Перекрытия из бруса между этажами: установка межэтажных балок в брусовом доме
Во время строительства двухуровневых домов на межэтажные перекрытия в брусовом доме приходится и эксплуатационная нагрузка (кроме их собственного веса). Поэтому поверх деревянных балок в таких домах часто сооружают деревянный настил, а потолок просто подшивают. Лаги пола укладывают на балки, между которыми помещают толь, а сверху на него – утеплитель. В качестве утеплителя и шумопоглощающего материала может служить обычный песок, однако следует помнить, что он значительно увеличивает вес конструкции.
На месте ванных комнат и санузлов (ввиду того что в них влажность воздуха повышена) перекрытия между этажами в доме из бруса нуждаются в постоянном контроле. Для этого нижнюю подшивку можно не выполнять. Такой подход поможет, кроме того, обеспечить достаточную вентиляцию в помещении и избежать появления на полу и стенах плесени. Гидроизоляционное покрытие (пленочный материал) в этих местах поднимают таким образом, чтобы его край можно было прикрепить к стенам с захлестом не менее 6 см.
В том случае, если в доме планируется сооружать печь или камин, необходимо тщательно проработать места в перекрытии, где будет располагаться дымоход. Балки размещают так, чтобы они не касались кирпичной трубы и отстояли от нее не менее чем на 35 см.
Черновой пол по деревянным лагам: с чего начать
Как правильно сделать черновой пол? Для монтажа чернового пола подбирается максимально сухие доски из хвойных видов деревьев. Влажность должна быть в районе 15–20%. Сосновые, пихтовые, лиственничные или еловые доски уже пропитаны природными смолами и практически не поддаются процессам гниения и заплесневения. Дополнительно доски для чернового пола и брусья для лаг придётся пропитать антисептиком для устойчивости от воздействия влаги, насекомых, грибков и антипиреном для повышения огнеупорности.
Качественная укладка чернового пола обеспечит отсутствие гулкости и скрипов при ходьбе
Качественное устройство чернового пола в деревянном доме обеспечивает отсутствие гулкости и скрипов при ходьбе, сохраняет тепло внутри жилища, продлевает срок эксплуатации пола.
Установка лаг под деревянные полы
Лаги — это основа всех слоёв пола. Из них собирают несущую конструкцию. Лаги для пола в деревянном доме размещаются на балках перекрытия, на подпорках или непосредственно на железобетонной плите.
Если дом установлен на столбчатом, винтовом или ленточном фундаменте, то лаги могут закрепляться прямо к несущим стенам. Но ширина комнаты не должна превышать 4 метров. Крепление такого типа позволяет сделать надёжную и долговечную несущую конструкцию для пола.
Лаги могут закрепляться прямо к несущим стенам
При установке лаг для пола на бетонной основе обустраивают подпорки, поднимающие их над бетоном. Подпорки сооружают из кирпичей, бетона или используют готовые металлические опоры.
Иногда лаги укладывают прямо на бетонное основание. В таком случае обязательно проводят добротную гидроизоляцию.
Если установку половых лаг проводят на фундаментные балки, то посередине обустраивают опоры для большей прочности будущего пола.
В некоторых случаях опорные столбики устанавливают прямо на грунт. Под опоры выкапывают в земле куб 40х40х40 сантиметров, затем утрамбовывают на дно песок толщиной 10 см, слой щебня толщиной 10 см, и оставшиеся 20 см высоты заливают бетоном. После застывания формируют опору из кирпича на необходимую высоту и укладывают гидроизоляцию (например, рубероид).
Подпорки для лаг могут быть из кирпича, бетона или металлические
Для укрепления всей конструкции пола по периметру комнаты на цоколь или ростверк закрепляются хвойные брусья с сечением 150х150 см. Основание для укладки этих брусьев (их называют обвязкой для лагов) покрывается гидроизолятором. Затем края лаг укладываются от стены к противоположной стене на эту обвязку. Получается нижняя обвязка. Длина участка лаги, который ложится на фундамент или ростверк, должен быть равен 10 см или более. Обвязка может быть не только нижней, но и боковой, а также двойной.
