Виды деревянных балок перекрытия

Типовые схемы расположения двутавра

Один из исходных параметров, учитываемых в расчетах, – схема закрепления балки и вид прилагаемой нагрузки. Большинство вариантов сводится к основным схемам:

• шарнирно-опертая балка с равномерно приложенной нагрузкой;
• с жесткой заделкой одного конца, сила распределена равномерно;
• однопролетная с консолью с одной стороны, с дополнительной опорой, нагрузка равномерно распределена;
• шарнирно-опертая, сила сосредоточенная;
• шарнирно-опертая, с двумя приложенными силами;
• консоль с жесткой заделкой, приложена сосредоточенная сила.

Сбор нагрузок

Перед началом расчета производят сбор сил, действующих на двутавровую балку. В зависимости от продолжительности воздействия,их разделяют на временные и постоянные.

Таблица нагрузок на двутавровые балки

Нагрузки разделяют на нормативные и расчетные. Нормативные устанавливаются строительными нормами и правилами. Расчетные равны нормативной величине, умноженной на коэффициент надежности. При усилии менее 200 кг/м 2 коэффициент обычно принимают равным 1,3, при более 200 кг/м 2 – 1,2. Шаг между балками принимают равным 1 м. В некоторых случаях, если это допустимо в конкретных эксплуатационных условиях, в целях экономии материалов его принимают равным 1,1 или 1,2 м.

Формулы для определения изгиба балки

При расчете необходимо учесть силу сопротивления материала, из которого изготовлена конструкция. И только после этого рисуется схема, где указывается сила давления на балку.

Таким образом происходят измерения для вычисления изгибаИсточник novainfo.ru

Процесс расчета выглядит следующим образом:

1. Используя формулу площади прямоугольной фигуры S=b*h, определяется сечение балки, а так же берется ко вниманию ее длина L;
2. На балку воздействует сила давления Q, которая изгибает ее в центре, а ее концы образуют угол θ. Обязательно учитывается изначальное положение конструкции f;
3. В схеме концы импровизированной балки установлены совершенно свободно, при этом опоры установлены стационарно. В этом случае нет реакции, как в случае горизонтального закрепления конструкции, и концы балки перемещаются в свободном направлении.

Изгиб предмета под давлением определяется формулой Е=R/Δ. В этом случае Е – это показатель, который берется из справочника, R – сила давления на предмет, Δ – это показатель, который получается в процессе изгиба.

Имея все необходимые показатели можно узнать, какой будет инерция, для этого используется формула:

Δ = Q/(S·Е)

Если же нагрузка будет равномерна по всей длине балки. То нужно использовать такую формулу:

Δ = q·h/(S·Е).

После всех этих вычислений, приходит черед к определению изгиба по системе Юнга. То есть, балку изгибают таким образом, что ее концы выворачиваются в разные стороны, при этом имеют разные куты изгиба. В таком случае в формуле обе части нужно умножить на число L и тогда получается следующее равенство:

Δ*L = Q·L/(b·h·Е)

Формулы можно найти в справочникеИсточник pol-exp.com

Если рассматривать вариант, где балка с одной стороны будет стабильно зафиксирована, а на втором конце будет равновесие, то формула будет выглядеть следующим образом Mmax = q*L*2/8. Если использовать эту величину в формуле для определения изгиба балки, то получится следующее равенство:

Δх = M·х/((h/3)·b·(h/2)·Е).

Момент инерции, который вычисляется b·h2/6 можно условно обозначить W. Таким образом, формула будет иметь совершенно другой вид:

Δх = M·х/(W·Е), где W=M/E.

Чтобы узнать точные показатели изгиба балки, необходимо рассчитать две величины:

• момент прогиба;
• инерцию.

Кроме того, на прогиб имеет огромное влияние условие, при котором концы балок будут либо зафиксированы, либо находиться в свободном положении. Обязательно учитывается способ давления оказываемого на предмет, а так же в каких местах оказывается это давление и как оно распределяется по всей балке.

Все приведенные выше формулы можно использовать только в том случае, когда давление равномерно распределено по всей площади предмета. В том случае, когда нагрузка припадает только на одно определенное место, расчет проводится при помощи интегралов.

