сборно-монолитные

Безбалочные

Монолитные

Сборные

Расчет несущей способности

Общая информация

Максимальный пролет нами уже упоминался: он ограничен длиной поставляемого бруса. Однако оптимальным значением пролета для деревянных несущих конструкций считаются 2,5 — 4 метра. Среди прочего, меньший пролет позволяет обойтись брусом меньшего сечения, что удешевляет конструкцию перекрытия.

Читайте также:  Как покрыть крышу гаража профнастилом своими руками

Оптимально использование в качестве балок бруса с прямоугольной формой сечения. Его высота должна относиться к ширине как 1,4:1. В этом случае мы получаем максимальную несущую способность при опять-таки минимальных расходах.

  • Что такое перекрытия на самом деле
  • Основные требования к перекрытиям
  • Балочные перекрытия. Особенности
  • Сращивание балок и некоторые характеристики
  • Нюансы, которые присутствуют при устройстве

Когда основное строительство домов – возведение капитальных стен – практически закончено, нужно подумать и об организации перекрытий, а также внутренней и внешней отделке частного дома. Часто к этому моменту уже основные материальные ресурсы владельцев участков исчерпаны или подходят к концу. А иногда бывает и так, что остается множество строительного материала, который хорошо было бы использовать в строительстве. Тогда настоящим спасением может стать сращивание балок перекрытия.

Балки чаще всего представляют собой деревянные брусья прямоугольного сечения.

Это значит, что для получения одной полноценной балки необходимо соединить несколько кусков одинакового сечения. Конечно, это соединение должно быть крепким, чтобы получившийся элемент мог быть использован для реализации перекрытий частных домов. Конечно, возведение дома – это сложная долгосрочная работа. Некоторые владельцы, которые не могут себе позволить возведение капитальных стен, используют каркасные варианты строения стен. Что это значит? Каркасные стены возводятся из толстых несущих балок, как деревянных, так и металлических. Они крепятся по краям, а также в местах, где будут смонтированы перекрытия. Каркасные стены обязательно нуждаются в заполнении. Для этого, как правило, используются сыпучие материалы или же минеральная вата.

Усиление деревянных балок перекрытия металлическим уголком. Процесс работы

В центре комнаты установил два швеллера высотой в 14 см, прикреплённых друг к другу плоской частью в виде двутавра. Далее купил 4 м балки сечением 70×100 мм (в чём и была моя ошибка, так как удобней было бы использовать балки с сечением 100×150 мм) и закрепил их в швеллере и на несущей стене.

После монтажа крыши (использовал подпорки для стропил, которые опирались на эти балки), появился небольшой прогиб балок. Чтобы избежать дельнейшей деформации, решил усилить их уголком размерами 75×75 мм с одной стороны балки, а с другой, закрепить металлическую полосу толщиной 5 мм и шириной 75 мм.

Для стягивания уголка и полосы к балке использовал болты Ф12 длиной 100 мм, которые крепил на расстоянии 400 мм друг от друга

Вот таким образом усилил балки.

Если есть необходимость дополнительно укрепить балки с сечением 50×200 мм при ширине пролета 5 м, могу порекомендовать для усиления конструкции закрепить металлическую полосу толщиной 5 мм и шириной 75-80 мм по диагонали к центру с обеих сторон балки.

При этом сначала вдоль всей длины балки надо закрепить шнурок, и при помощи домкрата, посередине приподнять балку выше уровня шнурка и после крепить металлическую полосу.

Если в продаже не оказалось металлической полосы с нужными размерами, можно нарезать на гильотине полосы длиной 1,5 м, и сварить их между собой, получив необходимую длину.

В случае, если необходимо добавить дополнительные балки для усиления потолка в случаях его провисания и прогиба. Для этого необходимо подобрать балку соответствующего сечения, стянуть её уголком и прикрепим торцевой частью к стене.

Также возможно при помощи тарлена устранить провисание и прогиб балок, закрепив его на коньковой части крыши и самой балке. При таком креплении тарлена нагрузка будет перераспределяться на стропильную часть крыши. Однако этот метод применяется только в крайних случаях, если нет возможности добавить дополнительные балки.

Виды балок, преимущества и недостатки каждого вида

Для строительства перекрытий между этажами здания обычно использую всего три вида балок из дерева:

  1. Цельные.
  2. Клееные.
  3. Двутавровые.
Виды балок, преимущества и недостатки каждого вида

Разберемся, какие из них наиболее подходят конкретно для каждой конструкции, выделим недостатки и преимущества каждого вида.

Из цельного бруса

Внимание!

Для больших конструкций специалисты рекомендуют использовать перекрытия из других видов балок.

