Если проектируется строительство двухэтажного или одноэтажного дома, но с подвалом или чердаком, необходимо правильно рассчитать и возвести межэтажные перекрытия. Рассмотрим этапы и нюансы выполнения перекрытия по деревянным балкам и выполним расчет сечений балок, обеспечивающих достаточную прочность.
Устройство межэтажных перекрытий нуждается в особом внимании, ведь выполненные «на глазок», они могут не выдержать приходящихся на них нагрузок и обрушиться, либо потребовать излишних, не мотивированных затрат. Поэтому нужно всесторонне обдумать и рассчитать один или несколько возможных вариантов. Окончательное решение можно принять, сравнив стоимость или доступность приобретения материалов.
Требования к межэтажным перекрытиям
Межэтажные перекрытия обязаны выдерживать постоянные и переменные нагрузки, то есть кроме собственного веса выдерживать вес мебели и людей. Они должны быть достаточно жёсткими и не допускать превышение максимального прогиба, обеспечивать достаточную шумо- и теплоизоляцию.
Перед работой советуем ознакомиться с материалами, изложенными в СНиП II-25–80 (СП 64.13330.2011), там много полезной информации.
Удельные нагрузки от мебели и людей для жилого помещения принимаются согласно нормам. Однако если планируется установка чего-то массивного, например, аквариума на 1000 л или камина из натурального камня, это обязательно нужно учитывать.
Жесткость балок определяется расчётом и выражается в допустимом изгибе на длину пролёта. Допустимый изгиб зависит от вида перекрытия и материала покрытия. Основные предельные прогибы, определяемые СНиП, приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Элементы конструкций | Предельные прогибы в долях пролёта, не более |
| 1. Балки междуэтажных перекрытий | 1/250 |
| 2. Балки чердачных перекрытий | 1/200 |
| 3. Покрытия (кроме ендов): | |
| а) прогоны, стропильные ноги | 1/200 |
| б) балки консольные | 1/150 |
| в) фермы, клееные балки (кроме консольных) | 1/300 |
| г) плиты | 1/250 |
| д) обрешётки, настилы | 1/150 |
| 4. Несущие элементы ендов | 1/400 |
| 5. Панели и элементы фахверха | 1/250 |
| Примечания: 1. При наличии штукатурки прогиб элементов перекрытий только от длительной временной нагрузки не должен превышать 1/350 пролёта.2. При наличии строительного подъёма предельный прогиб клееных балок допускается увеличивать до 1/200 пролета. |
Учтите, что напольное покрытие в виде керамической плитки или бетонной стяжки, склонной к растрескиванию, могут ещё более ужесточить требования по допустимому прогибу, особенно при достаточно длинных пролётах.
Чтобы снизить нагрузки на балки, следует при возможности располагать их параллельно коротким стенам, с одинаковым шагом. Максимальная длина пролёта при перекрытии их деревянными балками — 6 м.
Типы межэтажных перекрытий
По назначению перекрытия делятся на:
- межэтажные;
- чердачные;
- подвальные (цокольные).
Особенности их конструкции заключаются в допустимых нагрузках и устройстве паро- и теплоизоляции. Если чердак не предназначается для проживания или хранения массивных предметов, переменные нагрузки при расчёте прогиба можно уменьшить до 50–100 кг/м2.
Теплоизоляция между двумя жилыми этажами может показаться излишней, но шумоизоляция для большинства желательный параметр, а достигается это, как правило, одними и теми же материалами.
Следует принимать во внимание, что чердачные и подвальные перекрытия нуждаются в более толстом слое теплоизоляционного материала. Плёночный материал для пароизоляции в чердачном перекрытии должен быть расположен под слоем утеплителя, а в подвальном — над ним.
Для профилактики возникновения сырости и поражения конструкций грибком, все помещения должны быть оборудованы вентиляцией.
Варианты перекрытий: 1 — дощатый щит; 2 — пароизоляция; 3 — теплоизоляция; 4 — разреженный настил; 5 — доски; 6 — напольное покрытие
Конструкция перекрытий также может быть различной:
- с открытыми и скрытыми балками;
- с различными типами несущих балок;
- с разными материалами заполнения и обшивки перекрытия.
Скрытые балки зашиты с обеих сторон и не видны. Открытые — выступают из потолка и служат элементами декора.