Правильные расчеты – гарантия прочности конструкцииИсточник remontik.org

Таким образом, для точного определения изгиба балки следует все делать в следующей последовательности:

1. В первую очередь составляется подробная схема предмета, который будет исследоваться;
2. Измеряются все параметры балки и обязательно учитывается сечение;
3. Определить каким будет максимальное давление на балку, а так же вычислить в каком месте будет оно оказано сильнее всего;
4. Обязательно нужно проверить материал из которого изготовлена балка на прочность.
5. Обязательно определить жесткость предмета.

О расчете прогиба балки в видео:

Заключение

Перед началом строительства все профессиональные проектировщики проводят расчет изгиба балки и определяют расстояние между лагами. Поскольку именно от этих манипуляций зависит прочность будущего дома. Это можно сделать и с помощью онлайн-калькулятора, но для отчетности перед заказчиком необходимо предоставить все цифры документально. Поэтому все операции в показателями и величинами делаются последовательно вручную на бумаге.

Особенности производства

Двутавровая деревянная балка представлена своими производителями в России так же, как и металлическая (стальная, алюминиевая). Процесс изготовления из цельной древесины данного изделия заключается в следующем. Основанием балок считается брус из натурального дерева. ДСП, ОСБ и другие производные, изготовленные из спрессованных и склеенных опилок, не допускаются – их прочность не годится для удерживания основной несущей нагрузки. Опилочные стройматериалы можно использовать лишь в качестве подстилающей прослойки (черновой пол), а никак не для приложения основной силы тяжести, которую они бы уравновешивали свой силой упругости.

Подсушенные обрезные и строганые доски пропиливают согласно чертежу. Из получившихся заготовок выставляют двутавр – вертикальная перемычка (она здесь самая толстая в конструкции), верхняя и нижняя горизонтальные перекладины (полки). Отверстия в полке для крепежа настила мастер просверливает самостоятельно. Для этого в верхней и нижней планках с помощью фрезерного станка выполняют пропил по толщине стойки (примыкающей стенки).

Пазы заполняются клеевым составом – например, столярным клеем, в роли которого работает эпоксидный, так как он наиболее дешёвый. Использовать клей типа «Момент-1» небезопасно – он изготавливается из сильно пахнущих и горючих нефтепродуктов, чьи испарения образуют с воздухом взрывоопасное пространство и вредно влияют на людей как производящих монтаж таких полов (перекрытий), так и впоследствии проживающих в данном месте, да и дорог такой метод в строительстве. При этом ширина паза выбирается таким образом, чтобы стойка-перемычка зашла в него с некоторым усилием, а не гуляла свободно. Центральную стенку вводят до упора в нижнюю канавку. Поверх накладывают зеркально вторую такую же горизонтальную «полку».

Для повышения значения несущей нагрузки дополнительно подклеивают продольные тонкие рейки – со всех четырёх сторон: две сверху по разные стороны от перемычки, и такие же две в нижней части. Все элементы двутавра строго параллельны друг другу, равны по длине и жёстко зафиксированы. От простой конструкции составная отличается следующими особенностями. Можно использовать клеёный брус. Он стоит дороже, так как сам склеен из полос цельной массивной древесины (например, доска или плоская рейка с прямоугольным сечением). Благодаря проклеенным продольным швам такой стройматериал заметно противостоит скручивающей деформации, возникающей в полученном деревоматериале со временем.

Экономия древесины при изготовлении конструктивных элементов и при монтаже перекрытия очевидна – брус не приходится «достраивать», подкладывать под него тонкие деревяшки и куски фанеры под приподнявшиеся от коробления участки, пытаясь заполнить просветы. К тому же полы с лагами из двутавра, в котором применялся именно клеёный брус или фанера, не скрипят, не передают звуки и лишние колебания вниз, на потолок предыдущего этажа, особенно когда всё перекрытие сделано деревянным.

Схема действий при выделке деревянного двутавра здесь следующая.

