Деревянные балки перекрытия: размеры и расчет

Деревянные балки перекрытия: размеры и расчет

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.

Содержание статьи:

Виды перекрытий

Каждую разновидность этого элемента сооружения, нужно тщательно рассчитать, чтобы в дальнейшем не прогнулся пол или потолок, не произошло геометрического изменения всей постройки, и чтобы прочность оказалась на должном уровне.

При вычислении, необходимо учитывать не только нагрузки, которым будет подвергаться эта часть постройки, но и материал, из которого она сделана. Это определяет ее несущую способность.

У разных материалов значения прочности разные, как и у поверхностей, которые в итоге будут получены с их применением. Есть несколько основных видов балок, которые используются наиболее часто:

Деревянные

Наиболее часто применяемое решение в частных домах. Как в брусовых, так и в бревенчатых или каркасных сооружениях.

Существует ряд ограничений на использование именно деревянных элементов:

• Длина пролета. Обычно – не более пяти метров, если они используются для междуэтажных пролетов
• Для чердачных помещений, длина пролета может составлять не более шести метров

Для всех деревянных деталей в строительстве, есть важный параметр – сечение. Какое конкретно потребуется для сооружения, определяется, исходя из нагрузки, которую будет получать этот элемент конструкции.

Например — при сооружении перекрытия шириной 3 метра и при используемых балках 6*20 расстояние между ними должно быть 1,25 м. для межэтажного перекрытия и 1,85 м. — для чердачного

Приведенные в таблице значения следует учитывать еще на этапе проектирования. Вместе с сечением, нужно учесть еще один параметр – расстояние между этими деталями дома. Оно будет тем меньше, чем больше ширина пролета.

Для расчета расстояния между конструктивными элементами, надо учесть еще и толщину досок, которые будут использованы для сооружения пола. При толщине, меньшей, чем 28 миллиметров, расстояние между деревянными балками не должно превышать 50 сантиметров.

Металлические

Перекрытия, сооруженные по металлическим балкам, получаются тоньше, достаточно надежны и служат дольше деревянных. Но применяются металлические балки перекрытия гораздо реже.

Вес и подверженность коррозии, ограничивают область их применения. Также, на применяемость этого типа конструктивных элементов, влияют более низкие звукоизолирующие и теплоизолирующие характеристики.

Но, есть и положительные качества таких конструкций:

• Возможность создавать пролеты более 6 метров длиной
• Негорючесть
• Невосприимчивость к таким биологическим процессам, как гниение или плесень
• Повышенная, по сравнению с деревянными, прочность

Несмотря на некоторые положительные характеристики, они не стали слишком популярны среди тех, кто строит свой дом. В основном, это произошло из-за достаточно высокой цены и необходимости применения специальной подъемной техники при строительстве.

Если же говорить о строительстве больших многоквартирных зданий, то здесь сыграла роль именно цена. Дома выходят достаточно дорогими. Но, при использовании технологии монолитного домостроения, выбор этого вида конструкций оправдан, так как там можно достигнуть экономии за счет других моментов в строительстве.

Железобетонные

Такой тип конструктивных элементов, применяется при строительстве многоэтажных сооружений. Экономически, их использование приносит ощутимое снижение затрат на строительство. Есть и другие плюсы:

• Возможность создания больших, длиной до 7,5 метров, пролеты
• Прочность полученной поверхности будет очень высокой

К минусам можно отнести только необходимость использования подъемной техники в виде кранов. Перекрытия создаются с использованием пустотных или легкобетонных плит.

Какую древесину лучше выбрать для деревянных перекрытий и как правильно уложить балки?

Применительно к нашей теме эти слова звучали бы так: ни пола, ни потолка. И действительно, ни того ни другого не было бы у помещений без перекрытий. Но главное, что этот конструктивный элемент связывает между собой ограждающие стены здания и в немалой степени отвечает за его надежность

Одна из разновидностей перекрытий — деревянные балочные (бывают еще монолитные, сборные, кессонные и др.). Их сооружают как в брусовых, бревенчатых и каркасных домах, так и в возведенных из кирпича или бетонных блоков. Для начала разберемся, какими характеристиками должны обладать перекрытия.

