Перекрытие больших пролетов деревянными балками: клеенные балки, деревянные фермы

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.

На фото – перекрытия из брусьев.

Типы и виды деревянных перекрытий

По предназначению деревянные балки перекрытия разделяются на такие виды:

подвальное;
чердачное;
междуэтажное.

С каждым из подвидов следует ознакомиться более детально.

Подвальное

Конструкция должна обладать высокими показателями прочности, выдерживать значительные усилия, ведь балки будут служить основой для устройства пола. Если в проекте жилого дома предусмотрен подвал или гараж для автомобиля, то деревянные бруски заменяют металлическими несущими конструкциями. Это связано с быстрым разрушением дерева от воздействия высокой влажности. Альтернативным вариантом считается уменьшение расстояния между балками перекрытия и обработка деревянных элементов антисептиком.

Чердачное

Перекрытие устанавливается независимо или является продолжением кровельной стропильной системы. Лучшие технические характеристики у первого варианта. Устраивать независимое перекрытие более рационально, такая конструкция улучшает звукоизоляционные показатели всего дома, считается ремонтопригодной.

Междуэтажное

Конструкция балок перекрытия в каркасном доме имеет свои особенности. Одна сторона деревянного бруса используется в качестве опорных элементов для крепления потолка, вторая (верхняя часть) применяется в качестве лаг для монтажа напольного покрытия. Пространство между балками межэтажного перекрытия заполняют минеральной ватой или другим теплоизоляционным материалом, пароизоляционная мембрана применяется в обязательном порядке. В нижней части пирога закрепляют гипсокартонные листы, сверху застилают дощатый деревянный пол.

Разновидности балочных перекрытий из дерева

Все балочные перекрытия из дерева делятся между собой по назначению и виду материала, из которого они изготовлены. По назначению они могут быть: межэтажными, чердачными, подвальными и цокольными. По виду материала балки могут быть изготовлены из цельной древесины или клееной.

деревянные перекрытия в доме из газобетона

Деревянные перекрытия

Межэтажный пролет должен быть прочным и надежным. Во внутренний объем между потолком и полом укладываются звуко- и пароизоляционные наполнители. Потолочная часть зашивается необходимым материалом, сверху укладывается пол.

Межэтажный пролет

Чердачное перекрытие может устанавливаться как элемент крыши, являясь частью ее стропильной конструкции. Может быть установлено, как отдельный независимый элемент. С целью сохранения тепла, обязательно оборудуется паро- и теплоизоляцией.

Чердачное перекрытие

Перекрытие подвала и цокольного этажа должно быть большой прочности и выдерживать высокую нагрузку. Эти пролеты оборудуются тепло и пароизоляцией, чтобы не допустить проникновение холода из подвала.

Деревянные перекрытия цокольного этажа

Балки отличаются между собой по видам, которые имеют свои преимущества и недостатки. Для изготовления цельных балок применяется древесина твердых пород. Существенным недостатком цельномассивных деревянных балок является ограничение по длине, которое не может превышать 5 метров.

Часто устанавливают такие деревянные перекрытия в доме из газобетона.

Цельные деревянные балки

Балки из клееной древесины объединяют высокую прочность и эстетику. Их применение существенно увеличивает предельную длину, которая может составлять до 20 метров. Учитывая то, что клееные перекрытия выглядят красиво, их зачастую не закрывают потолком и они служат элементом дизайна.

Клееные балки

Они имеют еще несколько существенных преимуществ, к которым относятся:

способность перекрыть большие пролеты;
простота их установки;
небольшая масса;
большой период эксплуатации;
высокий уровень пожарной безопасности;
не поддаются деформации.

Деревянные части балок перекрытия могут иметь прямоугольное сечение, что характерно для бруса или доски, или же круглое, изготовленное из бревна.

Перекрытие из цельных бревен

Достоинства и недостатки

У деревянных брусков, которые используются для устройства перекрытия, есть свои сильные и слабые стороны.

Главными достоинствами балок из досок считаются:

минимальный вес конструкционных элементов, что снижает нагрузку на несущие стены и фундамент здания;
красивый внешний вид;
возможность монтажа дощатого пола без дополнительной подготовки;
высокая скорость проведения монтажных работ без помощи подъёмных механизмов;
возможен ремонт перекрытия во время эксплуатации жилого здания.

Из минусов деревянных конструкционных элементов следует выделить:

необходимость в пропитке древесины антисептиками и антипиренами, такие растворы препятствуют гниению и возгоранию материала;
меньшие показатели прочности по сравнению с металлическими или железобетонными изделиями;
деформация и усадка конструкции в результате резких перепадов температуры или под воздействием высокой влажности.

Обратите внимание! Устройство деревянного перекрытия возможно на ограждающих конструкциях из газобетона, кирпича или на стенах из любого другого материала.