Виды балок, преимущества и недостатки каждого вида

Из клееного бруса

У балок из клееного бруса имеется одно неоспоримое преимущество — их длина без прогиба может достигать 12 метров. У клееных балок выделяют такие преимущества:

  1. Особая прочность.
  2. Способность покрывать пролеты до 12 метров.
  3. Небольшая масса.
  4. Более долгий срок службы.
  5. Не деформируются с течением времени.
  6. Относительно пожаробезопасны по сравнению с обычным брусом.
Читайте также:  Технология возведения плитного фундамента

Однако, стоит такой материал гораздо дороже.

Виды балок, преимущества и недостатки каждого вида

Деревянные двутавровые балки

Двутавровые балки считают одними из самых прочных и надежных благодаря форме профиля, ведь состоят они из нескольких слоев, каждый из которых защищен различными пропитками. К плюсам двутавров можно отнести:

  1. Высокую прочность, жесткость благодаря своей форме.
  2. Отсутствие прогибов.
  3. Бесшумность в эксплуатации — конструкции не скрипят при оказывании на них давления в отличие от остальных видов перекрытий.
  4. Материал не трескается, не рассыхается с течением времени.
  5. Легкость в монтаже.

Расчет несущих балок

Для определения сечения и шага балок необходимо рассчитать нагрузку на перекрытие. Сбор нагрузок выполняют по методике и с учётом коэффициентов, изложенных в СНиП –85 (СП ).

Расчет нагрузок

Общая нагрузка рассчитывается суммированием постоянной и переменной нагрузки, определённых с учётом нормативных коэффициентов. При практических расчётах сначала задаются определённой конструкцией, включающей и предварительную раскладку балок определённого сечения, а затем корректируют, исходя из полученных результатов. Так что на первом этапе выполните эскиз всех слоёв «пирога» перекрытия.

1. Собственная удельная масса перекрытия

Удельная масса перекрытия складывается из составляющих её материалов и делится на горизонтальную суммарную длину балок перекрытия. Для расчёта массы каждого элемента нужно рассчитать объём и умножить на плотность материала. Для этого воспользуйтесь таблицей 2.

Таблица 2

Наименование материала Плотность или насыпная плотность, кг/м3
Асбоцементный лист 750
Базальтовая вата (минеральная) 50–200 (от степени уплотнения)
Берёза 620–650
Бетон 2400
Битум 1400
Гипсокартон 500–800
Глина 1500
ДСП 1000
Дуб 655–810
Ель 420–450
Железобетон 2500
Керамзит 200–1000 (от коэффициента вспенивания)
Керамзитобетон 1800
Кирпич полнотелый 1800
Линолеум 1600
Опилки 70–270 (от фракции, породы дерева и влажности)
Паркет, 17 мм, дуб 22 кг/м2
Паркет, 20 мм, щитовой 14 кг/м2
Пенобетон 300–1000
Пенопласт 60
Плитка керамическая 18 кг/м2
Рубероид 600
Сетка проволочная 1,9–2,35 кг/м2
Сосна 480–520
Сталь углеродистая 7850
Стекло 2500
Стекловата 350–400
Фанера клееная 600
Шлакоблок 400–600
Штукатурка 350–800 (от состава)

Для древесных материалов и отходов плотность зависит от влажности. Чем выше влажность — тем тяжелее материал.

К постоянным нагрузкам относятся и перегородки (стены), удельный вес которых принимается ориентировочно 50 кг/м2.

2. Переменная нагрузка

Обстановка комнаты, люди, животные — всё это переменная нагрузка на перекрытие. Согласно табл. 8.3 СП , для жилых помещений нормативная распределённая нагрузка составляет 150 кг/м2.

3. Суммарная нагрузка

Суммарная нагрузка не определяется простым сложением, необходимо принять коэффициент надёжности, который по тому же СНиП (п. 8.2.2) составляет:

  • 1,2 — при удельной массе меньше 200 кг/м2;
  • 1,3 — при удельной массе больше 200 кг/м2.

4. Пример расчета

В качестве примера возьмём комнату длиной 5 и шириной 3 м. Через каждые 600 мм длины положим балки (9 шт.) из сосны сечением 150х100 мм. Перекроем балки доской толщиной 40 мм и настелим линолеум толщиной 5 мм. Со стороны первого этажа зашьём балки фанерой толщиной 10 мм, а внутри перекрытия уложим слой минеральной ваты толщиной 120 мм. Перегородки отсутствуют.

1 — балка; 2 — доска; 3 — утепленный линолеум 5 мм

Расчет постоянной удельной нагрузки на площадь комнаты (5 х 3 = 15 м2) приведен в таблице 3.

