Чтобы строительная конструкция получилась прочной и надежной, необходимо внимательно подойти к ее расчетам. Для стропильной системы чаще всего применяется обычный деревянный брус, к выбору которого надо подойти с полной ответственностью, так как от этого зависит безопасность и целостность всего дома. Рассчитать сечение бруса лучше всего при помощи специальных программ, но такая работа вполне выполнима и при использовании ряда формул . Обязательно придется учесть ветровые и снеговые нагрузки в данном регионе, характеристики отделочных материалов и утеплителей.

Что оказывает влияние на сечение стропил?

Чтобы установить прочную и надежную кровельную систему, сделать правильный выбор, необходимо внимание уделить тому, какой брус применяется для работы. Важно грамотно рассчитать стропильную систему, для которой основное значение имеет сечение. Именно от зависит то, смогут ли стропила выдерживать вес кровли.

При расчете учитываются следующие параметры:

1. Общий вес всех используемых кровельных материалов.
2. Вес всей проектируемой внутренней отделки, включая мансарды и чердаки.
3. Все расчетные значения стропильных ног, балок.
4. Погодные воздействия, которые оказываются на кровлю.

Дополнительно учитываются:

• пролеты между отдельными стропилами;
• расчет сечения стропил;
• шаг монтируемых стропильных ног;
• форма стропильной фермы, особенности крепления стропил;
• нагрузки ветровые и снеговые;
• другие данные, которые могут оказывать влияние на расчет.

Чтобы провести расчеты, лучше всего воспользоваться специальными программами или обратиться к специалисту. Конечно, есть ряд формул, которые позволят выполнить вычисления и самостоятельно, но для возведения большой и сложной кровли лучше обращаться к профессионалам.

Требования к брусу

Чтобы система стропил получилась прочной и надежной, необходимо во время выбора бруса обращать внимание и на качество самого материала. Например, уровень влажности не должен быть больше 20%. Брусья должны быть обработаны специальным раствором, который защитит материал от гниения, повреждений насекомыми, открытого пламени.

Надо помнить, что на брус будут оказываться нагрузки. Они могут быть постоянными либо временными:

1. Постоянные оказываются обычно собственным весом всей стропильной конструкции, используемой обрешетки, выбранного для облицовки кровельного материала, утеплителя. Такое значение вычисляется для каждого материала отдельно, после чего нагрузки суммируются.
2. Временные нагрузки разделяются на особые редкие, кратковременные, длительные. К числу особых можно отнести землетрясения. К кратковременным относятся ветровые, снеговые, вес людей, которые занимаются ремонтными и прочими работами на кровле. К длительным относятся все прочие типы нагрузок, которые действуют в течение определенного времени.

Снеговая нагрузка и ветровая

При расчете сечения бруса для стропил важно учесть снеговую нагрузку. Для каждого региона такое значение индивидуально. Для уточнения данных надо пользоваться специальными таблицами.

Для расчетов всех планируемых точных снеговых нагрузок пользуются такой формулой:

1. Sg — это расчетное точное значение всей массы снега, которая приходится на каждый 1 м² грунтовой горизонтальной поверхности (нельзя путать с покрытием крыши).
2. µ — коэффициент перехода нагрузки на горизонтальную (или с уклоном) поверхность кровли. Этот коэффициент вычисляют с учетом уклона кровли, он может принимать такие значения:

• µ = 1, если скат имеет уклон в 25 градусов;
• µ = 0,7, если уклон ската равен 25-60 градусам.

Если же угол ската превышает 60 градусов, то коэффициент не учитывается, так как на сечение стропил он существенного влияния не оказывает.

Чтобы система стропил была рассчитана правильно, необходимо учитывать ветровые нагpузки, которые оказывают на конструкцию значительное влияние.

Нельзя недооценивать их, так как это может привести к плачевным последствиям. Чтобы узнать значение средней ветровой нагрузки на систему крыши, надо воспользоваться формулой, зависящей от показаний высоты (есть точные значения) над уровнем грунта:

• Wо — нормативное значение ветровой нагрузки, которое можно найти в специальных справочниках по региону;
• k — изменение для ветрового давления, которое зависит от высоты. Определяется по табличным данным.