• Листы фанеры или клеёный брус распиливают при помощи пилы-циркулярки на элементы, сверившись по чертежу такой конструкции.
• С помощью фрезера в брусе осуществляют пропил вдоль всей его протяжённости. Он, как и в предыдущей инструкции, соответствует толщине стенки-перемычки. Пропилы заполняются эпоксидным клеем.
• Стенку, как и в предыдущем случае, вводят в пропил нижней конструкции, затем – напротив – надевают на неё верхнюю, перевернув её пропиленной стороной вниз.

Монтаж двутавровой деревянной балки

Перед монтажом изделие обрабатывают антипиренами и антисептиком. Для установки двутавра в перекрытиях подсобных построек особым умением обладать не нужно. Если же предполагается строительство деревянного здания в несколько этажей, лучше обратиться к специалистам.

Монтаж двутавровых балок имеет некоторые особенности:

для заведения балки в стену в ней нужно сделать отверстия – в деревянных или бревенчатых стенах их вырубают, в кирпичных или бетонных во время кладки образуют специальные ниши для них;
ниши выстилают рубероидом, чтобы обеспечить гидроизоляцию, балку при укладке в гнездо обмазывают любым водоотталкивающим составом – битумной мастикой, например;
опорные концы балки для перекрытий должны составлять не менее 150 мм, это нужно учитывать при вычислении длины изделия;
монтаж начинают от края одной стены, лишь затем закрепляют промежуточные двутавры;
важно добиться получения горизонтальной поверхности для выравнивания двутавровых балок допускается использовать деревянные плашки, которые подкладывают в ниши при монтаже;
каждый третий двутавр фиксируют анкерами или распорками;
свободное пространство в нишах утепляют минватой или заливают цементным составом.

Потолочные балки после возведения крыши подшивают гипсокартоном, вагонкой, досками. Форма двутавра очень удобная для крепления утеплителя.

Преимущества использования двутавровых балок в строительстве

• Низкая стоимость двутавровой балки относительно других аналогичных материалов
• Высокая прочность и износостойкость на протяжении длительного времени
• Легкость в монтаже и отсутствие необходимости привлечения к работе специальной строительной техники
• Длинна двутавровой балки может достигать 12 метров
• Используется в качестве балок перекрытия для цокольного, межэтажного, чердачного или мансардного этажей.
• Конструкция позволяет прокладывать любые инженерные коммуникации без повреждения несущей способности. Такие, как: электрика, воздуховод, водопровод, канализация.
• Высокая экологичность материала. Для изготовления используется древесина хвойных пород
• По своим техническим характеристикам деревянные двутавровые балки ничем не уступают металлическим и бетонным конструкциям, но при этом стоят значительно дешевле
• Межэтажное перекрытие из двутавровой балки , с которым вы забудете что такое скрип в полу и качание люстры на потолке
• Физические свойства двутавра позволяют работать с этим видом материала в любых климатических условиях и при высоких изменениях воздействия внешней среды
• Производство и доставка  возможны в любой регион РФ. Простота логистики, делает данный вид стойматериала одним из наиболее удобным для больших и малых объемов малоэтажного строительства

Инструкция по работе с программой

Рассмотренная программа небольшая и дополнительной установки не требует.

Интерфейс программы

Чтобы было понятнее, рассмотрим каждый пункт программы:

Материал — выбираем требуемый материал бруса или бревна.

Тип балки — брус или бревно.

Размеры — длина, высота, ширина.

Шаг балок — расстояние между балками. Изменяя данный параметр (как и размеры) можно добиться оптимального соотношения.

Нагрузка по площади. Как правило, расчет нагрузки на перекрытия производится на этапе проектирования специалистами, но выполнить его можно и самостоятельно. Прежде всего, учитывается вес материалов, из которых изготовлено перекрытие. Например, чердачное перекрытие, утепленное легким материалом (например, минеральной ватой), с легкой подшивкой выдерживает нагрузку от собственного веса в пределах 50 кг/м². Эксплуатационная нагрузка определяется в соответствии с нормативными документами. Для чердачного перекрытия из деревянных основных материалов и с легкими утеплителем и подшивкой эксплуатационная нагрузка в соответствии со СНиП 2.01.07-85 вычисляется таким путем: 70*1,3=90 кг/м². 70 кг/м².  В этом расчете берется нагрузка в соответствии с нормативами, а 1,3 – коэффициент запаса. Общая нагрузка вычисляется путем сложения: 50+90=140 кг/м². Для надежности цифру рекомендуется округлить немного в большую сторону. В данном случае можно принимать общую нагрузку за 150 кг/м². Если чердачное помещение планируется интенсивно эксплуатировать, то требуется увеличить в расчете нормативное значение нагрузки до 150. В этом случае расчет будет выглядеть следующим образом: 50+150*1,3=245 кг/м². После округления в большую сторону – 250 кг/м². Также следует проводить расчет таким образом, в случае если используются более тяжелые материалы: утеплители, подшивка для заполнения межбалочного пространства

