что такое сечение балки перекрытия
Виды деревянных балок для перекрытий, расчёт длины, монтаж
Важный этап строительства любого здания – установка межэтажных перекрытий. Они распределяют вес находящихся выше элементов строения, таких как крыша и стены, а также коммуникаций и деталей интерьера верхних этажей. Чтобы выдержать немалую нагрузку, нужны прочные перекрытия. В статье расскажем, какие виды балок применяют для разных частей здания, и рассмотрим, как правильно рассчитывать нагрузку и длину балочных перекрытий.
Межэтажное перекрытие деревянными балками
Виды перекрытий
Перекрытие – это горизонтальная несущая конструкция из балок, разделяющая здание по высоте на функциональные зоны или этажи и поддерживающая прочность всего строения. При строительстве дома применяют следующие виды перекрытий:
Естественно, самые прочные – металлические балки в виде швеллера, уголка или двутавра, изготовленные из высокопрочной стали. Их лучше всего использовать для цокольного перекрытия, так как оно несёт наибольшую нагрузку. Из стальных балок можно устраивать длинные пролёты с большим расстоянием между балками. Они устойчивы к механическим повреждениям и гниению. Однако из-за большого веса с ними тяжело работать, а высокая цена металла увеличивает расходы на строительство.
Железобетонные балки перекрытия выдерживают большие нагрузки и подходят для строительства многоэтажных домов. Но для их монтажа понадобится специальная техника.
В основном при строительстве частных домов для перекрытий используют деревянные балки. Дерево – надёжный и экологически безопасный материал, который не навредит жильцам дома. Балки из дерева относительно недорого стоят и имеют небольшой, по сравнению с предыдущими видами вес, поэтому их легко устанавливать. Однако дерево огнеопасно, подвержено гниению и поражению короедом, поэтому требует предварительной обработки.
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.
Сечение балочных перекрытий
На прочность перекрытия также влияет сечение балки. По типу сечения включают следующие виды пиломатериалов:
Самые распространённые – балочные перекрытия прямоугольного сечения. Их легко устанавливать и такие балки будут служить лагами для обустройства полов. При монтаже прямоугольных балок их устанавливают вертикально широкой частью, так как с увеличением высоты повышается прочность конструкции.
Для чердачных перекрытий часто используют круглые балки или оцилиндрованные брёвна. Такие балки имеют хорошую прочность и устойчивость на прогиб.
Наиболее крепкие и функциональные – двутавровые балки перекрытия.
Расчёт нагрузки и размеров деревянных балок
Перед возведением здания необходимо рассчитать нагрузку и длину балочных перекрытий. Для лучшей прочности перекрытия при строительстве нужно использовать деревянные балки с немного большим, чем расчётный, запасом прочности.
Выбор ширины или толщины балки в зависимости от длины
Чтобы правильно произвести расчёт нагрузки на балку перекрытия, нужно:
Так как для расчёта требуется знать нагрузку на погонный метр, нужно предполагаемую нагрузку на 1 м 2 умножить на расстояние между балками. Далее, полученную цифру умножают на квадрат расстояния между несущими стенами и делят на 8. Так проводят расчёт нагрузки балочного перекрытия.
Mmax = (q*L 2 )/8
При проектировании каркаса перекрытия нужно уделить внимание пространственной жёсткости, которая во многом зависит от показателей прогиба балочного перекрытия.
Расчёт деревянной балки на прогиб проводят по формуле: W = Mmax / R, где M – максимальная нагрузка, а R – сопротивление древесины из СП 64.13330.2017 от 2017 г. (актуальная редакция СНиП II-25-80). Для древесины 2 сорта её принято считать равной 130 кг/см2.
Из формулы W = b*h 2 /6, зная показатель W, вычисляем сечение перекрытия. Достаточно задать одну геометрическую характеристику b (ширину сечения) или h (его высоту).