Сама таблица в использовании не очень сложна, необходимо только помнить, что в первом столбце всегда указываются известные постоянные значения для пустынных регионов, лесостепей, степей, тундры, морских побережий, берегов водохранилищ, озер, рек. Во 2-м столбце указываются все известные значения для проведения расчетов, касающихся городских районов, местностей, где препятствия имеют высоты от 10 м. Важно во время расчетов использовать данные по направлению ветра, так как это может оказать сильное влияние на полученный результат.

Правила расчета сечения бруса

Сечение стропильной системы любого планируемого дома зависит от ряда параметров:

• длина одной стропильной ноги;
• шаг, с которым будет монтироваться стропильная система;
• расчетная величина показателей нагрузок, которая характерна для конкретного района строительства.

Для расчетов надо пользоваться специальными таблицами данных, которые содержат уже готовые значения. Например, для стропильной системы дома в Московской области применимы такие значения:

• для мауэрлата используются деревянные брусья, сечение которых будет равно 150*150 мм, 150 *100 мм, 100*100 мм;
• для стропильных ног, диагональных ендов применяются деревянные брусья с сечением в 200*100 мм;
• для прогонов подойдут изделия с сечением в 200*100 мм, 150*100 мм, 100*100 мм;
• для затяжки необходим брус, сечение которого составляет 150*50 м;
• для ригелей надо использовать брусья, сечение которых равняется 200*100 мм, 150*100 мм;
• для стоек применяются деревянные брусья с сечением в 150*150 мм, 100*100 мм;
• для карниза, кобылки, подкосов подойдут бруски с параметрами 150*50 мм;
• в качестве будущей лобовой доски и для подшивки используется деревянная доска, сечение ее составляет 22*100 мм.

Пример расчета сечения деревянного бруса

Пример расчета стропил для крыши дома показывает, какой именно материал и в каком количестве необходим, какое сечение должно использоваться. Исходные данные для расчета:

1. Расчетная используемая нагрузка для всей кровли составляет 317 кг/м².
2. Нормативная используемая нагрузка в данном используемом случае составляет 242 кг/м²;
3. Угол скатов равен 30 градусам. В горизонтальной планируемой проекции длина для одного пролета составляет 450 см, при этом L 1 =300 см, а L 2 = 150 см.
4. Шаг всех монтируемых стропил составляет 80 см.

Для крепежа ригелей будут использоваться болты, чтобы гвозди не ослабили материал. При этом для древесины второго сорта значение сопротивления составит 0,8 при ослабленном сечении используемого бруса: R изг =0,8х130=104 кг/м².

Будущая нагрузка системы на каждый погонный метр стропил:

• Qр = 317 * 0,8 = 254 кг/м;
• Qн = 242 *0,8 = 194 кг/м.

Если уклон для крыши будет до 30 градусов, то стропильная система будет считаться изгибаемой. Максимальный момент такого изгибания составляет:

М = -qрх(L 13 + L 23) / 8х(L 1 +L 2), то есть М = — 254 * (33+1,53) / 8 х (3+1,5) = — 215 кг/м.

Итоговое значение М = -21500 кг/см. Тут используемый знак «-» означает, что изгиб будет действовать в противоположную сторону от всей прикладываемой для работы нагрузки.

W = 21500/104 = 207см³.

Чтобы сделать стропила, обычно применяют деревянные брусья прямоугольного сечения со значением ширины в 50 мм. Исходя из этого, можно получить высоту для стропил с учетом полученных данных по сопротивлению:

H = √(6х207/5) = 16 см.

Сечение стропил составляет b = 5 см, а планируемая высота h = 16 см. Сверяясь со стандартами, которые регламентируются ГОСТом, можно выбрать деревянный брус, который максимально соответствует полученным параметрам: 175*50 мм. Такое значение используется для пролета L 1 = 3 м. После этого надо рассчитать стропильную ногу на инерционный момент:

J = 5*17,53/12 = 2233 см³.

После этого можно получить значение для прогиба, что также регламентируется нормативами: F нор = 300/200 = 1,5 см.

F = 5*1,94*3004/384*100 000*2233, то есть получается значение F = 1 см.