Статья по теме:
При креплении обвязки и лагов надо соблюдать расстояние 2–3 см до стен из-за сезонного расширения и усыхания древесины. При укладке лаг строитель должен контролировать, чтобы поверхность, образуемая верхними боковинами лаг, была идеально ровной. От этого зависит, получится ли деревянный пол в частном доме по лагам ровным. Проверяют ровность с помощью обычной рейки или строительного уровня.
Каким должно быть сечение лаг и шаг между ними
Качество итогового пола напрямую зависит от профессиональной укладки деревянного пола на лаги. Размер сечения лаг, расстояния между ними и толщина материалов для чистового покрытия Антипирен все эти параметры взаимосвязаны.
Деревянные брусья используемые для лаг на срезе должны быть прямоугольными
Деревянные брусья на срезе должны быть прямоугольными. Причём высота этого прямоугольника в 1.5-2 раза должны быть больше ширины. Устанавливаются лаги на боковую поверхность. Благодаря такому расположению и габаритам сечения лаги выносят внушительные нагрузки, забирая на себя часть общей нагрузки дома.
Оптимальное сечение лаг и шаг между ними для разных пролётов и разной толщины чистовых досок можно узнать из таблицы:
Толщина чистовой доски мм | Расстояние между лагами мм | Длина стены мм | Сечение лаг мм |
20 | 300 | 2000 | 110х60 |
24 | 400 | 3000 | 150х80 |
30 | 500 | 4000 | 180х100 |
35 | 600 | 5000 | 200х150 |
40 | 700 | 6000 | 220х180 |
45 | 800 | ||
50 | 1000 |
Если длина стены не входит в таблицу, то расстояние между некоторыми лагами будет меньше расчётного. В таком случае прочность всей конструкции только возрастёт.
Лаги до укладки, как и всю применяемую древесину, обрабатывают антисептиком и антпиреном, а нижняя сторона обрабатывается дважды с интервалом 5 часов из-за просушки.
Особенности расчета на прогиб
Расчет на прогиб проводится обязательно для любых перекрытий. Крайне важен точный расчет данного показателя при значительных внешних нагрузках. Сложные формулы в данном случае использовать необязательно. Если использовать соответствующие коэффициенты, то вычисления можно свести к простым схемам:
- Стержень, который опирается на одну жесткую и одну шарнирную опору, и воспринимает сосредоточенную нагрузку.
- Стержень, который опирается на жесткую и шарнирную опору, и при этом на него действует распределенное нагружение.
- Варианты нагружения консольного стержня, который закреплен жестко.
- Действие на конструкцию сложной нагрузки.
Применение этого метода вычисления прогиба позволяет не учитывать материал. Поэтому на расчеты не влияют значения его основных характеристик.
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.
Устройство
По назначению данные конструкции разделяются на следующие виды:
- цокольные,
- межэтажные,
- чердачные.
Цокольные и чердачные перекрытия требуют усиленной теплозащиты в силу высоких перепадов температур. Для межэтажных оборудуется качественная шумоизоляция, если на верхнем этаже будут находиться жилые комнаты. Конструктивно они состоят из следующих элементов:
- балки,
- подшивное перекрытие,
- изоляционные слои,
- накат,
Второй способ устройства деревянных перекрытий: между брусьями укладываются плиты минеральной ваты. Затем поперек них прикрепляются лаги, которые обшиваются накатом. Третий способ выполняют, как 2-ой, но добавляют еще 1 слой лаг и утеплитель между ними. Таким способом осуществляется усиление несущей способности всей конструкции.
Если устанавливаются балки перекрытия в деревянном доме, следует учитывать его усадку в течение года после возведения. Избежать деформации вследствие этого можно следующим способом: сочленения брусьев с наружными стенами закрепляются не жестко, а концы брусьев обрезают под 60º. В кирпичных стенах делают по-другому: в процессе возведения предусматривают специальные гнезда для закладки бруса. Между его концом и кирпичом должна находиться пропитанная битумом подкладка.