Прогиб деревянного перекрытия при вычисленной нагрузке не должен быть больше соотношения к длине балки 1:350 для подвальных и межэтажных перекрытий, а для чердачных и мансардных – 1:250.
Размер балок зависит от расстояния между несущими стенами. Для определения необходимой длины балки к этой величине прибавляют 40 см, примерно по 15–20 см с каждой стороны. Профессиональные строители рекомендуют для устройства перекрытия использовать балки с сечением равным 4–5% длины пролёта.
Монтаж перекрытия
Чтобы здание долго прослужило, балочные перекрытия должны соответствовать высокому уровню прочности. Иметь хорошую звуковую и теплоизоляцию, а также хорошо вентилироваться.
При установке деревянных балок чаще всего используют маячный способ монтажа. Вначале монтируют крайние балки, а затем промежуточные. Чтобы не допускать ошибок во время работы, используют уровень. В случае перепадов высоты, балки можно выровнять подложив под торцевые концы пропитанные битумным праймером обрезки.
Перед началом установки проводят сращивание или обрезку балок до нужных размеров. Сращивание балок из бруса по длине обычно проводят способом «замочный паз». Для этого концы брусьев спиливают на 1\2 толщины и заглубляют один торец в толщу другого. Затем места соединений фиксируют.
Сращивание двух балок
Расстояние между деревянными балками не должно быть меньше 60 см и превышать 1 метр. В конструкции из брёвен или клеёного бруса шаг делают больше, чем в дощатых перекрытиях. При монтаже чердачного перекрытия расстояние между дымоходом и балками должно быть не менее 40 сантиметров.
Для прочности каркаса торцы балок заглубляют в несущую стену минимум на 15 см. У двутавровых балок это значение разрешено уменьшить до 7 см. Заделывают углубления раствором или монтажной пеной. Возможно закрепление концов на стенах с помощью стальных связей. В местах опор на балках делается гидроизоляция.
Гидроизоляция балок в местах опор обязательна
Достоинства и недостатки балок из дерева
Использование в строительстве зданий деревянных балок в отличие от других видов характеризуется следующими достоинствами:
Однако, несмотря на многие достоинства, такие перекрытия менее прочны, чем металлические и железобетонные. Требуют обработки антипиренами, а также средствами против гнили и плесени. Монтаж деревянных балок возможен только после тщательных расчётов.
В заключение статьи нужно добавить, что применение дерева в строительстве значительно сокращает расходы. Чтобы не нарушить конструкцию всего здания и установить прочные перекрытия, их проектирование и монтаж лучше доверить профессиональным строителям.
Особенности, типы и расчет деревянных балок перекрытия
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.
Плюсы и минусы перекрытия из дерева
Для монтажа перекрытия своими руками необходимо подготовиться. Пол в доме должен опираться на прочную и жесткую конструкцию. Перед началом работ придется изучить требования к элементам, особенности их расчета и типы сечений.
Можно выделить следующие преимущества деревянного перекрытия:
Деревянные балки не утяжеляют конструкцию и быстро монтируются
Но также стоит выделить и недостатки:
Требования к деревянному перекрытию
Деревянные балки перекрытия должны соответствовать следующим требованиям:
Также существуют определенные требования к материалу, из которого изготовлены балки. Рекомендуется выбирать древесину хвойных пород. Она содержит много смолы, поэтому лучше сопротивляется различным микроорганизмам. Лучшим материалом считаются те деревья, которые выросли в суровых условиях. Плотность ствола у них выше. По этой причине закупать стоит сосну или ель, которые выросли в северных регионах страны.
Также нужно обратить внимание на время заготовки. Лучшим считается период в конце зимы. В это время дерево находится в спящем состоянии, в нем меньше соков, поэтому и влажность материала будет меньше.
Какими бывают деревянные перекрытия
Балки перекрытия деревянные используются практически для всех уровней дома. Балочный каркас необходимо предусмотреть для следующих типов конструкции:
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.
