Как выполнить расчет деревянных балок перекрытия

Как выполнить расчет деревянных балок перекрытия?

Чтобы перекрытие было максимально надежным, следует подбирать точные размеры балок, используемых для работы. Так, например, расчет деревянных балок – неизменная часть работы перед их изготовлением, в расчет при этом берут длину балок и их сечение. Длина как деревянных, так и металлических балочных конструкций, зависит от ширины планируемого перекрытия, а сечение нужно просчитывать в зависимости от шага, нагрузки и длины пролета.

• Как выполняется расчет деревянной балки перекрытия
• Определение примерной нагрузки на перекрытие
• Как определить шаг и сечение балок перекрытия
• Какими должны быть деревянные балки перекрытия
• Особенности металлических балок перекрытия

В Интернете можно найти специальные онлайн калькуляторы, помогающие выполнить расчеты онлайн, но далеко не все доверяют калькулятору, поэтому мы расскажем, по каким формулам и как именно производится расчет балок перекрытия.

На любом этапе застройки зданий необходимо проводить математические расчеты

Расчеты необходимы для всех используемых элементов, в противном случае вас постигнет неудача. Прежде чем начать закупку материалов для строительства, проведите расчет прогиба деревянных балок. Это обеспечит надежность будущей постройки, а вы будете уверены в качественном выполнении работ.

Определение прогиба и несущей способности перекрытий дело непростое, поэтому к нему нужно подойти со всей ответственностью. Расчёты помогают определить какое количество материала необходимо закупить, а также, каких размеров должны быть балки.

Измерить пролет

Первым делом необходимо измерить пролёт, который будет перекрываться балками из древесины. Также, не забывайте продумать все нюансы способов закрепления элементов конструкции. В этой ситуации, вам необходимо определит, как глубоко элементы фиксации будут погружены в стены. Это позволит вам сделать точный расчет несущих способностей деревянной балки.

Длина деревянных балок, даст вам возможность для точного расчета необходимых параметров, в том числе и прогиба. Эти показатели обусловливаться длиной пролёта. Также, важно учитывать и то, что расчет производится с неким запасом.

Примечание.

Балки из дерева, заходящие в стены, рассчитываются с учетом данного параметра.

Учитывать материал

Делая расчет деревянной балки на прочность, вы должны брать во внимание материал, который используется для застройки. В кирпичных домах, балки перекрытия устанавливаются в специальные гнезда, с глубиной 10 – 15 см. для деревянных домов есть иные параметры СНиП. В данном случае, глубина гнезд должна составлять 7 – 9 см. Параметры глубины гнезд определяют несущую способность балок.

Использование при установке перекрытий хомутов или кронштейнов, длина балок должна соответствовать проемам. Иными совами, вы должны сделать расчет промежутка между стенами, получив в результате величину несущей способности.

Примечание.

Формируя скат кровли, балки необходимо вынести за пределы стен на 30 – 50 см.

Длина обрезной доски должна составлять не более 6 м. Иначе, это к уменьшению несущей способности, и увеличению прогиба. Современное строительство отличается тем, что пролеты в домах составляют порой отметки 10 – 12 м. такие размеры, предусматривают применение клееного бруса (прямоугольной формы или двутаврового). Для увеличения показателей стойкости, применяют установку опор. К примеру, зачастую ставят колоны или добавочные стены. Также, для удлинения пролета, часто применяют технологию монтажа ферм.

Для строительства малоэтажных зданий

Используются однопролётные перекрытия: доски, бревна, брусья. Их длина может быть самой разнообразной, но в любом случае зависеть от габаритов здания.

Деревянные брусья берут на себя роль несущей конструкции. Их сечение должно составлять 14 -25 см, толщина 5,5 см – 15 см. Такие размеры – самые часто применяемые в строительстве домов. На практике, довольно часто применяется перекрестная схема установки перекрытий. Это дает возможность максимально укрепить конструкцию, не затрачивая дополнительные материалы и время в работе.

Оптимальная длина пролёта в процессе расчета деревянных балок перекрытия, составляет 2,5 – 4 м. Лучшее сечение для балок перекрытия – в соотношении высоты-ширины 1,5:1.

В строительстве существуют определенные формулы расчетов деревянных балок и необходимых параметров, которые выработались за годы непрерывной практики.