На рисунке ниже показано, какой может быть структура перекрытия мансардного этажа со щитовым накатом и с подшивкой из досок.
а — со щитовым накатом; б — с подшивкой из досок; 1 — дощатый пол; 2 — полиэтиленовая пленка; 3 — утеплитель; 4 — пароизоляция; 5 — деревянные балки; 6 — черепные бруски; 7 — щитовой накат; 8 — отделка; 9 — подшивка из досок
Виды креплений и соединений деревянных балок
В зависимости от конструкции и материала несущих стен деревянные балки крепятся:
- в предусмотренные в кирпичной или блочной кладке гнёзда, заглубив брус или бревно не менее 150 мм, а доску не менее 100 мм;
- на предусмотренные в кирпичной или блочной кладке полочки (уступы). Применяется в случае, если толщина стены второго этажа меньше, чем первого;
- в вырезанные пазы в бревенчатых стенах на глубину не менее 70 мм;
- к брусу верхней обвязки каркасного дома;
- к металлическим опорам-кронштейнам, закреплённым на стенах.
1 — опора на кирпичную стену; 2 — раствор; 3 — анкер; 4 — изоляция толем; 5 — деревянная балка; 6 — опора на деревянную стену; 7 — болт
Если длины балки не хватает, можно её удлинить, соединив (срастив) по длине одним из известных способов с помощью деревянных штырьков и столярного клея. При выборе типа соединения руководствуйтесь направлением приложения нагрузки. Сращенные брусы желательно усилить металлическими накладками.
а — сжатие; б — растяжение; в — изгиб
О деревянных балках перекрытия
В строительстве используют балки прямоугольного, круглого или частично круглого сечения.
Наиболее надежными являются пиломатериалы прямоугольного сечения, а остальные применяют в условиях отсутствия бруса или из соображений экономии, при наличии таких материалов в хозяйстве.
Ещё большей прочностью обладают клееные материалы из древесины. Балки из клееного бруса или двутавра могут устанавливаться на пролёты до 12 м.
Самый недорогой и востребованный вид древесины — сосна, но используют также и другие породы хвойных — лиственницу, ель. Из ели делают перекрытия в дачных, небольших домиках. Лиственница хороша для строительства помещений с повышенной влажностью (баня, бассейн в доме).
Отличаются материалы также сортностью, которая влияет на несущую способность балок. Сорт 1, 2 и 3 (см. ГОСТ 8486–86) подходят для балок перекрытия, но 1 сорт для такой конструкции может быть излишне дорогим, а 3 сорт лучше использовать на небольших пролётах.
Расчет несущих балок
Расчет балок перекрытия из дерева на прогиб
Для того, чтобы соорудить надежное деревянное перекрытие, необходимо правильно подобрать размеры балок, а для этого необходимо сделать их расчет. Деревянные балки перекрытия имеют следующие основные размеры: длину и сечение.
Их длина определяется шириной пролета, который требуется перекрыть, а сечение зависит как от нагрузки, которая будет на них действовать, от длины пролета и шага установки, то есть расстояния между ними.
В данной статье мы рассмотрим, как самостоятельно сделать такой расчет и правильно подобрать размеры балок.
Расчет балок деревянного перекрытия
Для того, чтобы определить какое количество деревянных балок и каких размеров потребуется для устройства перекрытия необходимо:
- замерить пролет, который они будут перекрывать;
- определиться со способами их закрепления на стенах (на какую глубину они будут заходить в стены);
- сделать расчет нагрузки, которая будет на них действовать при эксплуатации;
- с помощью таблиц или программы-калькулятора подобрать подходящие шаг и сечение.
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.
Деревянные перекрытия своими руками
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 кгм2. 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.
Как соорудить деревянные перекрытия в доме из газобетона
Сечение и шаг балок деревянного перекрытия
Зная необходимую длину балок деревянного перекрытия (L) и определив общую расчетную нагрузку можно определить необходимое их сечение (или диаметр) и шаг укладки, которые связаны между собой.
Считается, что лучшим является прямоугольное сечение балки деревянного перекрытия, с соотношением высоты (h) и ширины (s) как 1,4:1. Ширина балок, при этом, может быть в пределах 40-200 мм, а высота 100-300 мм.