Какие бывают балки
Существует несколько признаков, по которым проводят классификацию деревянных балок перекрытий: по размерам, материалу, типу сечения. Длина балок перекрытия зависит от расстояния между стенами. К этой величине нужно прибавить запас на опирание с двух сторон. Оптимально нужно предусмотреть по 200—250 мм.
По материалу элементы разделяют на следующие виды:
Из клееного бруса изготавливают гнутые балки
Последние стоят существенно дороже. Но зато такой материал подойдет для перекрытия больших пролетов. Обычная балка может работать на 4—6 м, в то время как клееная хорошо справляется с расстояниями 6—9 м. Клееный брус практически не дает усадки, пожаробезопасен и устойчив к действию влаги. Можно изготовить не только линейные элементы, но и гнутые. Существенным недостатком такого материала будет наличие ненатуральных компонентов (клей).
Сечение балок может быть следующих типов:
Последнее имеет уширенные элементы в верхней и в нижней части. В середине сечения оно уменьшено до максимально возможных размеров. Такой вариант позволяет рационально использовать древесину и сократить ее расход. Но изготовить такой элемент непросто. По этой причине двутавр не так часто применяют в строительстве.
Чаще всего применяют брус прямоугольной формы
Оптимальным вариантом станет прямоугольник. При этом длинная сторона располагается вертикально, а короткая — горизонтально. Это обусловлен тем, что увеличение высоты лучше влияет на прочность, чем ширины. Устанавливать балку из доски плашмя практически бесполезно.
Самым невыгодным из представленных может считаться квадратное сечение. Оно меньше всех подогнано под эпюру усилий в элементе.
Также для перекрытия можно использовать бревна. Но этот вариант не получил популярности. Сечение из доски намного выгоднее и удобнее в монтаже, поэтому используется намного чаще.
Расчеты
Расчет сечения позволит не сомневаться в прочности и жесткости конструкции. При этом определяется максимальная длина, которая допускается при каком-либо сечении. Чтобы выполнить расчёт, нужны следующие данные:
Для расчета нужно знать расстояние между балками, ширину пролета и нагрузку на конструкцию
Нагрузка складывается из двух значений: постоянного и временного. Постоянное включает в себя массу самих балок (пока предварительную), утепление, подшивка потолка, черновой и чистый пол. Временная нагрузка — это масса людей и мебели. По нормативным документам для жилых помещений она принимается равной 150 кг/м2. Для чердака можно взять меньше, но рекомендуется — такую же. Это не только обеспечит определенный запас прочности, но и даст возможность в будущем переоборудовать свой чердак в мансарду без реконструкции несущих элементов.
Балочный каркас следует рассчитывать по таким формулам:
В этих формулах q — это нагрузка на кв. м перекрытия, которая включает в себя массу конструкций и 150 кг полезного значения. При этом указанные величины требуется умножить на расстояние между балками. Это вызвано тем, что для вычислений нужно нагружение на погонный метр, а изначально величина рассчитана на квадратный. l2 — расстояние между несущими стенами, на которые опирается прогон, взятое в квадрате.
Зная Wтреб, можно подобрать сечение перекрытие. W = b*h2/6. Зная W, можно легко составить уравнение с одной неизвестной. Здесь достаточно лишь задать одну геометрическую характеристику b (ширину сечения) или h (его высоту).
Чаще всего деревянная балка уже имеет известную ширину. Удобнее изготавливать ее из доски шириной 50 или 100 мм. Также можно рассмотреть вариант с составным сечением. Его изготавливают из нескольких досок толщиной 50 мм.
Расчетом в указанном случае находят необходимую высоту элемента. Но бывают такие случаи, что нужно вписаться в определенный пирог перекрытия, чтобы не уменьшить высоту помещений. В этом случае в качестве известной величины в уравнение добавляют высоту сечения, а находят ширину. Но чем меньше высота, тем более неэкономичным будет каркас перекрытия.