Типы деревянных балок

Деревянные балочные перекрытия различаются размерами, сечением, способом производства и породой дерева, из которого они сделаны. От выбора деревянных балок зависит надёжность и прочность строения. В зависимости от расстояния между стенами и предполагаемой нагрузки для перекрытий, используют доску или брус из цельного массива дерева, или клеёные изделия.

Разновидности деревянных балок

Цельные балки

Балки сделанные из цельного массива дерева, менее прочные, чем клеёные или двутавровые. Поэтому их длина не должна превышать 6 метров. Часто для увеличения прочности, строители на объекте спаривают доски. Стягивают их болтами и гайками с резиновыми или пластиковыми прокладками, предотвращающими попадание влаги и образованию ржавчины на крепеже.

Клеёный брус

Клеёный брус изготавливают методом склеивания нескольких частей между собой. Балки из этого материала способны выдерживать высокие нагрузки, поэтому их можно использовать в конструкции перекрытий длиной до 14 метров. Из такого бруса можно изготовить гнутые перекрытия для арок.

Имеются у таких изделий и недостатки. При изготовлении могут использовать некачественные пиломатериалы, поэтому со временем возможна усадка балочного перекрытия. К тому же клеёные балки значительно дороже цельных. Чтобы рациональнее использовать средства отведённые на строительство, нужно правильно рассчитать нагрузку и длину балок.

Клееный брус при аналогичном сечении с обычным имеет большую прочность

Балки перекрытия изготавливают из хвойных пород дерева, но также часто используют древесину дуба, акации, клёна и других деревьев. Главное условие необходимое для прочности конструкции – влажность не более 12–14%. Виды некоторых изделий приведены в таблице ниже.

Двутавровые балки

Достоинства двутавровых деревянных балок – универсальность применения, простота установки и высокая прочность. Они сохраняют свои параметры при больших нагрузках без вспомогательных конструкций для усиления.

Устройство двутавровой балки

Двутавр делают с использованием хорошо просушенного строганного или клеёного бруса, прочной проклеенной водостойкой фанеры или OSB-плит, на основе огнеупорного и влагостойкого клея. Поэтому двутавровая деревянная балка не требует пропитки специальными составами и легко поддаётся распиловке. Однако из-за сложной технологии изготовления их редко применяют для устройства перекрытий.

Двутавровые балки из OSB (ОСП)

Соединение двутавровых балок между собой

Для всех видов выпускаемой продукции есть свой сортамент. Сортамент — это подбор различных изделий готовой продукции по маркам, профилям или размерам. Часто в таблице указаны дополнительные сведения о прочности, весе и т. д.

Как рассчитать нагрузку на балку перекрытия

Общая нагрузка на элементы перекрытия складывается из собственного веса конструкции, веса от внутренних строительных изделий, опирающихся на балки, а также массы людей, мебели, бытовой техники и прочей хозяйственной утвари.

Полный расчёт, учитывающий все технические нюансы, достаточно сложен и выполняется специалистами при проектировании жилого дома. Для граждан, возводящих жильё по принципу «самостроя», более удобна упрощённая схема, в которую заложены требования СНиП, оговаривающие условия и технические характеристики деревянных материалов:

• длина опорной части балки, контактирующей с фундаментом или стеной, не должна быть меньше 12 см;
• рекомендуемое соотношение сторон прямоугольника 5/7, — ширина меньше высоты;
• допустимый прогиб для чердачного помещения составляет не более 1/200, межэтажные перекрытия – 1/350.

По СНиП 2.01.07–85 эксплуатационная нагрузка на чердачную конструкцию с лёгким утеплителем из минеральной ваты составит:

• k – коэффициент запаса прочности, обычно для строений малой этажности принимают значение 1,3;
• Gn – норматив для подобного чердака, равный 70 кг/м²; при интенсивном использовании чердачного пространства значение составит не менее 150 кг/м²;
• Q – нагрузка от самого чердачного перекрытия, равная 50 кг/м².

Пример расчёта

Дано:

• чердак в жилом доме, использующийся для хранения различного хозяйственного инвентаря;
• для утепления применён керамзит с лёгкой бетонной стяжкой.

Общая нагрузка составит G = 50 кг/м² + 150 кг/м² * 1,3 = 245 кг/м².

Исходя из практики, средние усилия на мансардном этаже не превышают значений в 300–350 кг/м².

Совет. При выполнении перекрытий целесообразно принимать значения нагрузок, превышающие расчётные на 30–50%. Это повысит надёжность конструкции в целом и увеличит общий срок эксплуатации.