При монтаже деревянных перекрытий допускается наращивать балки. Для этого в месте соединения двух брусьев запиливают замок длиной 0,5-1 м. Элементы скрепляют между собой болтами. Конструкция будет более надежной, если концы наращенного бруса расположить на стене фасада. Кроме этого их надо пропитать битумом, а практически незаметное свободное пространство заложить утеплителем.
В целом конструкция перекрытия выглядит следующим образом:
- крайние балки располагаются на опорном брусе (мауэрлате) или на верхней металлической обвязке;
- следующие укладываются с шагом минимум 0,5 м (шаг тем меньше, чем больше длина пролета);
- крепление к срубу осуществляется при помощи надставок, прикрепленных болтами;
- между надставками при помощи длинных гвоздей закрепляются вкладыши.
Надставки применяются в случаях, когда уже уложена теплоизоляция, например, плиты минеральной ваты. Монтаж утеплителя снизу вверх осуществить легче и быстрее, поэтому часто используется такой прием. Для надставок берут брус 100 мм.
Разновидности деревянных перекрытий
Классический способ монтажа основан на устройстве несущей части из балок и заполнения пустого пространства. Для этого сбивают накат, состоящий из прилегающих плотно друг к другу щитов или досок. Следует отметить, что для работ часто используется не цельный или клееный брус, а деревянная двутавровая балка для перекрытий, отличающаяся легким весом и высокой прочностью. При помощи такой балки можно осуществить быстрый монтаж перекрытий.
Сама конструкция двутавровой балки делает ее отличным материалом для возведения каркасных домов. Таким образом, весь каркас и перекрытия собираются из одного материала, при этом монтаж не требует применения тяжелой техники. Конструкция двутавровой балки состоит из следующих элементов:
- доски-полки из прочной древесины обеспечивают хорошие несущие характеристики;
- пространство между ними занимает плита OSB; она удешевляет себестоимость изделия, уменьшает вес, что благоприятно сказывается на общем весе дома и его давлении на фундамент.
В заключение следует отметить преимущества деревянных перекрытий для частного домостроения. Домовладельцу не надо нанимать тяжелую технику вследствие небольшого веса бруса. Затраты на строительство минимальные, так как брус и доску можно приобрести из хвойных пород. Материал обладает высокими звукоизолирующими и теплосберегающими свойствами. Крепления осуществляются болтами или длинными гвоздями, что также является легким, быстрым и удобным способом монтажа.
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.
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.
Популярные ошибки при монтаже
Обычно при монтаже перекрытий из дерева новички совершают такие ошибки:
- Неправильный расчет размера балок, сечения и прочих характеристик;
- Отсутствие гидроизоляции. Многие считают, что для сухих и холодных помещений гидроизоляционные материалы не нужны. Но это вовсе не так. Утеплитель нуждается в гидроизоляции, иначе она будет разрушаться;
- Если были выбраны балки с естественной влажностью, то обязательно нужно устанавливать их в стены запасом. Это связано с тем, что изделия будут давать сильную усадку;
- Нельзя укладывать деревянную балку в одну деревянную и одну бетонную стену стандартным методом. Это может привести к перекосу конструкции. В таком случае понадобится винтовой домкрат.
Основные преимущества и недостатки деревянных перекрытий
В сознании граждан сложился стереотип, согласно которому панели из сборного железобетона — единственно возможное решение для любого здания. Преодолеть его не трудно.
Достаточно перечислить преимущества деревянных балочных перекрытий:
- Минимальная стоимость (1 м3 бруса в несколько раз дешевле 1м3 пустотных панелей);
- Нагрузка на стены в 2-3 раза меньше, чем от панелей. Это позволяет существенно снизить расход арматуры и бетона при устройстве фундамента;
- На небольших пролетах (до 4 метров) деревянные балки можно укладывать вручную, используя простейшие приспособления (лебедку или подъемный блок). Смонтировать тяжелые плиты без мощного крана – задача нереальная;
- Низкая трудоемкость и высокая скорость работ (по сравнению с заливкой монолитного ж/б перекрытия);
- Экологичность (в бетоне используется гранитный гравий, радиационный фон которого может существенно превышать норму).