При сверке со значениями данных нормативного прогиба видно, что полученное значение в 1 см меньше, чем нормативное в 1,5 см. Это свидетельствует о том, что сечение в 175*50 мм выбрано верно, такой материал можно использовать для сооружения стропильной системы кровли.

Чтобы стропильная используемая система кровли была прочной и надежной, способной выдержать все планируемые нагрузки, следует тщательно подойти к расчетам по сечению бруса, который и будет основным строительным материалом крыши. Для этого применяется ряд формул, во время расчетов необходимо пользоваться специальными справочниками с нормативными показателями. Требуется определить ветровые, снеговые нагрузки и другие важные показатели.

При строительстве любого частного дома всегда приходится изготавливать различные виды перекрытий. Это могут быть межэтажные или чердачные конструкции, но в любом случае к их монтажу нужно подходить ответственно, и выбирать для этого наиболее подходящие материалы.

Можно сказать, что эти конструкции являются таким же неотъемлемым элементом любого дома, как стены, фундамент или кровля.

Типы перекрытий, используемых в частном строительстве

В зависимости от типа зданий и запланированных расходов для их изготовления могут использоваться:

• армированный бетон;
• пенобетонные блоки и монолитные железобетонные балки;
• двутавровые рельсы и деревянный черновой настил;
• деревянные лаги.

Расчёт сечения деревянных балок

При строительстве большинства частных домов застройщики делают перекрытие второго этажа из бруса. Это относительно недорогой, но при этом достаточно надёжный материал, который используется для подобных целей уже несколько столетий. Единственно необходимым условием является правильный расчёт сечения таких поперечин, устанавливаемых в пролёте в качестве лаг.

Чтобы точнее определить сечение бруса для перекрытия, применяются специальные формулы, в которых, в том числе, учитывается сопротивление используемой древесины и её влажность. Данные параметры определены в СНиП II-25-80, с которым любой застройщик или частный мастер должен быть ознакомлен в обязательном порядке.

Там же можно найти и необходимые формулы и таблицы, при помощи которых определяются параметры балок для конкретных межэтажных конструкций.

При расчёте деревянных перекрытий также необходимо учитывать ширину пролёта, расстояние между балками, форму их сечения. При расчёте каждой укладываемой поперечины необходимо помнить, что величина её прогиба под нагрузкой не должна превышать 1/250 длины пролёта.

Поскольку правильно вычислить параметры лаг по формулам и таблицам технически неподготовленному человеку достаточно сложно, для самостоятельного подбора балок можно воспользоваться специальными калькуляторами. В такую программу достаточно ввести несколько основных величин, и в результате можно подобрать правильные размеры несущих лаг.

Расчёт сечения бруса

В качестве примера, на одном из таких калькуляторов попробуем рассчитать, какой брус использовать для перекрытия 5 метров.

Для ввода данных мы должны знать:

• материал, из которого изготовлена поперечина (рекомендуются только хвойные породы деревьев);
• длину пролёта;
• ширину балки;
• высоту бруса;
• тип материала (бревно или брус).

Для того чтобы сделать правильные расчёты, подставляем к вводимым значениям ширину пролёта равную 5м, а типом балки устанавливаем брус. Высоту и ширину будем подбирать опытным путём в параметрах «размеры бруса для балок перекрытия». Обязательно стоит учитывать и такие значения, как нагрузка на кг\м, и шаг между поперечинами.

Для межэтажных конструкций значение нагрузки не должно быть менее 300 кг\м, поскольку необходимо учитывать не только вес мебели и людей, но и вес самих материалов из которых перекрытие изготавливается. Сюда относятся балки перекрытий, черновой и чистовой пол и, конечно же, утеплитель и звукоизоляция.

Совет. Для нежилых чердачных конструкций значение нагрузки равное 200 кг/м вполне будет достаточным.

Возможные варианты

Практически на всех базах, реализующих пиломатериалы, брус для перекрытия продаётся в основном нескольких размеров. Как правило, это балки от 100х100 мм, до 100х250 мм, и от 150х150 мм до150х250 мм. Для того чтобы не тратить лишне время и деньги на поиск лаг с нестандартными размерами, цена которых может быть значительно выше стандартных, подставляем в программу те параметры, которые имеются в продаже .