Таблица 3

Материал Объем, м3 Плотность, кг/м3 Масса, кг Удельная нагрузка, кг/м2
Брус (сосна) 9 х 0,15 х 0,1 х 3,3 = 0,4455 500 222,75 14,85
Доска (сосна) 15 х 0,04 = 0,6 500 300 20,0
Фанера 15 х 0,01 = 0,15 600 90 6,0
Линолеум 15 х 0,005 = 0,075 1600 120 8,0
Минвата 15 х 0,12-0,405 = 1,395 100 139,5 9,3
Итого:       58,15
С учетом k = 1,2       70
Читайте также:  Межэтажные перекрытия своими руками: разбираемся подробно

Переменная нагрузка — 150 х 1,2 = 180 кг/м2.

Общая нагрузка — 70 + 180 = 250 кг/м2.

Расчетная нагрузка на балку (qр) — 250 х 0,6 м = 150 кг/м (1,5 кг/см).

Расчёт допустимого прогиба

Принимаем допустимый прогиб межэтажного перекрытия — L / 250, т. е. для трёхметрового пролёта максимальный прогиб не должен превышать 330 / 250 = 1,32 см.

Так как балка обоими концами лежит на опоре, расчёт максимального прогиба ведётся по формуле:

  • h = (5 х qр х L4) / (384 х E х J)

где:

  • qр — расчетная нагрузка на балку, qр = 1,5 кг/см;
  • L — длина балки, L = 330 см;
  • Е — модуль упругости, Е = 100 000 кг/см2 (для древесины вдоль волокон по СНиП);
  • J — момент инерции, для бруса прямоугольного сечения J = 10 х 153 / 12 = 2812,5 см4.

Для нашего примера:

  • h = (5 х 1,5 х 3304) / (384 х 100000 х 2812,5) = 0,82 см

Полученный результат по сравнению с допустимым прогибом имеет 60% запас, что представляется чрезмерным. Следовательно, расстояние между балками можно увеличить, снизив их количество и повторить расчёт.

В заключение предлагаем посмотреть видео о расчёте перекрытия по деревянным балкам с помощью специальной программы:

Установка перекрытий

Монтаж балок перекрытия выполняется по размеченным маячкам для соблюдения параллельности и интервала. На начальном этапе производится установка крайних балок. Для этого их выпиливают нужной длины с выполнением скосов в торцах под углом 60º, тщательно обрабатывают антисептиком, а затем обвёртывают в толь внахлёст длиной 15 см и подвергают термическому нагреву.

Такая обработка позволяет максимально долго сохранить целостность древесины и предотвратить её порчу, особенно при контактировании с ненатуральными материалами либо металлом. В некоторых случаях допускается обрабатывать только концы, которые будут входить в стену для соблюдения эстетичности и декоративности потолков.

Рисунок 4. Монтаж чердачного перекрытия на обвязку.

Правильность положения балок определяют при помощи отвеса и уровня. Перекосы при этом допускать крайне не рекомендуется, поскольку нагрузка будет распределяться неравномерно и снизится расчётный срок их эксплуатации.

Рисунок 5. Способ установки балок перекрытия при недостаточной толщине стен.

Промежуточные балки устанавливают по специально изготовленному шаблону, а положение контролируют при помощи длинной рейки. При необходимости под них устанавливают обрезки досок для обеспечения центровки и надёжной фиксации. Укорачивать балки под размеры отверстий в стене запрещено, а также стёсывать концы или подкладывать щепы. Торцевые части балок всегда оставляют открытыми. Если толщины стен не хватает, то концы балок заделывают цементным раствором.

Установка перекрытий

Устройство перекрытия по деревянным балкам зависит от его типа и необходимости установки изоляционных слоёв. Для выполнения монтажа гидро-, паро- и теплоизоляции необходимо выполнить обшивку балок плитами ДСП толщиной 10-15 мм. При этом их нужно располагать относительно несущих частей перекрытия так, чтобы стыковочные швы приходились на балки.

Затем в образованные ниши укладывают слой пароизоляции с нахлёстом 15 см и проклеиванием скотчем. Поверх него настилают теплоизоляцию, в качестве которой обычно выбирают минеральную или каменную вату. Укладка должна быть максимально плотной без минимальных зазоров. Сверху укладывают гидроизоляционный слой и производят обшивку досками с толщиной не менее 25-30 мм.

Рисунок 6. Укладка теплоизоляции.

Количество слоёв определяется из назначения перекрытия и в каждом конкретном случае от установки того или иного слоя можно отказаться. Но излишняя экономия в случае несоблюдения правил эксплуатации нужно быть готовым к порче древесины и необходимости ремонта перекрытий.

Рисунок 7. Обшивка перекрытия.

Деревянная подстропильная ферма

Основными материалами для изготовления подстропильных деревянных ферм являются брусья, доски или бревна. Крепление элементов возможно при помощи металлических метизов, пластин. Большое распространение получили клееные деревянные подстропильные фермы. Пояса их изготавливаются сплошными по ширине. При таком способе изготовления на концах соединительных элементов выполняются нарезные зубчатые шипы и аналогичные им по форме пазы. Клей наносится на всю поверхность стыка, далее детали конструкции прессуются.