Как известно, достоинства не бывают без недостатков. У перекрытий из древесины их немного:
- Повышенная деформативность. Проявляется в эффекте вибрирования при хождении и образовании трещин в местах примыкания перегородок из гипсокартона;
- Низкая огнестойкость (без специальной пропитки);
- Относительно небольшая длина (не превышает 6 метров). У ж/б панелей она достигает 7,2 метра.
К числу недостатков данных конструкций некоторые авторы тематических статей относят образование трещин в штукатурке потолка и плохую изоляцию ударного шума. Однако, при грамотном подходе к монтажу две эти проблемы решаются просто и надежно. Для этого ниже несущих балок укладывают ряд менее толстых брусьев, специально предназначенных для подшивки потолка (гипсокартон, ОСП, вагонка, доска).
Разновидность деревянных перекрытий
Устройство деревянных перекрытий должно включать противопожарную защиту. С точки зрения техники безопасности пожарной охраны различают два вида перекрытий в деревянном строительстве:
Ребристые перекрытия, являющиеся конструкциями из деревянных плит с закрытой верхней и нижней поверхностью на деревянных ребрах.
Балочные деревянные перекрытия
В особняках наиболее часто используются балочные деревянные перекрытия, являющиеся обычно чердачными или междуэтажными перекрытиями.
Балки деревянного перекрытия обычно имеют толщину 42мм, чего вполне достаточно для обеспечения необходимой жесткости конструкции и предотвращения скручивания элементов. Высота балок может быть различна и зависит от площади перекрытия, расстояния между балками и материала, из которого они сделаны.
Чаще всего они имеют вид твердых деревянных бревен, но возможна также конструкция балок из составных элементов (склеенных или соединенных механически).
Каркас перекрытия состоит из деревянных балок и подтяжек. Все элементы такого перекрытия опираются на несущие стены. Возможно также удерживание балок перекрытия на дополнительных промежуточных балках.
Все балки укладываются в одном направлении и видны снизу перекрытия. Они могут быть закрыты потолком из гипсокартона или деревянных панелей.
В перекрытиях без нижнего потолка балки становятся видимыми элементами и полезно влияют на климат помещения. Используются, как правило, два расстояния укладки балок – 40 и 60 см. В кирпичных домах балки перекрытия дополнительно защищены от высовывания из стен при помощи специальных петель.
Концы балок, опирающиеся на стены, должны быть покрыты смолой и бумагой, однако без покрытия ею всей балки. Следует использовать также теплоизоляцию лицевой стороны балок, что обеспечит удаление водяного пара и продолжит срок эксплуатации древесины. Между балкой и стеной необходимо оставить вентиляционное пространство шириной 2-3 см, чтобы воздух мог свободно доходить до лицевой стороны балки.
Устройство
Так как балки перекрытия могут классифицироваться с учетом используемого материала, то на этом их разновидности не заканчиваются. По назначению такие конструкции могут быть цельными, межэтажными (в том числе для перекрытия первого этажа) и чердачными. В этом случае все зависит от того, для каких целей вы будете задействовать этот материал.
О том сколько стоит 1 куб обрезной доски, размером 20х100х6000 можно узнать из описания.
При обустройстве цоколя или чердака необходимо применять усиленную теплоизоляцию, так как в этих помещениях имеет место постоянный перепад температуры. Для перекрытий между этажами требуется качественная звукоизоляция. Она необходимо даже при условии, что на верхнем этаже не будут располагаться жилые помещения.
На видео – устройство чердачного перекрытия по деревянным балкам:
Сколько стоит строганая обрезная доска размером 25х150х6000 можно узнать из данной статьи.
Имеется еще один метод устройства деревянных конструкций. В этом случае между брусьями ведется укладка плиты минваты. После укладки представленного теплоизоляционного материала поперек него прикрепить лаги. Они должны быть обязательно обшиты накатом.
Еще имеется третий способ устройства перекрытий, он практически аналогичен второму, но только в этом случае необходимо добавить еще один слой лаг и теплоизолятора между ними. Благодаря последнему методу удается усилить несущую способность всего перекрытия.