Для этого вы должны предварительно узнать на базе пиломатериалов, какие размеры они реализуют. Таким образом, получаем, что для межэтажных конструкций минимальный размер бруса должен быть примерно 100х250 мм, а для чердачных вполне будет достаточно 100х200 мм, при шаге между ними равном 60 см.

В случае если вы не доверяете программным калькуляторам и захотите самостоятельно рассчитать размер бруса для перекрытия, то вам придётся воспользоваться формулами и таблицами, приведёнными в соответствующих технических документациях. Или же можно воспользоваться общим правилом, которое гласит, что высота каждой лаги должна равняться 1/24 длины проёма, а её ширина равняется 5/7 высоты поперечины.

Монтаж межэтажных и потолочных перекрытий на деревянных лагах

Межэтажные перекрытия в доме из бруса начинают монтировать с укладывания лаг. Для этого на стены кладут приготовленный брус, который предварительно обворачивается рубероидом. Этим вы предохраните древесину от проникновения влаги, и как следствие, от гниения.

Крайние балки должны укладываться не ближе чем 5 см от стены, а расстояние между соседними поперечинами не должно превышать рассчитанные ранее величины, которые в нашем случае равняются 60 см.

Важным условием является и то, что лаги должны быть уложены на всю толщину стен, имея максимальную опору и устойчивость. Промежутки между лагами на стене закладываются кирпичом или строительными блоками, после чего сверху набивается черновой пол из обрезных досок 150х25 мм.

Потолочные перекрытия из бруса практически полностью идентичны межэтажным с той лишь разницей, что толщина балок может быть меньше, а шаг между ними на несколько сантиметров больше.

Сборный брус

Допустим, вам необходимы лаги размером 150х250 мм, но в продаже таких размеров нет, зато досок с размерами 50х250 мм на любой базе пиломатериалов всегда в избытке. Для того чтобы получить балку нужного размера, достаточно купить 3 таких доски и скрепить их вместе.

В качестве крепежа лучше использовать не гвозди, а саморезы по дереву, поскольку со временем древесина высыхает, и гвозди не так прочно удерживают доски вместе.

Как советует инструкция для самостоятельного изготовления сборных лаг, если вы будете использовать их для цокольных или подвальных перекрытий, то перед стягиванием саморезами стоит обработать каждую доску антисептиком.

Это предотвратить появление древесных вредителей и значительно увеличит срок эксплуатации всего пола. Если же вы будете использовать сборный брус для межэтажных перекрытий, то никакой предварительной обработки досок не требуется.

Допустимость использования такого вида лаг очевидно и не подвергается сомнению. Этот материал также экологичен, как и обычный брус, поскольку при сборке не используются никакие клеящие вещества.

Внимание!
Несущая способность сборного бруса даже выше, чем у цельных пиломатериалов, а стоимость при этом несколько ниже.
Из всего вышесказанного становится понятно, что в некоторых случаях использование сборных элементов даже предпочтительней, чем цельных.

Клееный брус

Данный вид пиломатериалов является приемлемой альтернативой в том случае, если нужных цельных лаг не найти, или их цена достаточно высока для вас, а самому сделать сборную конструкцию не имеется возможности.

Балки для перекрытия в деревянном доме из клееного бруса отличаются хорошей прочностью и сопротивляемостью к нагрузкам, но при этом имеют и некоторые недостатки.

1. В виду того, что при их изготовлении используются клеящие вещества, такой материал уже нельзя назвать экологически чистым.
2. При их изготовлении используется достаточно большой процент некачественных пиломатериалов. Возможна значительная усадка по прошествии нескольких лет эксплуатации, а это означает, что перекрытие из клееного бруса может со временем «повести».
3. И самый главный недостаток клеёных балок это их ограниченный срок службы, который определяется производителем в 20 лет.

Главным условием любого строительства является простота и надежность конструкции, но чтобы этого добиться, следует произвести правильные расчеты крепости материала. Так как для постройки деревянных домов, мансарды или чердачного помещения используется деревянный сруб к его выбору нужно подходить со всей ответственностью, ведь от того какую нагрузку выдерживает брус (100х100, 50х50, 150х150 и т. д.) напрямую будет зависеть долговечность, надежность и устойчивость построенного дома.