Если на чердаке будет обустраиваться мансарда, то необходимо принимать во внимание вес пола и мебели. В этом случае общая нагрузка может составить до 400 кг/м².

При относительном прогибе.  Разрушение деревянной балки обычно происходит от поперечного изгиба, при котором в сечении балки возникают сжимающие и растягивающие напряжения

Вначале древесина работает упруго, затем возникают пластические деформации, при этом в сжатой зоне происходит смятие крайних волокон (складки), нейтральная ось опускается ниже центра тяжести. При дальнейшем росте изгибающего момента пластические деформации растут и происходит разрушение в результате разрыва крайних растянутых волокон. Максимальный относительный прогиб балок и прогонов покрытий не должен превышать 1/200.

Среднеточечная нагрузка (для ригелей) — это нагрузка, взятая с плиты (полная) плюс собственный вес ригеля.

Фальшбалки из пенопласта

Это самый бюджетный и несложный вариант изготовления декоративных балок своими руками. Можно использовать остатки от ремонта, например, после утепления балкона.

Особенности материала

Пенопласт лёгкий и простой в обработке. Ему придают разнообразные формы, материал легко режется обычным ножом, для работы не требуется специальный инструмент. Ещё один плюс — невысокая цена. Листы пенопласта продаются толщиной от 2 до 10 см и размером от 50х100 до 100х200 см.

К недостаткам относится чувствительность к химически агрессивным средствам. Подойдёт не любой клей. Используют ПВА и некоторые виды жидких гвоздей, например, Момент Монтаж Экспресс Декор (нужно смотреть, для каких материалов предназначен, эта информация указывается на упаковке). Краску тоже выбирают внимательно, в составе не должно быть растворителей.

Технология изготовления

В зависимости от задумки подбирают пенопласт подходящей толщины и нарезают на полосы нужного размера. Если не хватает ширины или длины, склеивают несколько отрезков между собой.

При использовании ПВА можно не ждать пока клей схватиться, а замотать места соединения бумажным скотчем.

Финишная отделка

Поверхность имеет характерный зернистый рисунок, а подходящую краску подобрать сложно. Поэтому лучше использовать самоклеящуюся плёнку, которая продаётся в строительных магазинах. Классический вариант — под дерево, но можно выбрать и другую, например, с имитацией камня.

Материал нарезают по размеру. Снимают часть защитного слоя, прикладывают к поверхности и аккуратно разглаживают, постепенно обклеивая по всей длине.

Таким образом декорируют только три грани. Одну сторону оставляют открытой для монтажа, так как плёнку не получится надежно приклеить к потолку, поскольку поверхность гладкая.

Способы крепления к потолку

Благодаря малому весу пенопластовая балка крепится очень легко. Справится один человек без помощников. Сначала размечают потолок, обозначая места расположения балок

Это особенно важно, если используются несколько с размещением на равном расстоянии. При сложных вариантах дизайна лучше сначала разработать схему на бумаге или компьютере

Свободную сторону фальшбалки намазывают клеем. Слой должен быть не слишком тонким, иначе деталь не будет держаться, но и не толстым, чтобы не сползала вниз или в стороны.

Пенопласт прижимают к потолку в нужном месте. Жидкие гвозди схватываются сразу, ПВА придётся подержать 1-3 минуты. Если выступили излишки, их немедленно убирают влажной тряпочкой.