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.

Установка поперечной балки потолка и пола.

На рисунке 1, видно, что в месте где расположена балка предусмотрена перегородка.

Поперечная балка на рисунке 1 обозначена красным цветом.

Рис 1. План с расположением балок потолка (поперечной и продольных)

В уровне потолка эта поперечная балка опирается на стойки перегородки, а стойки перегородки опираются на поперечную балку пола. Об устройстве этих двух поперечных балок (пола и потолка) рассмотрим ниже.

Рис 2. Поперечная балка потолка

Поперечная балка потолка крепится к стойкам перегородки. В верхней части на концах поперечной балки сделан выпил под верхнюю обвязку, так чтобы верх поперечной балки совпадал с верхом обвязки. Это сделано для того, чтобы продольные потолочные балки ложились одним концом на поперечную балку, а другим концом на обвязку. При этом, в месте примыкания поперечной балки потолка к обвязке, поперечная балка не опирается на стойку несущей стены. Она (поперечная балка потолка) опирается полностью на стойки перегородки, рисунок 2.

В свою очередь стойки перегородки имеют выпилы под эту балку (выпилы видны на рисунке 2), а сами стойки перегородок опираются на такую же поперечную балку пола. После установки поперечных балок пола и потолка, на поперечную балку пола уложатся лаги. А на поперечную балку потолка обопрутся балки потолка. Так как фундамент под перегородку был не предусмотрен, поперечная балка пола уложена на кирпичные столбики (рисунок 3). Столбики располагаются непосредственно под стойками, стойки перегородки установлены с шагом 1200 мм. Размер пролета между стойками выбран исходя их двух моментов:

Рис 3. Поперечная балка пола на кирпичных столбиках

Как выполнить кирпичные столбики можно прочесть в статье « Подготовительные работы для укладки пола на лагах». Укладку лаг на поперечную балку пола мы в данной статье не рассматриваем, об этом можно прочесть в статье «Укладка пола на лагах».

Поперечную балку пола выполняем так, чтобы впоследствии лаги пола легли на нее без выпилов. Как видно на рисунке 3, поперечная балка пола сделана из нескольких брусков, стянутых саморезами. Бруски 50*70 мм, взято 5 брусков, итого ширина поперечной балки пола 250 мм высота 70 мм.

Клееный брус

Для увеличения прочности или величины цельных балок их скрепляют между собой вручную во время монтажа перекрытий. Для этих же целей применяется изготовленный на предприятиях клееный брус. Он состоит из нескольких соединённых между собой брусков. Толщина отдельно взятого элемента регулируется количеством склеенных между собой изделий. Клееный брус получают на заводе методом прессования, его длина достигает 12 м.

Готовые изделия сохраняют характеристики цельных пиломатериалов, в них можно вбивать гвозди без потери прочности или резать на части необходимого размера. Единственным недостатком таких конструкций считается высокая стоимость. Необходимо всё тщательно просчитать перед установкой перекрытия первого этажа по деревянным балкам.

Обратите внимание! Клееный брус часто применяется в строительстве для монтажа арочного перекрытия.

Перекрытия досками 200 на 50 и другие ходовые размеры

Вот какие балки на пролете 4 метра допускаются нормативами.

Чаще всего при строительстве деревянных перекрытий используются доски и брус так называемых ходовых размеров: 50х150, 50х200, 100х150 и т.д. Такие балки удовлетворяют нормам (после расчёта), если планируется перекрывать проём не более четырех метров.

Для перекрытия длиной в 6 и более метров размеры 50х150, 50х200, 100х150 уже не подходят.

Деревянная балка более 6 метров: тонкости

Балка для пролета 6 метров и более не должна делаться из бруса и досок ходовых размеров.

Следует запомнить правило: прочность и жёсткость перекрытия в большей степени зависят от высоты балки и в меньшей степени – от её ширины.

На балку перекрытия действует распределённая и сосредоточенная нагрузка. Поэтому деревянные балки для больших пролетов проектируются не «впритык», а с запасом по прочности и допустимому прогибу. Это обеспечивает нормальную и безопасную эксплуатацию перекрытия.

50х200 — перекрытие для проема 4 и 5 метров.

Для расчёта нагрузки, которую выдержит перекрытие, надо обладать соответствующими знаниями. Чтобы не углубляться в формулы сопромата (а при строительстве гаража это точно избыточно), обычному застройщику достаточно воспользоваться онлайн-калькуляторами по расчёту деревянных однопролётных балок.

Leo060147Пользователь FORUMHOUSE

Самостройщик чаще всего не является профессиональным проектировщиком. Всё, что он хочет знать, – это какие балки нужно смонтировать в перекрытии, чтобы оно отвечало основным требованиям про прочности и надёжности. Это и позволяют высчитать онлайн-калькуляторы.