На первом месте, разумеется, стоит прочность, ведь помимо собственного веса перекрытия несут на себе нагрузки от предметов обстановки и находящихся в помещении людей. В соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85, они должны быть рассчитаны на равномерно распределенную нагрузку не менее 150 кгс/м² (при проектировании ее значение для междуэтажных перекрытий обычно несколько завышают, а для чердачных, наоборот, занижают). Если планируется установить в помещении, например, котел, бильярдный стол или рояль, то при инженерных расчетах обязательно учитывают оказываемые ими сосредоточенные нагрузки.

Вторая важная характеристика — жесткость, то есть устойчивость к прогибу под воздействием нагрузок: не более 1/200 или 1/250 пролета для чердачных и междуэтажных перекрытий соответственно. Кроме того, конструкция должна быть стабильной и «не реагировать» на хождение людей, перестановку мебели и т. п.

Возлагаются на перекрытия и такие задачи, как защита от передачи воздушного и ударного шума из одной комнаты в другую; предотвращение утечки тепла из обогреваемого помещения в холодное (чердак, подвал) при разнице температур в них ≤10°С; а также создание препятствия для распространения в здании огня.

Плюсы и минусы деревянных перекрытий

Несомненные плюсы таких конструкций — легкость, быстрота сооружения и сравнительно невысокая стоимость. Ну а минусы типичны для древесины. Во-первых, балки чувствительны к изменениям температурно-влажностного режима, что чревато их деформацией. Во-вторых, дерево подвержено различным биопоражениям (гниль, грибок и пр.). По этой причине для изготовления балок следует использовать хорошо высушенный материал с влажностью не более 8–12%, в обязательном порядке обработанный специальными антисептическими препаратами, что позволит существенно продлить срок службы конструкций. Кроме того, действенной мерой по предотвращению преждевременной порчи древесины является поддержание в доме постоянного уровня температуры и влажности.

Нередко деревянные перекрытия проявляют нестабильность, заметно прогибаясь под нагрузками. Причиной этого, даже при использовании балок расчетной жесткости, является либо их неправильное расположение — не по ширине, а по длине проема, либо простое опирание на венец сруба вместо установки в выбранный в бревне паз

Еще один минус деревянных перекрытий заключается в их повышенной пожароопасности. Вследствие этого балки должны быть пропитаны огнезащитными составами, а по периметру проходящих сквозь перекрытия дымовых труб — устроены изоляционные короба, заполненные негорючей каменной ватой высокой плотности.

Обычная древесина или клееная?

Клееная балка

Используя для изготовления балок натуральную древесину естественной влажности (как правило, это изделия из сосны толщиной 50–80 мм и высотой 200–300 мм), необходимо учитывать следующие моменты. Первый: не прошедший принудительную сушку материал будет менять свои геометрические размеры в зависимости от внешних условий. Второй: не исключено, что он имеет скрытые пороки, что может отразиться на несущей способности конструкции. Третий: чтобы исключить боковые деформации, широкие балки придется снабжать распорками. И наконец, четвертый: перекрыть такими балками можно не более чем 6-метровый пролет, да и то с маленьким шагом.

Балки из клееной древесины, сырье для которой проходит тщательную сортировку и камерную сушку, имеют стандартные размеры от 140 × 50 до 200 × 200 мм и при равном сечении являются значительно прочнее обычных. Ими можно перекрывать пролеты длиной до 12 м. Кроме того, для укладки перекрытий в помещениях сложной геометрии, где потолочная конструкция играет к тому же еще и декоративную роль, выпускаются гнутоклееные балки.

Стоит отметить, что в последнее время вместо балок из цельной и клееной древесины отечественные застройщики все чаще стали использовать балки из LVL-бруса, OSB-плит, металлодеревянные и др.

Укладка балок

Сечение, а следовательно, и шаг установки балок — это расчетные величины, зависящие от длины пролета, проектных нагрузок, а также размера плит утеплителя, который укладывают в промежутки между балками.