На чем строится калькулятор балок

Когда стены уже подведены под второй этаж или под крышу, необходимо сделать перекрытие, во втором случае плавно переходящее в стропильные ноги. При этом материалы нужно подобрать так, чтобы и нагрузка на кирпичные либо бревенчатые стены не превышала допустимую, и прочность конструкции была на должном уровне. Следовательно, если вы собираетесь использовать древесину, нужно правильно подобрать балки из нее, сделать расчеты для выяснения нужной толщины и достаточной длины.

Калькулятор балок Укажите размеры балок перекрытий и шаг.

Проседанию или частичному разрушению перекрытия могут послужить разные причины, например, слишком большой шаг между лагами, прогиб поперечин, слишком малая площадь их сечения или дефекты в структуре. Чтобы исключить возможные эксцессы, следует выяснить предполагаемую нагрузку на перекрытие, будь оно цокольное или межэтажное, после чего используем калькулятор балок, учитывая их собственную массу. Последняя может меняться в бетонных перемычках, вес которых зависит от плотности армирования, для дерева и металла при определенной геометрии масса постоянна. Исключением бывает отсыревшая древесина, которую не используют в строительных работах без предварительной сушки.

На балочные системы в перекрытиях и стропильных конструкциях оказывают нагрузку силы, действующие на изгиб сечения, на кручение, на прогиб по длине. Для стропил также нужно предусмотреть снеговую и ветровую нагрузку, которые также создают определенные усилия, прилагаемые к балкам. Также нужно точно определить необходимый шаг между перемычками, поскольку слишком большое количество поперечин приведет к лишней массе перекрытия (или кровли), а слишком малое, как было сказано выше, ослабит конструкцию.

Достоинства и недостатки

Среди основных плюсов элемента следует выделить:

• небольшой собственный вес;
• при укладке не требуется грузоподъемное оборудование;
• экономия времени на монтаж;
• возможность проведения ремонтных работ в период эксплуатации;
• экологичность;
• сравнительно низкая стоимость.

Минусы:

• горючесть и, как следствие, потребность в обработке антипиренами;
• меньшая, чем у металлических конструкций, прочность;
• деформация и усадка материала при перепадах температуры или влажности;
• подверженность воздействию патогенной микрофлоры.

Дополнительно следует отметить необходимость точного расчета.

Виды балок

Для строительства различных сооружений применяются балки из прочных и долговечных материалов. Такие конструкции могут отличаться по длине, форме и сечению. Чаще всего используются деревянные и металлические конструкции. Для расчетной схемы прогиба большое значение имеет материал элемента. Особенность расчета прогиба балки в данном случае будет зависеть от однородности и структуры ее материала.

Деревянные

Для постройки частных домов, дач и другого индивидуального строительства чаще всего используются деревянные балки. Деревянные конструкции, работающие на изгиб, могут использоваться для потолочных и напольных перекрытий.

Деревянные перекрытия

Для расчета максимального прогиба следует учитывать:

1. Материал. Различные породы дерева обладают разным показателем прочности, твердости и гибкости.
2. Форма поперечного сечения и другие геометрические характеристики.
3. Различные виды нагрузки на материал.

Допустимый прогиб балки учитывает максимальный реальный прогиб, а также возможные дополнительные эксплуатационные нагрузки.

Конструкции из древесины хвойных пород

Стальные

Металлические балки отличаются сложным или даже составным сечением и чаще всего изготавливаются из нескольких видов металла. При расчете таких конструкций требуется учитывать не только их жесткость, но и прочность соединений.

Стальные перекрытия

Металлические конструкции изготавливаются путем соединения нескольких видов металлопроката, используя при этом такие виды соединений:

• электросварка;
• заклепки;
• болты, винты и другие виды резьбовых соединений.

Стальные балки чаще всего применяются для многоэтажных домов и других видов строительства, где требуется высокая прочность конструкции. В данном случае при использовании качественных соединений гарантируется равномерно распределенная нагрузка на балку.

Для проведения расчета балки на прогиб может помочь видео: 

Основы вычислений

Для начала следует понять, что именно требуется рассчитать. Дело в том, что деревянный брус или доска балки под нагрузкой способно изогнуться до определенного предела – эта величина называется пределом прочности – и при дальнейшем увеличении нагрузки сломаться. Под действием нагрузки изогнувшаяся балка может также выскользнуть из креплений. Чтобы избежать этого или хотя бы снизить риск такой неприятности, деревянные балки стараются заделать в кладку дома или прикрепить с помощью кронштейнов, уголков и других видов деталей к деревянной стене дома. Используют также врубку балки в венец стены. Все такие виды фиксации считаются жесткой заделкой.