Для правильного подсчета выдерживаемой брусом нагрузки можно применить особые программы или формулы, но при этом в расчеты придется внести дополнительные нагрузки, напрямую влияющие на крепость конструкции. Чтобы рассчитать нагрузку на брус правильно придется указать снеговые и ветровые воздействия присутствующие непосредственно в регионе застройки, а также характеристики применяемых материалов (теплоизовер, брус и т. д.).

В этой статье мы рассмотрим, какую нагрузку выдержит брус размером 50х50,100х100,150х150 в различных конструкциях, таких как брусовый дом, деревянное перекрытие и стропильная система, а в качестве примера разберем последнюю, ведь это самая ответственная и сложная работа.

На фото можно увидеть разновидности бруса, которые отличаются не только по форме, но и выдерживаемой нагрузке.

О чём пойдет речь:

Как влияет сечение сруба на его надежность?

При создании кровли обязательным условием ее надежности является сечение применяемого бруса и порода древесины, что влияет на долговечность.

Выполняя расчет собственноручно, потребуется учесть такие показатели, как:

• какую массу имеют все кровельные строительные материалы;
• вес отделки мансарды или чердака;
• для стропильных опор и балок учитывается расчетное значение;
• учитывается тепловое и осадочное воздействие природы.

Помимо этого придется указать:

• расстояние между балками;
• длина промежутка между стропильных опор;
• принцип крепления стропил и конфигурация ее фермы;
• тяжесть осадков и воздействие ветров на конструкцию;
• остальные факторы, которые могут повлиять на надежность конструкции.

Все эти расчеты можно выполнить собственноручно при помощи специальных формул. Но более простым как по времени, так и по качеству будет расчет нагрузки бруса с помощью специальных программ, а еще лучше, когда эти подсчеты выполнит профессионал.

Каким требованиям должен отвечать брус?

Чтобы вся стропильная система была крепкой и надежной к качеству строительных материалов придется подойти со всей ответственностью. К примеру, на брусе должны отсутствовать дефекты (трещины, сучки и т. п.), а его влажность не превышать показатель в 20%. Помимо этого сруб любого размера (50х50, 100х100, 150х150 и т. д.) обязательно обрабатывается защитными средствами от шашеля и других насекомых, гниения и возгорания.

Также делая выбор материала, придется учесть, что на брус могут оказываться дополнительные нагрузки, такие как:

• Непрерывные нагрузки бруса. К их числу относятся непосредственно сам вес всей стропильной системы, в которую входит: облицовочные и кровельные материалы, утеплители и т. д. Полученные данные на каждый материал суммируются.
• Кратковременные нагрузки могут быть нескольких видов: особо редкие, непродолжительные и длительного воздействия. К первому виду относятся происшествия, которые случаются весь редко (землетрясения, наводнения и т. д.). Непродолжительными являются ветровые и снеговые воздействия, передвижение людей ремонтирующих крышу и т. п. Длительными нагрузками являются все остальные воздействия, осуществляющиеся в определенном промежутке времени.

Определяем ветровую и снеговую нагрузку на брус

Чтобы определить какую нагрузку выдерживает брус (100х100, 150х150,50х50 и др.) при ветровом и снеговом воздействии можно воспользоваться определенными таблицами.

Для выяснения снегового воздействия на стропила разного сечения применяют формулу S=Sg*µ.

• Sg – является расчетным весом снега лежащего на земле, который воздействует на 1 м².

Важно! Это значение нельзя сравнивать с нагрузкой на крышу.

• µ – это значение нагрузки на поверхность крыши, что изменяется от горизонтального до наклонного. Данный коэффициент может принимать различные значения, все зависит от уклона крыши.

При уклоне поверхности до 25 градусов µ принимает значение 1.

Когда наклон крыши лежит в диапазоне 25-60 градусов, µ составляет 0,7.

При уклоне в 60 и более градусов коэффициент µ не принимается в расчет так, как практически не воздействует на стропильную систему.

Помимо снеговой нагрузки перед строительством стропильной систему вычисляется ветровая нагрузка на деревянный брус 50 на 50, 100х100 и т. д. Если эти показатели не учесть, в результате все может закончиться плачевно. Для вычисления применяются табличные значения и формула W=Wo*k.