Для стягивания двух или трех досок между собой удобно использовать металлические шпильки. При этом при закручивании гаек обязательно используют более широкие шайбы. Они предотвращают вдавливание металла в более мягкое дерево. Между деревом и стальными крепежами нужно обязательно предусмотреть изоляцию. Для этого можно использовать такой материал, как ТЕХНОЭЛАСТ марки ЭПП.
Деревянные бруски перед монтажом необходимо гидроизолировать
Перед использованием деревянных элементов их обрабатывают антисептическим составом. Это нужно для предотвращения заплесневения и загнивания. Также рекомендуется выполнить обработку антипиренами, которые повысят пожарную безопасность. При опирании прогонов на стену из кирпича или бетона их концы оборачивают техноэластом, линокромом, гидроизолом или рубероидом.
Построить дом своими руками
Несущим элементом любого деревянного перекрытия являются балки из дерева (древесины) разных видов. Для обеспечения надежности всей конструкции важно выбрать правильный их вид, сечение, шаг укладки, а также надежно закрепить на несущих стенах. Поэтому, в данной статье, мы рассмотрим какими могут быть балки перекрытия из дерева и как подобрать их размеры.
Виды балок перекрытия из дерева (древесины)
Деревянные балки могут быть изготовлены из разных пород дерева. Но, как правило, их изготовляют из хвойных пород, таких как лиственница, сосна или ель. Это объясняется тем, что они, по сравнению с лиственными породами, отличаются лучшей устойчивостью к изгибающим нагрузкам. Среди хвойных пород наилучшими характеристиками обладает лиственница, но и стоимость ее довольно высокая. Поэтому наибольшее распространение в строительстве получили деревянные балки перекрытия из сосны. По прочности они несколько уступают лиственнице, но лучше аналогичных изделий из ели, а стоимость их относительно невысокая.
В зависимости от формы сечения и и других особенностей можно выделить следующие виды балок из дерева (древесины):
Рис.1 Виды деревянных балок перекрытия.
Бревна
Балки перекрытия из бревен в настоящее время используются редко. Но все же, как вариант могут рассматриваться. Для их изготовления можно использовать сухие, очищенные от коры и обработанные антисептическим составом бревна диаметром 100-300 мм и длиной до 6 м. Они могут быть оцилиндрованными или обрезанными с двух сторон.
Доски
В качестве балок деревянного перекрытия могут использоваться доски, толщиной не менее 50 мм и шириной 100-200 мм. Использование для этой цели досок меньшей толщины не желательно. Доски, как правило, используются при перекрытии небольших пролетов.
Брус: пиленый или клееный
Чаще всего в качестве деревянных балок перекрытий используется обычный пиленый бус сечением 75-200х100-250 мм. С помощью балок такого вида можно перекрывать пролеты до 6 м. Их главное преимущество, как и досок – относительно небольшая стоимость. При выборе и покупке бруса следует проследить, чтобы он был сухой, без опрелостей, темных пятен или полос и не имел деформаций (прогибов, кручений).
Клееный брус изготавливается в промышленных условиях, в процессе склеивания нескольких ламелей – высушеных до влажности 6-10% досок с противоположным направлением древесных волокон.
Такой брус намного прочнее обычного пиленого и может перекрывать пролеты до 12 м. Он изготовляется шириной и высотой от 75 до 300 мм. Существует также другая разновидность клееного бруса ЛВЛ — из склееных очень тонких пластин древесины, по типу фанеры. Обе разновидности клееного бруса довольно хороший вариант для устройства деревянного перекрытия, но стоимость его тоже довольно высокая и не всем «по карману».
Двутавры
Двутавровые деревянные балки представляют собой изделия, склеенные из двух материалов: верхнего и нижнего поясов из древесины между которыми вставлена поперечина из фанеры или древесно-стружечной плиты (OSB, OSP).