Для того чтобы определить погонную нагрузку на балку (q) необходимо суммировать постоянную и временную нагрузки на каждый метр длины балки. При этом расчетное (т.е. используемое в инженерных расчетах) значение нагрузки принимается равным произведению нормативной величины нагрузки (p_n,) на коэффициент надежности (_f ). При расчетах по несущей способности (т.е. по I группе предельных состояний) этот коэффициент принимается бόльшим, чем при расчетах по деформациям (по II группе предельных состояний). Иными словами расчеты опасности разрушения конструкции, как более ответственные, всегда делаются на бόльшие нагрузки (с бόльшими «запасами»), чем расчеты опасности недопустимых деформаций неразрушающего характера. Нагрузки и коэффициенты надежности, относящиеся к расчетам по разным предельным состояниям, во избежание ошибок снабжаются соответствующими индексами – «I» или «II» (таблица 3).

В таблице 3 даются нагрузки на 1м 2 , фактически же на каждый метр длины действует несколько большая нагрузка, так как она собирается с большей площади («грузовой» площади), а именно с полосы, распространяющейся на половину шага (0.5b) в каждую сторону от продольной оси балки (т.е. с площади равной b × 1). Например, для варианта 5 это будет площадь 1.5×1 = 1.5м 2 , для варианта 9 – соответственно 1.5×1 = 1.5м 2 и т.д.

Результаты расчета рекомендуется сводить в таблицу 4

Как определить нагрузку, которая будет действовать на перекрытие?

Нагрузка на перекрытие формируется из собственного веса балки, дополнительных материалов (утеплителя, заполнителя, зашивки) и переменного веса – внутренне обстановки жилища, и веса людей, проживающих в доме. Также, очень много зависит от частоты эксплуатации помещения.

Чтобы учесть все нюансы и погрешности, специалисты проводят специальный расчет, позволяющий понять, какой вес будет воздействовать на устанавливаемые балки. Исчисление очень сложное и громоздкое, поэтому очень сложно выполнить его самостоятельно.

Однако, для этого существует упрощенный вариант:

К примеру, возьмем перекрытие для чердака, где никакой мебели не стоит, но куда помещаются ненужные вещи. В качестве утеплителя используется обычная минвата. Нагрузка обычно составляет 50 кг на один квадратный метр.

70х1,3 = 90 кг/кв.м , где 70 – норма нагрузки для такого вида перекрытия, кг/кв.м, 1,3 – коэффициент запаса.

Общая расчетная нагрузка, воздействующая на перекрытие, составит:

50+90=130 кгкв.м . При округлении за норму берем 150 кг/кв.м . Увеличение происходит потому, что может быть использован более тяжелый утеплитель и обшивка.

В этом случае, общая нагруженность перекрытий составит:

50+150х1,3 = 245 кг/кв.м , округляем до 250 кг/кв.м .

Если на чердаке на будущее планируется отделка под мансарду, то стоит увеличить нагрузку до 350 кг на метр квадратный. Для определения нагрузки существуют всевозможные онлайн калькуляторы.

Возможности калькулятора по вычислению параметров

Практичный онлайн сервис по расчету параметров балки позволяет получить приблизительные данные, а точнейшие вычисления в каждой конкретной ситуации доверяют специалисту. Чтобы рассчитать параметры балки вручную, нужно обладать немалой инженерной теорией и практикой, знать строительные нормативы. Для экономии времени и предварительных вычислений мы предлагаем калькулятор для расчета балки — удобный инструмент для решения задачи. Не лишним будет узнать принцип, по которому он работает.

Итак, алгоритм калькулятора основан на обработке табличных величин СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции», те же значения вы найдете в устаревших СНиП II-25-80. В режиме онлайн можно решить следующие задачи:

• рассчитать сечение при известном шаге между балками;
• узнать расстояние между балками при известном сечении.

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.

Расчет деревянной балки перекрытия

При создании кровельной системы используют такие несущие элементы как балка стропильная и ферма, их внешний вид можно увидеть на фото. Стропильные конструкции предназначаются для перекрытия пролетов и служат основанием для укладки настила на кровлю. При составлении проекта здания и крыши для него в обязательном порядке выполняется расчет балок перекрытия, исходя из нагрузок, которым они будут подвергаться.