Высоту балок часто выбирают такой, чтобы она соответствовала необходимой толщине утеплителя. При использовании в качестве балок бревен их диаметр может быть в пределах 11-30 см.
В зависимости от вида и сечения используемого материала, шаг балок деревянного перекрытия может быть от 30 см до 1,2 м, но чаще всего он выбирается в пределах 0,6-1,0 м.
Иногда его выбирают таким, чтобы он соответствовал размеру плит утеплителя, укладываемых в межбалочное пространство, или листов подшивки потолка. Кроме этого, в каркасных зданиях, желательно, чтобы шаг укладки балок соответствовал шагу стоек каркаса — в этом случае будет обеспечена наибольшая жесткость и надежность конструкции.
Сделать расчет или проверку уже выбранных размеров деревянных балок перекрытия можно по справочным таблицам (некоторые приведены ниже) или используя онлайн калькулятор «расчет деревянных балок перекрытия», который легко найти в интернете, «забив» соответствующий запрос в поисковике. При этом необходимо учесть, что относительный их прогиб для чердачных перекрытий не должен быть более 1/250, а для междуэтажных – 1/350.
Таблица 1
Рекомендуемое сечение балок из бруса (s x h), в зависимости от шага их укладки и перекрываемого пролета, при общей расчетной нагрузке 350-400 кг/м2 (междуэтажные перекрытия), мм:
| Шаг,м Пролет,м | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 |
| 0,6 | 75х100 | 75х200 | 100х200 | 150х200 | 150х225 |
| 1,0 | 75х150 | 100х175 | 125х200 | 150х225 | 175х250 |
Как надежно повесить люстру на бетонный потолок
Таблица 2
Рекомендуемое сечение балок перекрытия из досок и бруса при шаге 1 м, перекрываемом пролете 3-6,0 м и общей нагрузке от 150 до 300 кг/м2 (чердачное или междуэтажное перекрытие), мм:
| Нагрузка, кг/м2 \ Пролет, м | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 |
| 150 | 50х140 | 60х180 | 80х200 | 100х220 |
| 200 | 50х160 | 70х180 | 100х200 | 140х220 |
| 250 | 60х160 | 70х200 | 120х200 | 160х220 |
| 300 | 70х160 | 80х200 | 120х220 | 200х220 |
Таблица 3
Рекомендуемый минимальный диаметр деревянных балок перекрытия из бревен (круглого сечения) при шаге 0,6-1 м, пролете 2-6 м и нагрузке 400 кг/м2, мм:
| Шаг,м/Пролет,м | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 0,6 | 110 | 140 | 170 | 200 | 230 |
| 1,0 | 130 | 170 | 210 | 240 | 270 |
Таблица 4
Рекомендуемый шаг балок из досок сечением 50х160-200 мм для пролета 3-6 м
| Сечение балки (доски), мм | П 3,0 | Р 3,5 | О 4,0 | Л 4,5 | Ё 5,0 | Т, 5,5 | м 6,0 |
| Чердачные перекрытия | |||||||
| 50х160 | 1200 | 900 | 650 | 500 | 420 | — | — |
| 50х200 | 1850 | 1350 | 1050 | 800 | 650 | 550 | 450 |
| Междуэтажные перекрытия | |||||||
| 50х160 | 800 | 600 | 450 | — | — | — | — |
| 50х200 | 1200 | 900 | 700 | 500 | 400 | — | — |
Подбирая сечение таким упрощенным способом, лучше подстраховаться и выбрать его с запасом или округлять значения в большую сторону.
Расчет деревянных балок междуэтажного перекрытия видео:
Расчёт деревянной балки
Балка с любым поперечным сечением – это основополагающий элемент объемных конструкций, а деревянная балка – важный компонент зданий и сооружений. Постоянные и временные перекрытия и консоли повсеместно выполняются из брёвен, бруса или собранных в пакет досок.
Балки способны успешно воспринимать статические и динамические нагрузки: работающий человек, оборудование и имущество, интерьер и мебель уверенно размещаются на перекрытии. Предварительный расчёт прочности как оценка несущей способности призван обезопасить возводимое сооружение от поломки и придать ему необходимую жесткость – основу долговечности.