Если согласно проекту балки должны быть расположены параллельно длинной стене, чтобы, например, стать элементом дизайна интерьера, то их сечение определяется особо. В этом случае обычно используют изделия из клееной древесины с металлическим армированием, предусматривают опорные колонны, усиливают конструкцию поперечными балками и др.

Узел соединения балки с венцом брусового или бревенчатого дома выполняют разными способами. Один из них — укладка балки в выбранный на 70 мм паз через промежуточный изоляционный слой (чтобы в результате трения не появлялся скрип). При подрубке конца балки — например, для замка «ласточкин хвост» и т. п. — ее сечение может быть уменьшено только на четверть (СНиП II-25-80), иначе возникает риск появления в ней продольных трещин и, как следствие, снижения несущей способности.

Коробка дома, сложенного из бруса или бревна, осаживается практически равномерно по всем стенам, а следовательно, перекоса перекрытий можно не опасаться

Вариант опирания деревянной балки на кирпичную стену

Также соединение выполняют с применением опорных элементов из оцинкованной стали — уголков, кронштейнов, Т-образных пластин и др., которые фиксируют к стене металлическими саморезами или шурупами-глухарями большого сечения, а к ним теми же саморезами крепят балку. Опоры могут быть скрытыми или оставаться на виду, если потолочная конструкция выступает в качестве интерьерной детали. При этом следует учитывать, что специалисты рекомендуют использовать такое соединение балок только с внутренними стенами, поскольку на ограждающей стене опорные элементы могут попасть в точку росы, что приведет к выпадению конденсата и появлению темных пятен на древесине.

Для устройства деревянных перекрытий в блочных и кирпичных домах в процессе кладки стен в них предусматривают специальные гнезда глубиной не менее 150 мм, куда вставляют балки. Предварительно их концы срезают под острым углом, чтобы древесина не насыщалась влагой, обрабатывают биозащитными препаратами и гидроизолируют двумя слоями рубероида или пергамина. Торец при этом должен оставаться открытым, чтобы ничто не мешало движению водяного пара. Углубление выстилают гидроизоляционным материалом, помещают внутрь утеплитель, кладут деревянную прокладку (также обработанную антисептиком) и вставляют туда балку, фиксируя ее анкерами. Обратите внимание: СНиПы запрещают глухую (закрытую) заделку деревянных конструкций в каменные стены, поэтому по краю гнезда необходимо предусмотреть воздушный зазор.

Как быть, если балка одним своим концом опирается на деревянную стену, а другим – на каменную? Ведь первая будет давать осадку, а вторая нет. Как в этом случае поведет себя перекрытие?

Чтобы не допустить его перекоса, практикуют следующее решение. Вдоль каменной стены ставят столбы (деревянные, бетонные и пр.), закрепляют на них винтовые домкраты, поверх кладут опорный брус, а на него – концы балок. Таким образом, подкручивая винты, можно выравнивать перекрытие, «подстраиваясь» под осадку деревянной стены. Сечение и шаг столбов – величины расчетные.

Что касается эстетической стороны вопроса, то столбы можно оставить на виду, вписав их в стилистику интерьера, а можно спрятать за обшивкой, только при этом нужно не забыть устроить в ней окошки для регулировки домкратов.

Конструкция перекрытия

Классическая система утепления перекрытия для холодного чердака

Самый распространенный вариант «пирога» деревянного перекрытия выглядит так. Прежде всего, между балками должен быть уложен утеплитель, решающий также задачу по звукоизоляции помещений. Как правило, это 50-миллиметровые плиты из каменного волокна, общая толщина слоя которых для междуэтажных перекрытий, согласно расчету, может достигать 150 мм.

Если балки перекрытия в декоративных целях частично выступают за плоскость потолка, то их оставшейся высоты может не хватать для укладки полноценного слоя теплоизоляции. В этом случае специалисты советуют «нарастить» балки деревянными брусками и уже в этот каркас класть утеплитель нужной толщины.