Wо – является табличным значением ветровой нагрузки по каждому отдельному региону.

k – это давление ветра, что имеет различные значения при изменении высоты. Эти показатели также являются табличными.

Изображенная на фото, таблица нагрузок бруса при воздействии стихий, несложная в использовании, нужно только помнить, что в 1-м столбце приведены значения для степных, пустынных регионов, рек, озер, лесостепи, тундр, берегов морей и водохранилищ. В следующей колонке внесены данные относящиеся к городской местности и районов с 10 метровыми препятствиями.

Важно! В расчетах желательно применять информацию по направлению движения ветра, ведь это может внести важную поправку к результатам.

По каким правилам рассчитывается нужное сечение бруса?

На подбор сечения сруба для стропильной системы влияет несколько параметров:

• какая длина стропильной стройки;
• расстояние между каждым последующим брусом;
• полученные результаты расчетов нагрузки для соответствующего района.

На сегодняшний день для каждого определенного района существуют специальные таблицы с уже внесенными данными по нагрузочным значениям для стропильных систем. Как пример можно привести Московскую область:

• чтобы установки мауэрлат можно применить брус сечением не ниже 100х100,150х100 и 150х150;
• брус 200х100 можно использовать для диагональных ендов и стропильных опор (ног);\
• прогоны можно создать с древесины 100х100, 150х100 или 200х100;
• сруб 150х50 станет оптимальным решением для затяжки;
• в качестве стоек лучше всего использовать сруб 150х150 или 100х100;
• стропило 150х50 подойдет для карниза, подкосов или же кобылки;
• ригели лучше всего установить со стропил 150х100 или 200х100;
• В качестве обшивки или лобовой можно применить доску не менее 22х100.

Указанные выше данные являются оптимальными, то есть менее этого значения материал применять нельзя. Также все размеры указаны в миллиметрах.

Подведем итог

Для создания надежной и долговечной деревянной конструкции нужно тщательно просчитать все возможные нагрузки, после чего только приобретать брус. Если правильность расчетов у вас вызывает сомнения лучше всего воспользоваться услугами профессионала или же применить специальную программу, которой будет вычислена допустимая нагрузка на брус (150х150, 100х100 и др.).

В частном домостроении есть 3 вида конструкций, которые необходимо подбирать по расчету. Это фундамент, перекрытие и крыша. Конечно, вы можете сделать это и без расчета, опираясь на свой опыт или из опыт своих друзей и знакомых. Но тогда вы рискуете своей безопасностью или своим "кошельком". Другими словами, конструкции могут не выдержать тех нагрузок, которые на них приходятся, или они возводятся с большой надежностью, чем требуется, и на это идут лишние деньги.

Расчет балок должен происходить в следующей последовательности:

1. Сбор нагрузок на балку.

Для тех же, кому нужно рассчитать балку междуэтажного или чердачного перекрытия и кто не хочет заниматься сбором нагрузок, существует универсальный метод. Он заключается в том, что для междуэтажного перекрытия можно принять расчетную нагрузку равную 400 кг/м2, а для чердачного - 200 кг/м2.

Но иногда эти нагрузки могут быть сильно завышены. Например, когда строится небольшой дачный домик, на втором этаже которого будут располагаться две кровати и шкаф, нагрузку можно взять и 150 кг/м2. Только это исключительно на Ваше усмотрение.

2. Выбор расчетной схемы.

Расчетная схема подбирается в зависимости от способа опирания (жесткая заделка, шарнирное опирание), вида нагрузок (сосредоточенные или распространенные) и количества пролетов.

3. Определение требуемого момента сопротивления.

Это так называемый расчет по первой группе предельных состояний - по несущей способности (прочности и устойчивости). Здесь определяется минимальное допустимое сечение деревянной балки, при котором эксплуатация конструкций будет происходить без риска наступления их полной непригодности к эксплуатации.

Примечание : в расчете используются расчетные нагрузки.

4. Определение максимально допустимого прогиба балки.

Это расчет по второй группе предельных состояний - по деформациям (прогибу и перемещениям). По данному расчету определяется сечение деревянной балки в зависимости о предельного прогиба, при превышении которого будет нарушена нормальная их эксплуатация.