Стандартная оценка заключается в применении специализированных методик расчёта. Для этого потребуется комплексное знание механики, сопротивления материалов и других инженерных тонкостей. Гораздо проще и быстрее – провести расчет деревянной балки онлайн, с помощью отдельного инструмента в виде простого калькулятора.
Проверка балки на прогиб теперь выполняется за считанные секунды – что кардинально ускоряет работу специалиста и снижает затраты времени.
Возможности инструмента
Калькулятор прогиба деревянной балки позволяет оценить основные параметры планируемого пролётного элемента:
- размеры поперечного сечения;
- длину самой балки;
- её прогиб под планируемой нагрузкой.
Параллельно учитывается сорт древесины, что немаловажно из-за прямой зависимости между качеством пиломатериалов и механическими свойствами изделия.
Точность величины прогиба как отклонения от прямолинейности зависит от типа закрепления расчётного элемента. Жёсткая заделка обоих концов, наличие шарнирных соединений или вовсе свободный конец означают разное поведение материала балки.
Мастеру достаточно понять, как будет закрепляться каждый элемент перекрытия, измерить геометрию участка и оценить нагрузку – этого хватит для укрупнённого расчёта. Если нет точного значения приходящейся на пол массы, можно применить среднестатистические значения:
- перекрытие между этажами – до 400 кг/кв. метр;
- чердачное перекрытие – до 200 кг/кв. метр.
Порядок расчёта
Сорт пиломатериала.
Оценивается по внешнему виду и наличию дефектов, прописывается в документации по качеству на партию товара.
Для справки: сопротивление сортов древесины Приняты на основании СП 64.13330.2017 “Деревянные конструкции”
- 1-ого сорта – 9 МПа,
- 2-ого сорта – 8.34 МПа
- 3-его сорта – 5.56 МПа.
- Тип заделки концов.
Нужно определить, как будет закрепляться расчётная балка:
Тип нагрузки.
Расчет деревянной балки на прочность онлайн-калькулятор проводит комплексно – для чего важен характер давления.
Линейные размеры сечения.
Необходимо задать размеры поперечного сечения – и определить таким образом мощность балки. Калькулятор работает с наиболее распространёнными типами сечения – прямоугольным и квадратным (при задании одинаковых ширины и высоты).
Длина балки.
На этом этапе важно ввести не полную длину – а расстояние между крайними точками, находящимися в подвешенном состоянии. Проблема заключается в распространённой ошибке: прогибу подвергается только не опирающаяся часть.
Расчет балки онлайн – Калькулятор балок перекрытия из дерева
Балка – это элемент строительных несущих конструкций, который широко используется для возведения межэтажных перекрытий. Перекрытия, в свою очередь, предназначены для разделения по высоте смежных помещений, а также принятия статических и динамических нагрузок от находящихся на нем предметов интерьера, оборудования, людей и т.д.
В большинстве случаев, для частного домостроения используются деревянные балки из цельного бруса, отесанного бревна, клееных досок или шпона. Эти материалы, при правильном подборе параметров, способны обеспечить необходимую прочность и жесткость основания, что является залогом долговечности постройки.
Мы предлагаем вам выполнить онлайн расчет балки перекрытия на прочность и изгиб, подобрать её сечение и определить шаг между балками. Также вы получите набор персональных чертежей и 3D-модель для лучшего восприятия возводимой конструкции. Программа учитывает СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011) и другие справочные источники.
Содержание
Инструкция к калькулятору
Наш сервис предоставляет на выбор два вида расчета однопролетных балок перекрытия.
В первом случае, вам предлагается рассчитать сечение балки при известном шаге между ними, во втором случае, вы можете узнать рекомендуемое значение шага между балками при выбранных характеристиках сечения. Разберем работу калькулятора на примере, когда ваша задача заключается в нахождении сечения балки.
Для расчета вам понадобится знать ряд обязательных начальных параметров. В первую очередь это характеристики самой балки:
- ширина сечения (толщина), мм;
- длина пролета балки (на изображении BLN), м;
- вид древесины (сосна, ель, лиственница…);
- класс древесины (1/К26, 2/К24, 3/К16);
- пропитка (есть, нет).
В случае, если вы не знаете толщину предполагаемой балки, в первом блоке следует выбрать пункт «Известно соотношение высоты сечения балки к её ширине – h/b» и указать значение 1,4. Эта наиболее оптимальная величина, которая получена эмпирическим методом и указывается во многих справочниках.