Посмотреть таблицу о том сколько бруса в одном кубе можно в данной статье.
Когда балки перекрытия монтируются в деревянном здании, то необходимо принимать во внимание тот факт, что со временем произойдет его усадка. Как правило, это происходит через год после возведения дома
Для защиты от деформации необходимо использовать один очень проверенный метод. Он заключается в том, что нужно сочленения брусьев с наружными стенами прикреплять не прочно, а обрезать концы брусьям под наклоном 60 градусов.
Для кирпичных стен технология проведения подобных мероприятий немного другая. В ходе строительства необходимо позаботиться про особые гнезды, в которых и будет происходить закладка бруса. Между его концом и кирпичом стоит уложить подкладку, обработанную битумом.
Как произвести расчет? Для используемого бурса должен соблюдаться необходимый запас прочности, чтобы он смог выдерживать нагрузку жилого строения, мансарды и кровли. Ее значение не должно быть выше 350 кг/м2. Процесс укладки перекрытий осуществляется по ширине, когда пролет представлен в форме прямоугольника. Предельно допустимая длина балки может составлять 7 м.
О том что лучше клееный брус или оцилиндрованное бревно можно узнать из данной статьи.
На видео рассказывается о максимальной длине деревянной балки перекрытия:
Если ведется перекрытие этажей с различными режимами температуры, то брус должен быть утеплен. В противном случае вам не избежать образования влаги, которая в итоге приведет в разрушению материала изнутри. Толщина теплоизолятора не должна быть меньше 25 см. При утеплении балок между этажами с одинаковыми показателями температуры стоит учитывать, чтобы толщина теплоизолятора составила 10 см. Так же полезно почитать про размеры досок для пола, поскольку их укладка – следующий этап строительства дома.
Деревянные балки перекрытия – это важный элемент при обустройстве чердачных, цокольных и мансардных перекрытий. Благодаря им дается придать конструкции дополнительную прочность и надежность
Перед тем как приобретать то или иное изделие, важно определить с назначением, размерами и выполнить все необходимые размеры
Таблица расчета балок межэтажного и цокольного перекрытия
Расчет нагрузки 400 кг/м2 для деревянных перекрытий
Высота балки, мм | Тип балок / шаг балок | Максимальные пролеты, м | |||
---|---|---|---|---|---|
0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | ||
240 | Балка ICJ-240W | 4,95 | 4,50 | 4,16 | 3,93 |
300 | Балка ICJ-300W | 5,80 | 5,35 | 4,96 | 4,70 |
360 | Балка ICJ-360W | 5,80 | 5,80 | 5,75 | 5,38 |
400 | Балка ICJ-400W | 5,80 | 5,80 | 5,80 | 5,80 |
240 | Балка ICJ-240L | 5,45 | 4,95 | 4,55 | 4,30 |
240 | Балка ICJ-240L с полкой 89 мм | 6,05 | 5,50 | 5,10 | 4,80 |
300 | Балка ICJ-300L | 6,50 | 5,90 | 5,45 | 5,15 |
300 | Балка ICJ-300L с полкой 89 мм | 7,20 | 6,55 | 6,10 | 5,75 |
360 | Балка ICJ-360L | 7,45 | 6,75 | 6,30 | 5,90 |
360 | Балка ICJ-360L с полкой 89 мм | 8,30 | 7,50 | 7,00 | 6,60 |
400 | Балка ICJ-400L | 8,10 | 7,35 | 6,80 | 6,40 |
400 | Балка ICJ-400L с полкой 89 мм | 9,00 | 8,15 | 7,50 | 7,10 |
460 | Балка ICJ-460L | 9,00 | 8,15 | 7,50 | 7,10 |
460 | Балка ICJ-460L с полкой 89 мм | 10,00 | 9,05 | 8,40 | 7,90 |
500 | Балка ICJ-500L | 9,60 | 8,70 | 8,05 | 7,60 |
500 | Балка ICJ-500L с полкой 89 мм | 10,60 | 9,60 | 8,95 | 8,40 |
600 | Балка ICJ-600L | 11,00 | 9,95 | 9,25 | 8,70 |
600 | Балка ICJ-600L с полкой 89 мм | 12,00 | 11,00 | 10,20 | 9,60 |
Использование досок и цельного бруса
В случае применения цельного деревянного бруса или досок для устройства перекрытия длину пролёта выбирают в пределах 4–6 м, что в два раза меньше от максимального расстояния при использовании строительных конструкций из клееного бруса. Детали из скреплённых досок часто изготавливаются прямо на строительном объекте.