Практически непреодолимой преградой для распространения ударного и воздушного шума будет являться перекрытие, состоящее из двух не зависимых друг от друга контуров балок (они могут быть и разнонаправленными), заполненных эффективной изоляцией

Для защиты от увлажнения водяным паром утеплитель снизу покрывают пароизоляционной пленкой. Ее настилают так, чтобы она или огибала балки, или прилегала только к их нижней поверхности, формируя из нее сплошной, неразрывный слой с помощью перехлестной стыковки полотен и проклейки швов специальными лентами. Действуя по тому же принципу, сверху утеплитель защищают слоем гидроизоляции.

Со стороны нижерасположенного помещения по балкам выполняют, например, обшивку вагонкой либо сооружают каркасную подоснову для того или иного вида потолочной отделки, а сверху — делают обрешетку (или кладут лаги) для настила чернового и чистового пола.

Особенности утеплителей

Не все изделия используются для утепления. Продукция из пластика будет деформироваться от высоких температур. Если использовать фанеру или ДВП, то от горячего воздуха они начнут расширяться и изменять форму, накапливать влагу. Эти продукты точно не подойдут. Лучшим способом считается отделка несколькими слоями:

1. Первым нужно использовать изоляционный материал, который препятствует проникновению воды.
2. Вторым слоем положите утеплитель (например, минеральную вату).
3. Третий уровень – фольга из алюминия.

Такая «многослойность» хорошо держит тепло и долго не позволяет выйти пару, поэтому тепловые потери уменьшаются.

Утеплители можно разделить на следующие виды:

• волокна;
• пластины;
• блоки;
• стеновые плиты;
• засыпки.

А в зависимости от состава различают:

• Органические такие, как эковата.
• Неорганические – минвата.
• Пенополистирол.
• Другие утеплители такие, как техновент и техноблок.

Порядок и правила монтажа

Даже не планируя монтаж перекрытий каркасного дома своими руками, нужно ознакомиться с особенностями устройства и установки этого важного элемента.

Особые рекомендации по установке

Для установки межэтажных перекрытий сначала нужно уложить по периметру дома обвязку из балок, а уже на нее закреплять гвоздями лаги. При наличии большого пролета лучше сделать клееные балки.

Балки перекрытий имеют двойную функцию. С одной стороны на них крепят потолок из гипсокартона, с другой – набивают лаги пола. Толщина досок для пола должна составлять не менее 1/20 от длины. Например, для пролета 4 м потребуется лага толщиной от 20 см. Пространство перекрытия заполняют утеплителем.

Балки делают из толстых бревен, которые распиливают на части толщиной от 70 мм. Также можно сбить вместе две доски, толщина которых составляет 50 мм.

Соединяют доски друг с другом гвоздями или металлическими скобами. Балки для перекрытий имеют преимущества: у них низкая стоимость, простая установка, высокие теплоизоляционные свойства, длительный срок эксплуатации (до 50 лет).

Деревянные балки – пожароопасный материал. Это значит, что их необходимо обработать огнеупорными пропитками, противогрибковыми составами и средствами от гнили.

Утепление перекрытий между этажами

У минеральной ваты есть важные преимущества: природное происхождение, низкая теплопроводность, она легкая и негорючая. Поэтому лучше всего именно её применять для утепления перекрытий. Но также для звуко- и теплоизоляции можно использовать другие альтернативные материалы:

• перлит;
• пенопласт;
• керамзит;
• шлак;
• сухой песок;
• опилки.

Материалы для перекрытий

Лучше всего выбирать хвойную древесину. Это может быть сосна, ель, лиственница. Основная нагрузка оказывается на балки или лаги, а затем переносится на стены, обвязку и фундамент.

Для балок перекрытия используется обработанный круглый брус на два канта или сбитые вместе доски.

Несущие балки должны иметь соответствующий размер, в зависимости от нагрузки, которую они будут испытывать, а также длины пролета. Значения размеров можно узнать из специальных таблиц.

Расчет нагрузки

Перекрытия испытывают следующие виды нагрузки:

• выдерживают собственную массу;
• массу части дома, что выше их;
• переменную нагрузку от пребывания людей и от установки мебели и вещей.

Собственная масса в среднем имеет 150-200 кг на каждый квадратный метр перекрытия. Конкретный вес зависит от вида утеплителя и толщины всех элементов конструкции. У чердачных перекрытий вес еще больше, поскольку там необходимо устанавливать больше утеплителя.