Элементы стропильных систем

Балки стропильные и фермы, лежащие в основе всех стропильных систем, по-разному распределяют оказываемые на них внешние и внутренние усилия. Балка является одноэлементной конструкцией, воспринимающей нагрузку по всей своей длине. Изгибающие моменты в ее сечениях вызывают нормальные разнозначные усилия, при этом у крайних волокон они самые большие.

Деревянная стропильная ферма относится к стержневым конструкциям, она испытывает давление только в местах соединения стержней, где действуют вызываемые узловой нагрузкой нормальные однозначные усилия. Так для сборного железобетона признано рациональным использование безраскосных ферм с круговыми очертаниями в месте нахождения верхнего пояса.

Виды железобетонных балок

Железобетонные стропильные балки применяют для перекрытия пролетов, имеющих расстояние 6, 9, 12, 18 метров. Если длина пролета превышает 24 метра, тогда фермы по технико-экономическим параметрам значительно превосходят балки. Имеющие длину 6 и 9 метров балки используют для выполнения кровель на пристройках, а 12-метровые изделия применяют в качестве поперечных и продольных ригелей покрытия. 18-метровые балки задействуют как поперечные ригели, на них укладывают плиты, имеющие размеры

3х6 или 3х12 метров.

В зависимости от типа профиля балки бывают:

• односкатными с нижним ломаным поясом или расположенными параллельно поясами;
• трапециевидными двускатными с постоянным уклоном верхнего пояса;
• с ломаным и криволинейным верхним поясом.

При обустройстве разных видов покрытий используют то или иное изделие, для чего и выполняется расчет нагрузки на балку. Как правило, односкатные балки необходимы для устройства кровель, имеющих уклон в одну сторону, например, на пристройках. Элементы железобетонные стропильные с параллельными поясами изготавливаются легко, поскольку арматурные каркасы для них отличаются постоянной высотой – их применяют в строительстве горизонтальных кровель.

При создании двускатных крыш чаще всего используют балки с постоянным уклоном верхнего пояса, который равен для кровель с незначительным наклоном 1:30, а для кровель с большим наклоном — 1:12. Но у них имеется недостаток: возникает необходимость выполнения арматурных каркасов с переменной высотой. При необходимости создания в уровне покрытия пропуска для инженерных сетей, используют балки двускатные решетчатые, имеющие пролет 18 и 12 метров.

Балки, у которых очертания верхнего пояса делают в виде ломаной или кривой линии, широкого применения не нашли, поскольку их производство основано на сложной технологии, хотя для них свойственно выгодное распределение материалов по длине пролета.

Выбор сечения у железобетонных балок

При подборе поперечных сечений для железобетонных балок учитывают ряд особенностей:

• для поперечного сечения ригелей наиболее экономичной формой сечений считается двутавровая, у которой толщина стенки составляет от 60 до 100 миллиметров. Этот параметр зависит от способа расположения каркаса арматуры, укладки бетона и его уплотнения в вертикальном положении;
• у V-образных опор толщина стенки постепенно увеличивается и тем самым обеспечивается прочность балок и стойкость к возникновению трещин, переходя на опоре из наклонных в прямоугольное или трапециевидное сечение, имеющее ширину, равную ширине полок. Для балок, имеющих длину 6 и 9 метро, часто используют тавровое сечение;
• высота сечения ригелей в середине пролета составляет 1/10-1/15 длины пролета. Также в середине пролета для двускатных балок значение сечений определяется, исходя из стандартной высоты балок – 800 или 900 миллиметров и уклона верхнего пояса;
• с целью обеспечения устойчивости и надежности при установке, транспортировке и опирании плит покрытия кровли ширина верхней полки выбирается в пределах от 200 до 400 миллиметров;
• что касается ширины нижней полки, то этот параметр определяют в зависимости от ее прочности при обжатии бетона, размещения напрягаемой арматуры и длины площадки, необходимой для опирания балки на колонну. Как правило, ширина нижней полки составляет 200-280 миллиметров. От нижней и верхней полок переход к вертикальной стенке осуществляется с использованием вута (плавного увеличения поперечного сечения недалеко от места опирания), имеющего угол наклона около 45 градусов;
• самыми простыми в производстве и удобными при пропуске всевозможных коммуникаций считаются решетчатые железобетонные двускатные стропильные балки с сечением 200-280 миллиметров;
• для изготовления двускатных балок используют бетон классов В25-В40. В качестве продольной арматуры задействуют стержневую арматуру классов A-V и A-IV, канаты класса К-7, высокопрочную проволоку класса Bp-II. Хомуты полок, продольные стержни верхней полки и каркасы стенки производят из арматуры класса A-III. Поскольку у ригелей в опорных частях могут возникать большие усилия, устанавливают дополнительную арматуру, имеющую форму расположенных вертикально стержней и сеток;
• в двускатных балках с двутавровым сечением на этапе обжатия возможно появление начальных трещин в верхней полке, поэтому их надо армировать в верхней части ригеля с помощью конструктивной напрягаемой арматуры;
• когда производится расчет балки перекрытия, учитывают особенности опирания их на колонны, а затем определяют расчетный пролет;
• расчет стойкости относительно вероятности возникновения прогибов и трещин, подбор арматуры выполняют аналогично тому как и для простого изгибаемого элемента различного профиля на всех стадиях работы конструкции. Следует учитывать, что в двускатных балках опасное нормальнее сечение располагается на 0,35-0,4L от опоры;
• под воздействием равномерно распределенной нагрузки при уклоне верхней полки 1:12, опасное нормальное сечения находится от опоры на расстоянии 0,37L;
• в балках, имеющих параболическое очертание верхнего пояса, при равномерно распределенной нагрузке нормальное расчетное сечение располагается посередине пролета.