Пользоваться такими калькуляторам просто. Чтобы сделать расчеты необходимые значения, достаточно ввести размеры лаг и длину пролёта, которые они должны перекрыть.

Также для упрощения задачи можно применить готовые таблицы, представленные гуру нашего форума с ником Roracotta.

RoracottaПользователь FORUMHOUSE

Я потратил несколько вечеров, чтобы сделать таблицы, которые будут понятны даже начинающему строителю:

Таблица 1. В ней представлены данные, которые отвечают минимальным требованиям по нагрузке для полов второго этажа – 147кг/кв.м.

Примечание: так как таблицы основаны на американских нормативах, а размеры пиломатериалов за океаном несколько отличаются от сечений, принятых в нашей стране, то применять в расчётах нужно графу, выделенную жёлтым цветом.

Таблица 2. Здесь приведены данные по усреднённой нагрузке для полов первого и второго этажей – 293 кг/кв.м.

Таблица 3. Здесь приведены данные под расчётную увеличенную нагрузку в 365 кг/кв.м.

Самостоятельное изготовление клееного элемента

Существует несколько вариантов самостоятельного изготовления клееного бруса:

соединение трёх элементов в одну конструкцию;
склеивание двух деталей в форме символа Z;
соединение ламелей с использованием специальных элементов, металлических вставок.

Самым практичным считается первый способ, он гораздо проще двух остальных. На начальной стадии работ отбирают доски для бруса и укладывают их на центральный элемент таким образом, чтобы годовые кольца древесины смотрели в противоположные стороны. На поверхности досок делают пометки чёрным маркером или простым карандашом, что будет указывать на последовательность их укладки.

Центральный элемент зачищают с обеих сторон наждачной бумагой, что позволит создать шероховатую поверхность, улучшить адгезию клея. Боковые доски обрабатывают только в месте прилегания к основному брусу. На следующем этапе работ обезжиривают поверхности растворителем, наносят антисептик и антипирены. Эти жидкости и защитные составы наносятся поочерёдно: сначала растворитель, затем другие пропитки после высыхания основного состава. Обрабатывают не только боковые стороны пиломатериала, но и торцы.

Теперь необходимо нанести тонкий слой клея (1–2 мм) на зачищенные и предварительно обработанные поверхности. Верхнюю и нижнюю доски укладывают на центральный брус таким образом, чтобы они находились в одной плоскости. Для скрепления элементов используются струбцины, которые устанавливают на балке через каждые 40–50 см. Время твердения клея указывается производителем (обычно не превышает 2 дней).

https://youtu.be/NFQfR3oDW_o

Порядок расчёта

Определить шаг балок деревянного перекрытия, их размеры и количество помогает предварительный расчёт. Перед проведением таких операций необходимо:

провести замеры пролёта между несущими стенами жилого здания;
рассчитать нагрузку, которую будет испытывать перекрытие после монтажа;
провести расчёт сечения и шага балок по специальным таблицам.

Длина балок основания для устройства крыши состоит из размера пролёта и необходимой величины запаса в пределах 10–15 см для устройства надёжного перекрытия при опоре на стену. Длина пролёта – расстояние между внутренними частями противоположных стен в жилом доме или любой другой постройке. Самым популярным вариантом в частном строительстве считается расстояние от 2,5 до 4 м. При величине пролёта больше 6 м для монтажа перекрытия используются деревянные фермы.

Важно! Нагрузка на деревянную балку включает в себя усилия от вышерасположенных конструкций, внутреннего наполнения перекрытия, а также временных элементов (людей, бытовой техники и мебели).

Точные расчёты может выполнить только специализирующаяся на этом строительная организация. При самостоятельных вычислениях отталкиваются от следующих значений:

общая нормативная нагрузка на квадратный метр перекрытия при использовании утеплителя (минеральной ваты) составляет 130 кг/м2;
при использовании толстых досок и тяжёлого теплоизоляционного материала нормативная нагрузка увеличивается до 150 кг/м2, общая с учётом коэффициента безопасности 1,3 – до 245 кг/м2;
в мансардном помещении на перекрытие действуют временные нагрузки от установки мебели или перемещения людей – общая нагрузка составит 350 кг/м2;
общая нагрузка для междуэтажных пролётов не менее 400 кг/м2.

Все указанные величины считаются базовым значением для дальнейших расчётов.

Пример упрощенного расчета напольного покрытия.

1 Вариант. Напольное покрытие из половых досок.