Затем нужно указать условия, в которых будет эксплуатироваться перекрытие:
- температурный режим (< 35 °C .. > 50 °C);
- влажностный режим;
- присутствуют постоянные повышенные нагрузки или нет.
После этого, сконфигурируйте конструкцию и заполните поля калькулятора:
- длина стены дома по внутренней стороне, м;
- шаг между балками, см;
- полная длина балки (на изображении BFL), м;
- нагрузка на балку, кг/м2 ;
- предельный прогиб в долях пролета.
- При необходимости впишите стоимость одного кубометра древесины, для того чтобы узнать общую стоимость всех пиломатериалов.
- Также, обратим внимание, что обычно шаг балки не делают меньше 0,3 м, так как это нецелесообразно с экономической точки зрения и больше 1,2 м, так как возможен прогиб чернового пола со всеми вытекающими последствиями.
- Когда вы нажмете кнопку «Рассчитать», сервис произведет расчет балки онлайн и выведет на экране рекомендуемые значения сечения подобранной балки.
- Кроме того, в блоке «Результаты расчета» вы сможете узнать:
- параметры балки при расчете на прочность;
- параметры балки при расчете на прогиб;
- максимальный прогиб балки, см.
Расчет балок перекрытия
Самостоятельный расчет деревянной балки перекрытия – это долгое и нудное занятие, которое обязывает вас знать основы инженерных дисциплин и сопромата.
Без определенных навыков и знаний, вручную подобрать материал, рассчитать необходимое сечение или шаг балки – не просто тяжело, а порой и невозможно.
Тем не менее, мы попытаемся вам рассказать об основных характеристиках, которые нужны для вычислений и по какому алгоритму работает наш калькулятор.
Виды балок
В настоящее время, деревянные балки, используемые для изготовления перекрытий, можно разделить на два принципиально разных вида:
Исходя из названия становится понятно, что в первом случае, это будет цельный кусок древесины определенного типа сечения (чаще всего это брус на 2 или 4 канта), во втором случае, это клееная балка из досок или шпона LVL.
Несмотря на низкую стоимость, по ряду объективных причин, деревянные балки из цельной древесины в последнее время используются все реже.
Качественные показатели этого материала значительно уступают клееному дереву: низкий модуль упругости способствует появлению больших прогибов в середине пролета (особенно это становится заметно при расстоянии между несущими стенами более 4 метров), при высыхании на балках появляются продольные трещины, которые приводят к уменьшению момента инерции прогиба, отсутствие пропитки подвергает древесину воздействиям вредителей и гниения.
Благодаря современным технологиям, клееные балки не имеют подобных недостатков.
Их структура однородна и волокна ориентированы по всем направлениям – повышается общая прочность и модуль упругости материала, он получает защиту от растрескивания, а специальная пропитка обеспечивает повышенный уровень пожаробезопасности и устойчивости к влаге. Эти балки разрешено использовать при проемах в 6-9 м и можно рассматривать, как полноценный аналог железному перекрытию.
Подбор сечения балки
Для того чтобы подобрать сечение балки самостоятельно вручную, нужно иметь огромный багаж знаний в сфере сопромата, ведь вам потребуется применять на практике большое количество формул и коэффициентов, поэтому для начинающего мастера это достаточно сложная и не совсем нерациональная задача.
Наш калькулятор должен помочь произвести приблизительный расчет деревянного перекрытия и сэкономить значительное количество времени.
Однако пользователь должен понимать, что ни одна программа не заменит настоящего специалиста, так как принцип работы сервиса построен на обработке стандартных табличных величин и не может учитывать конкретных ситуаций.
Расчет балки – Пример
Алгоритм работы программы для расчета балок основывается на СП 64.13330.2011 (Актуализированная редакция СНиП II-25-80). Для большей наглядности, мы разберем расчет однопролетной балки на прогиб и прочность в примере, кратко описывая основные этапы вычисления и формулы.
Длина балки
- Расчетная длина балки определяется значением длины пролета и запасом для укладывания их на стену.
- Узнать протяженность между пролетами не составляет трудности – с помощью рулетки замерьте расстояние, которые необходимо перекрыть балками, и к полученному числу добавьте величину заделки в «гнезда» равную 300 мм (по 150 мм на сторону) или более.