Что касается переменных нагрузок, то средние их значения – до 100 кг на 1 кв. м, а иногда и больше. Чтобы понять общую нагрузку, необходимо суммировать постоянную и переменную в их максимальных значениях.

Далее в таблицах смотрят необходимую толщину балок с учетом их длины. Балки устанавливают на обвязку по периметру при помощи металлических уголков. При установке межэтажного или чердачного перекрытия важно устанавливать балки четко над вертикальными каркасными стойками.

Подшивка и настилы

Установив потолочные балки и проверив, достаточна ли их прочность и правильно ли они закреплены, начинают сверху на них устанавливать настил, чтобы по ним можно было ходить. После этого снизу устанавливают подшивку потолка.

Для межэтажных перекрытий необходимо подбирать качественную подшивку. Она должна выдерживать свой вес, а также нагрузку отделки потолка, утеплителя и всех декоративных и функциональных элементов, которые будут к ней прикреплены. Это светильники, некоторые элементы мебели, какие-то украшения.

Несмотря на все это, несущая способность у обшивки должна быть не слишком большой. Для этих целей в любом каркасном доме используют какие-то листовые материалы. Для примера, это может быть даже обычный гипсокартон. Его применение очень выгодно, поскольку он не только позволяет сделать потолок максимально ровным, но и является огнеустойчивым материалом.

Выбирая подшивку для полового и потолочного перекрытий, нужно помнить, что она должна выдерживать большую нагрузку, так как в этих местах больший слой утеплителя, чем в межэтажном. Кроме того, появляются дополнительные элементы конструкции перекрытия. Поэтому здесь уже рационально использовать не обычный гипсокартон, а шпунтованную доску и другие подобные варианты.

Вариант устройства наката

Работу начинают с того, что к нижней части потолочных балок системы перекрытия по всей длине сбоку набивают специально заготовленные черепные бруски. Для этой цели отлично подойдут обычные деревянные рейки, сечение которых составляет 30х50 мм. Они необходимы для установки щитов наката. Под ними подразумевают листы гипсокартона, фанеры, прочих материалов или доски, которые смогут удерживать вес утеплителя.

Накат необходим не только для декоративных целей. Он держит на себе все элементы конструкции, которые не закреплены на балках перекрытий. Кроме того, этот элемент подшивки удерживает на себе еще и нагрузку снизу в виде отделки и ее декоративных частей.

Различают два типа настилов, которые используются в каркасных домах. Первый – черновой, второй – ходовой. Только черновой вариант используют на чердаках, чтобы по ним можно было удобно передвигаться. Под ходовым настилом подразумевают установку чистового дощатого пола.

Установка и чернового, и чистового настила подразумевает укладку досок на балках и их закрепление. Таким образом, монтаж настила одинаковый, но требования к качеству работ отличаются.

Прибивая доски чернового пола к балкам, делают специальный зазор. Он необходим для того, чтобы через пол циркулировал воздух. Прибивая ходовой (или чистовой) настил, зазор не делают, а доски стыкуют плотно.

Следует отметить, что необязательно делать сплошной настил на чердаках, которые не будут эксплуатироваться. Для этого достаточно набить доски по определенным маршрутам, которые понадобятся для решения каких-либо аварийных задач. Например, для доступа к коньку крыши или к дымоходу.

Пирог перекрытия в каркасных домах

Неважно, по каким технологиям построен каркасный дом и как выполнен его проект, перекрытия имеют примерно схожую конструкцию и пирог. Если говорить снизу вверх, то сначала идет подшивка (или накат). Затем на нее натягивают полиэтиленовую пленку, пергамин, толь или другой гидроизолирующий слой.

Далее устанавливают слой утеплителя. На первом этаже удобно использовать сыпучие наполнители. Это может быть керамзит, перлит, печной шлак, другие материалы. Между этажами оптимально использовать минеральную вату, пенопласт, стекловату или другие плитные и рулонные утеплители.

Утепление необходимо для половых и потолочных перекрытий в каркасном доме. Если нужно провести шумоизоляцию между комнатами, делают это при помощи акустической шумоизолирующей ваты.