(вернуться к основному содержанию)

При расстоянии между осями балок 1 м и при ширине балок 10 см расстояние в свету между балками составит 0.9м. Это расстояние и будет расчетным пролетом. А вот с расчетной нагрузкой все несколько сложнее, в принципе 1 человек весом в 100 кг, наступив на доску в середине пролета создаст как минимум динамическую нагрузку, а возможно и ударную, если будет прыгать по полу или откуда-нибудь падать. В принципе такая сосредоточенная динамическая нагрузка в 100 кг, приложенная посредине пролета, примерно эквивалентна статической равномерно распределенной в 400 кг/м с учетом динамического коэффициента. Вот только приложена эта нагрузка будет максимум к 2-3 доскам, а если доски не шпунтованные и не передают часть нагрузки на соседние, то и к одной. В связи с этим условная ширина напольного покрытия будет зависеть и от вида половых досок и от их ширины. Например, при ширине половых шпунтованных досок 12 см условную ширину напольного покрытия можно принять b = 36 см

Максимальный изгибающий момент составит:

Мmax = ql2/8 = 400х0.92/8 = 40.5 кгм или 4050 кгсм

В данном случае расчетная схема для досок, как для однопролетной балки на шарнирных опорах принята весьма условно. Более правильно половые доски длиной от стены до стены, рассматривать, как многопролетную неразрезную балку. Однако в этом случае придется учитывать и количество пролетов и способ крепления досок к лагам и возможное изменение длины пролетов при различных сочетаниях нагрузок. Если же на некоторых участках будут уложены доски между двумя лагами, то такие доски действительно следует рассматривать как однопролетные балки и для таких досок изгибающий момент будет максимальным. Именно это вариант, как наиболее неблагоприятный, мы и будем далее рассматривать. Впрочем, для двухпролетных балок значение изгибающего момента будет таким же.

Требуемый момент сопротивления досок согласно формулы (147.2) и при расчетном сопротивлении 130 кг/см2:

Wтреб = 4050/130 = 31.15 см3

При принятой нами ширине 36 см минимально допустимая высота досок, согласно формулы (147.4) составит 2.27 см, при меньших пролетах требуемая высота доски будет еще меньше. Это означает, что настилать пол можно стандартными половыми досками высотой 30-35 мм с пазами и шипами, позволяющими немного перераспределить нагрузку на соседние доски, но все равно при таком пролете их желательно проверить на прогиб.

Но вместо дорогих половых досок можно использовать более дешевые листовые материалы, например, фанеру, ДСП, OSB.

2 Вариант. Напольное покрытие из фанеры.

(вернуться к основному содержанию)

Расчетное сопротивление фанеры можно определить по следующей таблице:

Таблица 6. Значения расчетных сопротивлений для фанеры, согласно СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011)

расчетные сопротивления фанеры

Как видим, в зависимости от направления укладки расчетное сопротивление может изменяться более, чем в 2 раза. Почему так, рассказывается отдельно, здесь же отметим, что при укладке фанеры нужно обращать внимание на направление волокон наружных слоев.

Продолжим расчет. Например для березовой фанеры марки ФСФ

Rф = 160 кгс/см2

тогда требуемый момент сопротивления фанеры

Wтреб = 4050/160 = 25.31 см3

Для фанеры условная ширина покрытия конечно же будет больше, чем для досок за счет более лучшего перераспределения нагрузки, но все равно принимать условную ширину больше 50 см я бы не стал (подробности возможного перераспределения напряжений в пластинах здесь не рассматриваются). При такой ширине минимально допустимая толщина фанеры согласно формулы 147.4 составит 1.74 см, т.е на балки можно укладывать фанеру толщиной 18 мм и более при расстоянии между осями балок 1 м.

Максимальный прогиб для фанерного листа, рассматриваемого как однопролетная балка на шарнирных опорах, составит:

f = 5·4·904/(384·90000·24.3) = 1.56 см

где I = 50·1.83/12 = 24.3 см4, Е = 90000 кгс/см2 — для фанеры из березы.

Если для напольного покрытия будут использоваться листы длиной 2 м, то их можно рассматривать как двухпролетную неразрезную балку. В этом случае прогиб уменьшится примерно в 2 раза, но все равно останется достаточно большим. Для его уменьшения желательно использовать фанеру толщиной не менее 20 мм.

При расстоянии между осями балок 0.75 м, а тем более 0.5 м значение изгибающего момента уменьшится, соответственно уменьшатся и размеры требуемого сечения. Произвести расчет для таких расстояний между осями балок не сложно по приведенному выше алгоритму.

Общее примечание: вообще-то при расчете деревянных конструкций применяется куча всяких поправочных коэффициентов, но я решил не усложнять приведенный расчет коэффициентами, достаточно того, что мы взяли максимально возможную нагрузку и кроме того при подборе сечения есть неплохой запас. И еще, если фанера всегда будет укладываться на 4 или больше лаг, то в этом случае максимальный прогиб будет еще меньше. Больше подробностей в разделе «Статически неопределимые конструкции»

Перекрытие больших пролетов деревянными балками: клеенные балки, деревянные фермы