- В случае, когда вы собираетесь крепить балки на специальные металлические крепления, длина пролета будет равна длине балки.
Определение расчетной нагрузки
Для того чтобы правильно рассчитать нагрузку на деревянную балку, нужно определить все виды оказываемых воздействий на перекрытие.
Величину нагрузки можно узнать двумя путями: использовать СНиП 2.01.
07-85* Нагрузки и воздействия и с его помощью высчитать все необходимые коэффициенты вручную, а затем сложить их, или же можно взять нормативные данные из справочников.
Если вы произведете все расчеты правильно, то первый вариант будет более точен, однако никто не застрахован, что при выполнении долгих громоздких вычислений не будет допущена ошибка.
Поэтому для получения приблизительного расчета, целесообразнее взять стандартные величины и применять их в последующих формулах. Согласно справочникам, для межэтажных перекрытий расчетная нагрузка обычно составляет 400 кг/м2, а для чердаков – 200 кг/м2.
Типовые нагрузки для межэтажных перекрытий – 400 кг/м2 и чердаков – 200 кг/м2 применимы не во всех ситуациях. Если подразумевается, что на основание будет воздействовать ненормально большой вес, например, от тяжелого оборудования – необходимо произвести корректировку начальных параметров.
Максимальный изгибающий момент
- Изгибающий момент – момент внешних сил относительно нейтральной оси сечения балки или другого твёрдого тела, иначе простыми словами, это произведение силы на плечо.
- Максимальный изгибающий момент, соответственно, принимает наибольшее значение, которое может выдержать данное тело без нарушения целостности.
- Если на балку будет действовать равномерно распределенная нагрузка (в калькуляторе реализован именно этот случай), то значение максимального изгибающего момента будет равно:
- q – величина нагрузки на перекрытие;
- l – величина пролета перекрытия.
Требуемый момент сопротивления
Момент сопротивления – это способность материала оказывать сопротивления к изгибу, растяжению или сжатию. Для того чтобы определить это значение для деревянной балки, нужно воспользоваться готовой формулой:
- Мmax – величина максимального изгибающего момента;
- R – величина расчетного сопротивления древесины.
Отдельно нужно рассказать о величине R. Она имеет целый ряд поправочных коэффициентов, которые нужно учитывать при расчете балки, если вы хотите получить максимально точный результат. Полная формула выглядит так:
- Rи – расчетное сопротивление древесины изгибу, подбираемое в зависимости от расчетных значений для сосны, ели и лиственницы при влажности 12% согласно СП 64.13330.2011;
- mп – коэффициент перехода для других пород древесины;
- mд – поправочный коэффициент принимаемый в случае, когда постоянные и временный длительные нагрузки превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок;
- mт – температурный коэффициент;
- ma – коэффициент принимаемый в случае, когда дерево подвергается пропитке антипиренами;
- γсc – коэффициент срока службы древесины.
- … – существуют другие менее важные коэффициенты, однако при расчетах они практически не используются, так как величина поправки слишком незначительна.
Получается, что по сути, величина R это произведение расчетного сопротивления древесины изгибу и различных поправок. В большинстве случаев для получения ориентировочного результата, эти поправки не учитываются, а значение R принимается равным Rи.
Момент сопротивления балки перекрытия
В зависимости от формы сечения балки (квадрат, прямоугольник, круг, овал…) формулы нахождения фактического момента сопротивления будут отличаться. В наших калькуляторах применяются только два типа профиля: прямоугольный и тесаное бревно. Мы продолжим разбирать алгоритм на примере прямоугольного сечения:
- b – ширина балки;
- h – высота балки.
Расчет балки на прочность
Для того чтобы определить подходит балка по прочности или нет, нужно чтобы момент сопротивления балки перекрытия (W), равнялся или был больше требуемого момента (Wтреб ):
Но вычислить реальный момент сопротивления балки перекрытия мы не можем, так как не известна ее высота. В этом случае нужно или воспользоваться перебором сечений, исходя из условия, что наиболее оптимальное соотношение высоты к ширине 1,4:1, или же просто принять W = Wтреб, в силу того, что мы не нарушаем условий заданной формулы. Также, после этих манипуляций станет известен параметр h.