По прочности конструкции превосходят цельные балки. Основным достоинством изделий считается возможность устройства составной детали из нескольких досок. Строители могут самостоятельно регулировать толщину балки путём скрепления необходимого количества элементов. Доски соединяют между собой при помощи резьбовых элементов. Под болты и гайки устанавливают резиновые или пластиковые шайбы. Элементы предотвращают воздействие коррозии на металлические закладные детали, защищают древесину от врезания гайки при затягивании.
Пример расчета деревянной балки перекрытия.
Расчет выполняется в соответствии со СНиП II-25-80 ( СП 64.13330.2011) “Деревянные конструкции” и применением таблиц .
Исходные данные.
Требуется рассчитать балку междуэтажного перекрытия над первым этажом в частном доме.
Материал – дуб 2 сорта.
Срок службы конструкций – от 50 до 100 лет.
Состав балки – цельная порода (не клееная).
Шаг балок – 800 мм;
Длина пролета – 5 м (5 000 мм);
Пропитка антипиренами под давлением – не предусмотрена.
Расчетная нагрузка на перекрытие – 400 кг/м2; на балку – qр = 400·0,8 = 320 кг/м.
Нормативная нагрузка на перекрытие – 400/1,1 = 364 кг/м2; на балку – qн = 364·0,8 = 292 кг/м.
Расчет.
1) Подбор расчетной схемы.
Так как балка опирается на две стены, т.е. она шарнирно оперта и нагружена равномерно-распределенной нагрузкой, то расчетная схема будет выглядеть следующим образом:
2) Расчет по прочности.
Определяем максимальный изгибающий момент для данной расчетной схемы:
Мmax = qp·L2/8 = 320·52/8 = 1000 кг·м = 100000 кг·см,
где: qp – расчетная нагрузка на балку;
L – длина пролета.
Определяем требуемый момент сопротивления деревянной балки:
Wтреб = γн/о·Mmax/R = 1,05·100000/121,68 = 862,92 см3,
где: R = Rи·mп·mд·mв·mт·γсc = 130·1,3·0,8·1·1·0,9 = 121,68 кг/см2 – расчетное сопротивление древесины, подбираемое в зависимости от расчетных значений для сосны, ели и лиственницы при влажности 12% согласно СНиП – таблицы 1 и поправочных коэффициентов:
mп = 1,3 – коэффициент перехода для других пород древесины, в данном случае принятый для дуба (таблица 7 ).
mд = 0,8 – поправочный коэффициент принимаемый в соответствии с п.5.2. , вводится в случае, когда постоянные и временный длительные нагрузки превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок.
mв = 1 – коэффициент условий работы (таблица 2 ).
mт = 1 – температурный коэффициент, принят 1 при условии, что температура помещения не превышает +35 °С.
γсс = 0,9 – коэффициент срока службы древесины, подбирается в зависимости от того, сколько времени вы собираетесь эксплуатировать конструкции (таблица 8 ).
γн/о = 1,05 – коэффициент класса ответственности. Принимается по таблице 6 с учетом, что класс ответственности здания I.
В случае глубокой пропитки древесины антипиренами к этим коэффициентам добавился бы еще один: ma = 0.9.
С остальными менее важными коэффициентами вы можете ознакомится в п.5.2 СП 64.13330.2011.
Примечание: перечисленные таблицы вы можете найти здесь.
Определение минимально допустимого сечения балки:
Так как чаще всего деревянные балки перекрытия имеют ширину 5 см, то мы будем находить минимально допустимую высоту балки по следующей формуле:
h = √(6Wтреб/b) = √(6·862,92/5) = 32,2 см.