Количество утеплителя, которое пойдет на утепление разных частей каркасного дома, можно вычислить по таблицам.

Установив утеплитель или засыпав его, если он сыпучий, сверху можно залить песчано-цементный раствор для стяжки всей конструкции. Особенно это актуально для чердачных перекрытий. К этому прибегают, чтобы сделать более медленным разрушение утеплителя и максимально продлить срок эксплуатации перекрытия.

Как выполнить работы

Расчеты

Точные расчеты для несущей способности балок, как правило, выполняют особые организации с достаточным опытом. При выполнении расчетов самостоятельно используется следующая система:

• Чердачное перекрытие с подшивкой, утеплителем в котором является минеральная вата, имеет постоянную нагрузку 50 кг/м 2 . По стандартам СНиП при такой нагрузке нормативом будет 70 кг/м 2 , если коэффициент запаса прочности равен 1.3. Итак, узнать общую нагрузку несложно – 1.3*70+50=130 кг/м 2 .
• Если вы производите расчеты для мансардного помещения, то следует учесть вес материала, из которого выполнен пол и предметы, которые находятся в этом помещении. В таком случае нагрузка будет 350 кг/м 2 .
• Если же деревянные балки перекрытия играют роль межэтажных пролетом, то величина нагрузки будет равна 400 кг/м 2.

Определение шага и сечения балок

Когда известны данные о длине и нагрузке балок, можно узнать шаг установки и размер сечения/диаметр.

Учтите, что показатели взаимосвязаны между собой, и их можно рассчитать по установленным правилам:

1. Высота и ширина балок должна иметь пропорцию 1.4:1. При этом учтите, что ширина балок должна быть от 4 до 20 см, а высота от 10 до 30 см (это с расчетом на утеплительный материал). Бревна для перекрытия обязательно должны быть с диаметром от 11 до 30 см.
2. Шаг установки обязательно должен иметь предел от 0.3 до 1.2 метра (с учетом материала для утепления и материала для подшивки). Если дом каркасный, то шаг обязательно должен быть такой же, как и между каркасов.
3. Произвести определение сечения балок из дерева можно по специальным таблицам или программам. При проведении расчета сечения следует учесть, что максимально допустимый изгиб балок на чердаке равен 1 от 200, а для межэтажных 1 от 350.

Использование деревянных ферм – преимущества и недостатки

Выполненные из дерева фермы перекрытий по виду напоминают два параллельно расположенных друг под другом бруска или бревна, которые между собой соединены опорами, а те в свою очередь находятся по отношению к бревнам или брускам вертикально или же под углом. Главной задачей ферм является перекрытие длинных пролетов, если невозможна установка дополнительных опорных стоек. Чтобы сделать фермы, используют специальные разработанные таблицы и программы, в которых учитываются типы соединений, шаг установки, общие размеры и сечение деталей. Чаще всего фермы делают по промышленному методу с использованием оборудования высокой точности. Вместе с тем есть вариант самостоятельного изготовления фермы.

Если сравнить деревянные фермы и балки перекрытия, можно выявить все достоинства и недостатки, которые есть у ферм.

К достоинствам отнесем:

• Возможность накрыть пролет больших размеров и при этом не использовать дополнительные опорные стойки.
• Небольшой общий вес, благодаря чему нагрузка на несущие элементы строения тоже будет небольшой.
• Высокая прочность и никаких прогибов, что дает длительный срок эксплуатации напольного и подшивочного материала.
• Простота установки на все несущие элементы в независимости от материала изготовления.
• Есть возможность изменить ширину шага укладки.
• Можно установить внутренние коммуникационные линии.
• Отличная звукоизоляция.
• Если фермы были выполнены красиво, их можно даже не зашивать и тогда они будут играть роль декоративного элемента.

Но помимо достоинств есть и некоторые недостатки, а именно:

• Из-за особенностей конструкции сильно увеличивается толщина межэтажного перекрытия.
• Большие затраты в плане труда при изготовлении фермы собственноручно, требуется специальное оборудование.
• Готовые конструкции достаточно дорогие.

Выбирать фермы или деревянные балки – решать только вам.