Расчет балки на прогиб (изгиб)
Методика определения прогиба балки значительно проще. При распределенной нагрузке, применяется формула:
- q – величина нагрузки на перекрытие;
- l – величина пролета перекрытия;
- E – модуль упругости;
- I – момент инерции.
Первые два параметра нам известны, модуль упругости для древесины обычно принимается равным 100 000 кгс/м², хотя это и не всегда так, а момент инерции, в зависимости от формы сечения, рассчитывается по разным формулам. Для прямоугольника:
- b – ширина балки;
- h – высота балки.
Собирая все в кучу, мы получим итоговую формулу расчета прогиба балки:
После того, как вы получите искомое значение, нужно сравнить его с величиной допустимого (предельного) прогиба балки в долях от пролета. Этот параметр устанавливается СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»:
| Элементы конструкций | Максимальный прогиб балки, не более |
| 1. Балки междуэтажных перекрытий | L/250 |
| 2. Балки чердачных перекрытий | L/200 |
| 3. Перекрытия при наличии стяжки/штукатурки | L/350 |
Например, для межэтажных перекрытий при длине пролета равной 400 см мы получим условие – 400/250, т.е. предельно возможный изгиб в данной ситуации 1,6 см.
Если ваше значение f превышает его, необходимо изменять сечение балки в большую сторону, до тех пор, пока оно не станет меньше величины предельного прогиба.
Конечные параметры балки
После того, как вы подберете сечение при расчете на прочность и прогиб/изгиб, можно будет определить минимально допустимые параметры балки.
Предположим, что при расчете на прочность вы получили сечение – 165х150 мм, а при расчете на прогиб – 239х150 мм. Очевидно, что в подобной ситуации следует выбирать наибольшую величину, то есть значение на прогиб, поскольку если вы сделаете ровно наоборот, перекрытие выдержит нагрузку, но очень сильно деформируется и ни о каком ровном потолке не может быть и речи.
В результате расчета несущей способности деревянной балки, мы используем сечение равное 239х150 мм, но тут сталкиваемся с очередной проблемой – балок такого размера серийно никто не производит.
В этом случае нужно производить округление обязательно в большую сторону, обычно кратно 50 мм, т.е. нам подойдет балка 250х150 мм.
В некоторых ситуациях, можно обратиться к ГОСТ 24454-06, в нем указаны все типовые размеры материалов.
Методика расчета балок перекрытия из клееного бруса и отесанного бревна
Технология расчета балок перекрытия из клееного бруса практически не отличается от изделий из цельной древесины.
Все этапы работы с калькулятором совпадают и никакие дополнительные коэффициенты вводить не нужно, но при самостоятельном вычислении в формулу нахождения величины расчетного сопротивления (R), нужно будет добавить дополнительный коэффициент kw , который учитывает форму и размер поперечного сечения.
Например, для прямоугольных клееных балок принимаются следующие поправки:
| Ширина балки b в см | Коэффициент kw при высоте балки h см | |||||
| 14-50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 и более | |
| b < 14 | 1,00 | 0,95 | 0,90 | 0,85 | 0,80 | 0,75 |
| b > 14 | 1,15 | 1,05 | 0,95 | 0,90 | 0,85 | 0,80 |
Также для клееных балок из шпона LVL Ultralam, существует более подробная аннотация с характеристиками на сайте производителя, в которой помимо значений величины R, существует подробные характеристики модуля упругости (E) для каждого вида продукции:
| Модуль упругости Е, МПа | ||||
| Rb | Rs | R | X | I |
| 16 000 | 15 600 | 14 000 | 11 000 | 12 700 |
В случае расчета тесаного бревна (лафета), немного изменяются исходные формулы момента сопротивления и момента инерции, так как форма сечения балки отличается от прямоугольной. Помимо этого, есть и отличия в ширине отеса, оно может быть равным половине или трети диаметра, что также приводит к изменению начальных коэффициентов для обеих формул.
| Ширина отеса равна 1/2 диаметра | Ширина отеса равна 1/3 диаметра |
| Момент сопротивления | |
| W = 0,088D3 | W = 0,09781D3 |
| Момент инерции | |
| I = 0,039D4 | I = 0,04611D4 |
Загрузка...