Примечание : в расчет используются нормативные нагрузки.

Теперь конкретнее. Для того, чтобы рассчитать деревянную балку перекрытия, Вы можете воспользоваться специальным калькулятором или примером ниже.

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.

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 - q р = 400·0,8 = 320 кг/м.

Нормативная нагрузка на перекрытие - 400/1,1 = 364 кг/м2; на балку - q н = 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:

М max = q p ·L 2 /8 = 320·5 2 /8 = 1000 кг·м = 100000 кг·см,

L - длина пролета.

Определяем требуемый момент сопротивления деревянной балки:

W треб = γ н/о ·M max /R = 1,05·100000/121,68 = 862,92 см 3 ,

где: R = R и ·m п ·m д ·m в ·m т ·γ с c = 130·1,3·0,8·1·1·0,9 = 121,68 кг/см 2 - расчетное сопротивление древесины, подбираемое в зависимости от расчетных значений для сосны, ели и лиственницы при влажности 12% согласно СНиП - таблицы 1 и поправочных коэффициентов:

m п = 1,3 - коэффициент перехода для других пород древесины, в данном случае принятый для дуба (таблица 7 ).

m д = 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.

m в = 1 - коэффициент условий работы (таблица 2 ).

m т = 1 - температурный коэффициент, принят 1 при условии, что температура помещения не превышает +35 °С.

γ сс = 0,9 - коэффициент срока службы древесины, подбирается в зависимости от того, сколько времени вы собираетесь эксплуатировать конструкции (таблица 8 ).

γ н/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: m a = 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 = √(6W треб /b) = √(6·862,92/5) = 32,2 см.

Формула подобрана из условия W балки = b·h 2 /6. Получившийся результат нас не удовлетворяет, так как перекрытие толщиной более 32 см никуда не годится. Поэтому увеличиваем ширину балки до 10 см.

h = √(6W треб /b) = √(6·862,92/10) = 22,8 см.

Принятое сечение балки: bxh = 10x25 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·q н ·L 4)/(384·E·J) = (5·2,92·500 4)/(384·100000·13020,83) = 1,83 см

где: q н = 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/см 2 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·h 3 /12 = 10·25 3 /12 = 13020,83 см 4 - момент инерции для доски прямоугольного сечения.

Определяем максимальный прогиб балки:

f max = L·1/250 = 500/250 = 2,0 см.

Предельный прогиб определяется по таблице 9 , как для междуэтажных перекрытий.

Сравниваем прогибы:

f балки = 1,83 см < f max = 2,0 см - условие выполняется, поэтому увеличения сечения не требуется.

Вывод: балка сечением bxh = 10x25 см полностью удовлетворяет условиям по прочности и прогибу.

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:

• привлекательный внешний вид, возможность сделать деревянный пол без дополнительных мероприятий;
• небольшой вес, снижение нагрузки на стены и фундаменты, экономия на строительстве;
• возможность проведения ремонтов в процессе эксплуатации;
• скорость монтажа, выполнение работ без дополнительных машин и механизмов.

Деревянные балки не утяжеляют конструкцию и быстро монтируются

Но также стоит выделить и недостатки:

• горючесть древесины, потребность в специальной пропитке антипиренами;
• меньшая по сравнению с железобетонными или металлическими элементами прочность;
• усадка и деформации при перепадах температур и влажности;
• подверженность гниению, грибку и плесени при повышенной влажности, необходимо выполнять обработку антисептиками на стадии строительства и периодически в течение срока службы.

Требования к деревянному перекрытию

Деревянные балки перекрытия должны соответствовать следующим требованиям:

• соответствие размеров сечения нагрузке, пролету и шагу, для этого нужен расчет балок;
• хорошая прочность и жесткость;
• пожарная безопасность;
• отсутствие серьезных дефектов древесины и повреждений.

Для работы необходимо заготовить качественный материал

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:

• 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.

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 цельного бруса или доски;
• из клееного бруса.

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:

• квадратное;
• прямоугольное;
• двутавровое.

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:

• длина деревянной балки перекрытия (точнее, расстояние между несущими стенами);
• расстояние между балками (их шаг);

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:

• Mmax = (q*l2)/8;
• Wтреб = Мmax/130.

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.