Прочность и жесткость качественно изготовленных двутавровых деревянных балок почти в три раза выше чем пиленого бруса аналогичного сечения.
При этом вес их небольшой. Например, вес балки длиной 6 м не более 40 кг. Кроме того, они со временем не дают усадку, не рассыхаются и не выкручиваются. С помощью них можно перекрывать пролеты больше 6 м. Правда стоимость двутавровых балок выше чем обычного бруса.
Как выбрать количество и размеры балок перекрытия
После того как мы выбрали оптимальный вид деревянных балок необходимо определиться с требуемым их количеством, шагом укладки (расстоянием между ними), а также с их размерами: длиной и сечением. Подбор размеров мы рассмотрим на примере наиболее распространенного вида балок деревянного перекрытия – из пиленого бруса или досок.
Длина
Сначала определяемся с длиной. Необходимую длину балок несложно узнать, замерив с помощью рулетки пролет, который предполагается перекрыть. К полученному значению следует добавить величину заделки балки в несущие стены с каждой стороны: не менее 150 мм – для балок из бруса и не менее 100 мм, если они из доски. Это в случае, если несущие стены кирпичные или из блоков разного вида. Если же они деревянные (бревно, брус) то глубина заделки в зарубки не менее 70 мм.
Следует отметить, что максимальный пролет, который может перекрывать деревянная балка из обычного пиленого бруса или доски – 6 м. Для этого подойдут балки длиной 6,20-6,30 м. Для того, чтобы перекрыть пролеты большей ширины ( до 12 м) необходимо устраивать дополнительную промежуточную опору (внутренняя несущая стена, колонны) или использовать изделия из клееного бруса или деревянный двутавр.
Количество и шаг укладки
Количество балок находится в прямой зависимости от шага их укладки – расстояния между ними. Чаще всего, он составляет от 450 до 1200 мм. Он может быть выбран с таким расчетом, чтобы в пространство между балками без остатка плотно входил утеплитель или по другим соображениям.
При этом необходимо помнить, что шаг укладки находится еще и в прямой зависимости от сечения и обратной — от длинны балок (ширины перекрываемого пролета). Например, при той же длине балок, чем больше их сечение, тем большим может быть и шаг укладки и, наоборот, при том же сечении – чем больше длина, тем меньше шаг.
Сечение
Сечение балок из бруса и досок может быть в пределах: ширина 50-200 мм, высота 100-300 мм. Считается, что оптимальным является отношение их высоты к ширине как 1,4-1,5:1. Размеры сечения балок из дерева напрямую зависят от той нагрузки, которую они должны будут выдерживать без разрушения и деформации.
Общая расчетная нагрузка
Для того, чтобы правильно подобрать размеры балок из дерева необходимо выяснить, какая общая нагрузка будет на них действовать во время эксплуатации перекрытия. Это напрямую зависит от того, какой вид перекрытия мы сооружаем (чердачное или междуэтажное), а также от вида, а следовательно и веса, межбалочного заполнения.
Общая расчетная нагрузка, которая будет действовать на балки из дерева состоит из постоянной нагрузки от собственного веса перекрытия (вес самих балок+вес межбалочного заполнения+подшивка потолка) и эксплуатационной нагрузки, учитывающей вес мебели, предметов быта, людей и т.д.).
Точный расчет нагрузок для каждого конкретного случая выполняют специалисты при составлении проекта. Но если вы решили сами выполнить подбор размеров балок, то можно можно сделать упрощенный расчет или ориентироваться на средние значения.
При этом, согласно СниП, относительный прогиб балок из дерева не должен превышать следующие значения: для междуэтажных перекрытий – 1/350, а для чердачных – 1/250.
Зная длину пролета и общую расчетную нагрузку, несложно подобрать размеры балок перекрытия из дерева по таблицам, представленным ниже или используя онлайн-калькулятор, который несложно найти в интернете.