Вот так примерно выглядит расчетная схема для однопролетной балки, то есть изделие, у которого закреплены только концы. Здесь L – пролет балки, расстояние между опорными точками, Q – распределенная нагрузка, f – величина прогиба.

Основой для расчета предельно допустимого прогиба, как и источником других данных о работе деревянных конструкций, является СП 64.13330.2011. Согласно этому документу, предельный прогиб балки для межэтажных перекрытий не должен превышать 1/250 часть длины пролета.

То есть для балки с длиной 6 м допустимый прогиб составит 24 мм. Если же брать более строгие значения (для штукатурки на потолке и требующих строгой плоскости пола второго этажа напольных покрытий, например, плитки) – 1/350, допустимый прогиб уменьшается до 17 мм.

В целом для вычислений используют формулу f=L/350, при этом длину пролета указывают в миллиметрах.

Таблица 1.1. Допустимый прогиб деревянных конструкций.

Соответственно, при расчете балки на прочность в онлайн-калькуляторе или вручную следует уменьшать сечение только до тех пределов прогиба, которые меньше вычисленного значения.

На иллюстрации выше показана расчетная схема для распределенной нагрузки, то есть такой, которая равномерно распределяется по всей балке. Обычно в жилых помещениях используется именно эта схема. Однако при размещении в комнате мебели или оборудования большого веса, особенно не возле стены (на которую опирается край балки), а на некотором удалении от нее, иногда бывает разумнее использовать схему расчета для сосредоточенной нагрузки.

Вот так примерно создается сосредоточенная нагрузка на балку.

Таблица 1.2. Схемы расчета деревянных балок с одной сосредоточенной нагрузкой.

Здесь и далее Е – модуль упругости древесины Е=100 000 кгс/м2), I – осевой момент инерции балки.

Таблица 1.3. Схемы расчета деревянных балок с двумя сосредоточенными нагрузками.

Таблица 1.4. Расчет балки с двусторонним жестким защемлением при равномерно-распределенной нагрузке.

В зависимости от того, куда именно приложены нагрузки и в каком количестве, используется расчетная схема соответствующего типа.

Для бруса, защемленного в стене только одним концом (консольное крепление), используются другие формулы расчета деревянной балки на прочность. Обычно такие вычисления нужны при проектировании навесов на деревянных балках-опорах, больших вылетов крыши и других подобных случаях.

Таблица 1.5. Расчет консольной балки при одной сосредоточенной нагрузке.

Таблица 1.6. Расчет консольной балки при одной неравномерно-распределенной нагрузке.

Таблица 1.7. Расчет консольной балки при одной равномерно-распределенной нагрузке.

Формулы кажутся громоздкими и сложными, но фактически обычному пользователю при расчете деревянных балок перекрытия важно просто представлять себе характер распределения действующих на балку сил и понимать – чтобы соблюсти условия прочности, необходимо правильно выбрать схему приложения нагрузок

Соединение в коренной шип

Данный тип соединения является замочным и его проведение также лучше доверить специалистам в этой области. Дело в том, что операция не столько сложна, сколько требует от работника квалификации и наличия определенных навыков в работе с деревом. Для проведения этой операции следует выпить на одном крае деревянного элемента паз, а на втором шип. Делать это необходимо под углом в 45 градусов.

Этот тип сращивания отличается от всех других своей формой. Чаще всего данный метод используется для обустройства углов здания. Пазы и шипы по форме сильно напоминают трапецию, а в итоге образуют «ласточкин хвост». Для достижения большей прочности и долговечности следует укрепить соединение нагелями.

Похожие записи:

Как построить дом из сэндвич-панелей своими руками Установка входной металлической двери в квартиру своими руками Какие газовые колонки лучше Как покрыть крышу стеклоизолом своими руками Как установить входную дверь: видео + инструкция по самостоятельной установке Как рассчитать объем фундамента в м3 при разной высоте?