Формула подобрана из условия Wбалки = b·h2/6. Получившийся результат нас не удовлетворяет, так как перекрытие толщиной более 32 см никуда не годится. Поэтому увеличиваем ширину балки до 10 см.
h = √(6Wтреб/b) = √(6·862,92/10) = 22,8 см.
Принятое сечение балки: bxh = 10×25 см.
3) Расчет по прогибу.
Здесь мы находим прогиб балки и сравниваем его с максимально допустимым.
Определяем прогиб принятой балки по формуле соответствующей принятой расчетной схеме:
f = (5·qн·L4)/(384·E·J) = (5·2,92·5004)/(384·100000·13020,83) = 1,83 см
где: qн = 2,92 кг/cм – нормативная нагрузка на балку;
L = 5 м- длина пролета;
Е = 100000 кг/см2 – модуль упругости. Принимается равным в соответствии с п.5.3 СП 64.13330.2011 вдоль волокон 100000 кг/см2 и 4000 кг/см2 поперек волокон не взирая на породы при расчете по второй группе предельных состояний. Но справедливости ради нужно отметить, что модуль упругости в зависимости от влажности, наличия пропиток и длительности нагрузок только у сосны может колебаться от 60000 до 110000 кг/см2. Поэтому, если вы хотите перестраховаться, то можете взять минимальный модуль упругости.
J = b·h3/12 = 10·253/12 = 13020,83 см4 – момент инерции для доски прямоугольного сечения.
Определяем максимальный прогиб балки:
fmax = L·1/250 = 500/250 = 2,0 см.
Предельный прогиб определяется по таблице 9 , как для междуэтажных перекрытий.
Правда, в СП 64.13330.2017 данную таблицу уже не найти. Теперь там предлагается считать максимально допустимые прогибы по приложению Д СП 20.13330.2016 “Нагрузки и воздействия”. Но я бы не стал бы эту таблицу игнорировать тем людям, кто строит для себя и не хочет заморачиваться с расчётами на зыбкость, ведь в таблице 9 СП 64.13330.2011 более жёсткие требования по прогибам, чем в таблице Д.1. СП 20.13330.2016.
Сравниваем прогибы:
fбалки = 1,83 см < fmax = 2,0 см – условие выполняется, поэтому увеличения сечения не требуется.
Вывод: балка сечением bxh = 10×25 см полностью удовлетворяет условиям по прочности и прогибу.
Разновидности перекрытий по способу крепления
Перекрывать дом следует так, чтобы все элементы лежали на твердых несущих стенах. Это главное требование, которое нужно выполнять для обеспечения безопасного проживания в деревянном здании. Оно применимо для всех вариантов перекрытий, которые могут отличаться некоторыми особенностями между собой. Существует несколько разновидностей перекрытий из дерева, которые отличаются способом крепления балок:
Установка брусьев в пазы, выполненные в стенах из блока.
Использование металлических фиксаторов, закрепленных к боковым элементам.
Также перекрытия между этажами бывают трех вариантов конструкций:
на деревянных балках или бревнах с максимальной длиной или шириной здания до 15 м, норма – 6 м;
на деревянных ребрах – максимум до 12 м, норма – 5 м;
на блочно-ребристых конструкциях – до 15 м.
Если на втором этаже предполагается серьезная нагрузка, например, там будет расположен бассейн, то балки укрепляют дополнительно
Установка брусьев в пазы
Конструкция деревянных междуэтажных перекрытий с установкой брусьев в пазы довольно распространена и применяется при возведении малоэтажных зданий. Она заключается в установке балок в предварительно подготовленные пазы в боковых или опорных стенах. Такой вариант удобен тем, что балки укладываются сразу при возведении стен, формируя удобную опорную поверхность для перемещения и складирования строительных материалов.
Для обеспечения дополнительной надежности, каждую третью балку фиксируют анкером к стене. Также можно пробивать отверстия в готовых стенах на глубину 2/3.