Перекрытия по металлическим балкам

Перекрытие по металлическим балкам позволяет обустраивать большие пролеты, но по цене оно является наиболее дорогостоящим. В качестве металлических балок предпочтительно использовать двутавр, можно швеллер или рельсы. Металлические балки перекрытия и некоторое количество арматуры, которое укладывают и приваривают между ними, заливают бетоном. Так как пролет каждого из участков около одного метра, то толщина полученного перекрытия получается значительно меньше, чем у монолитного перекрытия.

Устройство перекрытий по деревянным балкам

Конструкция перекрытия по деревянным балкам обладает достоинствами, среди которых дешевизна и легкость устройства. Чтобы смонтировать потолочные балки из дерева, не требуется наличие специальной техники. Плохо, что устройство перекрытий по деревянным балкам можно использовать при наличии пролетов от 4 до 4,5 метров. Если они имеют большее расстояние, то и размеры балок, и стоимость конструкции сильно возрастают.

Перед установкой делается расчет деревянных балок перекрытия, желательно специалистами. Величина опирания балки на стену не может быть менее 12 сантиметров. Концы этих элементов либо опираются на стену, либо их заводят в специально оставленные гнезда. Балки пропитываются антисептиком, их концы оборачивают рубероидом, толем или пленкой. Расчет деревянных балок можно выполнить самостоятельно при помощи специальных программ. Также расчет деревянной балки перекрытия в зависимости от пролета, шага установки и нагрузки имеется в Интернете.

Балки из бруса

Клееная балка (стропила из бруса) относится к современным стройматериалам, получившим широкое распространение благодаря отличным эксплуатационным характеристикам. В несущих системах конструкционный брус также нашел применение.

Самой прочной на износ балкой считается брус с соотношением сторон 7:5.

Круглое бревно выдерживает большую нагрузку, чем вытесанный из него брус, но такой прочностью на изгиб не обладает. Зависит прогиб в основном от высоты балки, а не от ее ширины. Например, соединение двух абсолютно одинаковых брусьев при помощи болтов и шпонок способно выдержать вес в 2 раза больший, чем, если уложить оба бруса рядом.

Правда, когда клееные стропила сделать слишком тонкими, они начинают изгибаться в сторону. Если создается чердачное или межэтажное перекрытие по балкам, они должны обладать толщиной не менее 1/24 длины.

Подстропильные балки и их особенности

Используемые для покрытий с балочными конструкциями балки подстропильные и подстропильные фермы обладают рядом особенностей:

• железобетонные изделия производят с пучковой арматурой исключительно предварительно напряженными;
• эти изделия бывают с параллельными и непараллельными поясами;
• балку подстропильную рассчитывают по схеме как для однопролетной балки, которая нагружена распределенной от собственного веса нагрузкой и сосредоточенной силой в середине пролета;
• у балок и ферм подстропильных конструкций есть железобетонные консоли или стальные столики, предназначенные для опираний на них несущих конструкций покрытий;
• эти элементы крепят к каркасу, как и основные конструкции.

От правильного выбора балок стропильных и подстропильных зависит прочность и надежность всей кровельной конструкции