Монтаж брусьев в пазы
Использование металлических фиксаторов
Одним из вариантов крепления деревянного бруса является технология использования металлических фиксаторов. Для сопряжения балок со стенами используют специальные металлические опорные крепежи или кронштейны с двухсторонним креплением к стене. Их можно применять как для стыковки с деревянными, так и блочными несущими стенами. Крепеж должен быть выполнен из толстой листовой стали. Продается в готовом виде с отверстиями для фиксации.
Металлические крепления для монтажа перекрытий
Теперь рассмотрим, как это можно сделать.
Длина деревянных балок перекрытия
Необходимая длина балок перекрытия определяется размерами того пролета, который они будут перекрывать и запасом необходимым для заделывания их в стены. Длину пролета несложно замерить с помощью рулетки, а глубина заделывания в стены, во многом, зависит от их материала.
В домах со стенами из кирпича или блоков балки обычно заделываются в «гнезда» на глубину не менее 100 мм (доска) или 150 мм (брус). В деревянных домах их, как правило, укладываютс в специальные зарубки на глубину не меньше чем 70 мм. При использовании специального металлического крепления (хомутов, уголков, кронштейнов) длина балок будет равна пролету — расстоянию между противоположными стенами, на которых они крепятся. Иногда, при монтаже стропильных ног крыши непосредственно на деревянные балки, их выпускают наружу, за пределы стен на 30-50 см, формируя, таким образом, свес крыши.
Оптимальный пролет, которые могут перекрывать деревянные балки 2,5-4 м. Максимальная длина балки из обрезной доски или бруса, то есть пролет, который она может перекрывать — 6 м. При большей длине пролета (6-12 м) необходимо использовать современные деревянные балки из клееного бруса или двутавровые, а также можно опирать их на промежуточные опоры (стены, колонны). Кроме этого для перекрытия пролетов, длиной более 6 м, вместо балок можно использовать деревянные фермы.
Определение нагрузки, действующей на перекрытие
Нагрузка, действующая на перекрытие по деревянным балкам состоит из нагрузки от собственного веса элементов перекрытия (балок, межбалочного заполнения, зашивки) и постоянной или временной эксплуатационной нагрузки (мебели, различных бытовых устройств, материалов, вес людей). Она, как правило, зависит от вида перекрытия и условий его эксплуатации. Точный расчет таких нагрузок довольно громоздкий и выполняется специалистами при проектировании перекрытия, но при желании выполнить его самостоятельно, можно использовать упрощенный его вариант, приведенный ниже.
Для чердачного деревянного перекрытия, которое не используется для складирования вещей или материалов, с легкими утеплителем (минеральная вата или др.) и подшивкой постоянная нагрузка (от собственного веса — Рсобств.) обычно принимается в пределах 50 кг/м2.
Эксплуатационная нагрузка (Рэкспл.)для такого перекрытия (согласно СНиП 2.01.07-85) составит:70х1,3 = 90 кг/м2, где 70 – нормативное значение нагрузки для такого вида чердака, кг/м2, 1,3 – коэффициент запаса.
Общая расчетная нагрузка, которая будет действовать на данное чердачное перекрытие составит:Робщ.=Рсобств.+Рэкспл. = 50+90=130 кг\м2. Округляя в большую сторону принимаем 150 кг/м2.
В случае, если в конструкции чердачного помещения будет использоваться более тяжелый утеплитель, материал для межбалочного заполнения или подшивка, а также если предполагается его использовать для хранения вещей или материалов, то есть оно будет интенсивно эксплуатироваться, то нормативное значение нагрузки следует увеличить до 150 кг/м2.
В этом случае, общая нагрузка на перекрытие составит:50+150х1,3 = 245 кг/м2, округляем до 250 кг/м2.
При использовании чердачного пространства для устройства мансарды, необходимо учесть вес полов, перегородок, мебели. В этом случае общую расчетную нагрузку необходимо увеличить до 300-350 кг/м2.В связи с тем, что междуэтажное деревянное перекрытие, как правило, включает в свою конструкцию полы, а временная эксплуатационная нагрузка включает в себя вес большого количества предметов быта и максимальное присутствие людей, то оно должно быть рассчитано на общую нагрузку 350 — 400 кг/м2.