Усиление деревянного перекрытия – способы укрепить потолочные и балки второго этажа

Усиление деревянного перекрытия – способы укрепить потолочные и балки второго этажа

Основным элементом чердачных и межэтажных перекрытий во многих частных домах является деревянная балка. Срок службы перекрытий из дерева ограничен ввиду свойств древесины, особенно, если она была плохо обработана или подвергалась нагрузке и воздействию влаги.

В следствие таких факторов балка перестает справляться с возложенной на нее функцией (возможно провисание, прогиб, искривление) и потребуется усиление деревянных балок перекрытия.

Помимо повреждений и утраты несущей способности балок пола и потолка (лаг, прогонов), укрепление может быть продиктовано увеличением нагрузки на перекрытие.

Способы усиления деревянной балки перекрытия

Если выяснилось, что несущий элемент требует ремонта, есть несколько методов, которые помогут восстановить способность балки к выдерживанию нагрузок.

1. Наращивание площади сечения. Один из самых эффективных методов. С двух сторон деревянной доски или бруса, поврежденных по тем или иным причинам, устанавливают накладки с толщиной не менее 50 мм. Усиливающие детали могут монтироваться как по всей длине, так и на поврежденном участке. Перед проведением работ следует поднять балку домкратом, чтобы полностью убрать существующий прогиб. Монтаж проводится с помощью винтов или шпилек, проникающих сквозь первоначальный несущий элемент и скрепляющих обе накладки между собой.
2. Металлические накладки. Вариация на тему предыдущего метода, только в качестве усилителей выступает не деревянная доска, а швеллер либо металлическая полоса.
3. Прутковый протез. Этот метод чаще всего применяют для восстановления несущей способности торцевых частей балок. В качестве материала используют металлическую арматуру. Работы проводятся после установки опоры под поврежденную балку и разборки перекрытия. Восстановленный несущий элемент имеет меньшую способность сопротивляться нагрузкам, чем новый, это следует учитывать в период эксплуатации.
4. Армирование углеволоконными элементами. Современный инновационный метод усиления и укрепления балок перекрытия. Подходит даже в том случае, если нарастить размеры конструкции невозможно. Углепластиковые элементы имеют малый вес и значительную несущую способность. Для ремонта балок используют различные типы углеволоконных материалов – пластины, листы, пруток. Монтаж проводят с применением специального эпоксидного клея, после застывания полученный конструктивный элемент по прочности не уступает стали.

Вне зависимости от выбранного способа реставрации несущей конструкции, необходимо выполнить требования безопасности во время проведения работ. Следует установить опорные поддерживающие стойки или леса во избежание обрушения во время ремонта.

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.

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.

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.

Жесткость и теплоизоляция деревянного перекрытия в доме

Перекрытия в частных домах, сделанные из дерева, часто прогибаются, вибрируют, хорошо проводят звук, а также нередко остаются холодными, не теплоизолирующими. Как сделать перекрытия хорошего качества, – об этом пойдет речь далее.

Почему деревянные перекрытия вибрируют и прогибаются

Наиболее дешевая конструкция перекрытий – из деревянных балок, высотой от 180 мм при ширине от 40 мм, установленных с шагом обычно 600 – 650 м. Очевидный недостаток такой конструкции в том, что каждая из балок остается почти не связанной с другими (обшивка с двух сторон не считается…) и работает на изгиб обособленно.

В тоже время балки из досок бывают разного качества, с разной жесткостью и с разной деформацией при дальнейшей усушке и нахождении под нагрузкой. Со временем дереву свойственно прогибаться под нагрузкой, которая не равномерна по площади перекрытия. В результате полы получаются не ровными, первичная кривизна в 2 – 5 мм увеличивается до 10 – 50 мм. Также простое дрожание балочной конструкции, при пролетах более 2 метров, многим весьма не нравится, они хотели бы видеть жесткую основу.

Повышение жесткости перекрытий первого этажа

Повысить жесткость деревянных перекрытий первого этажа не сложно, если опереть длинные пролеты на промежуточные фундаментные столбы. Условием для этого должна быть жесткость и неподвижность основного фундамента под несущими стенами. Обычно таким образом большие пролеты разбивают на маленькие, длиной не более 2,0 метров. Чаще по средней линии балок ставят подпорную раму на 2 – 3 столбах.

Повысить жесткость чердачного перекрытия

Увеличение жесткости чердачного перекрытия возможно, если балки сшить между собой поперечинами, высотой от 200 мм, связав их в одну систему. Для этого по центральной линии балок ставят поперечную балку и связывают с ними жесткими металлическими уголками и (или) деревянными брусьями. Таких балок чаще устанавливают несколько с таким расчетом, чтобы свободный пролет был не более 2 метров.

Но этот способ может применяться только в чердачных перекрытиях, по которым не будут постоянно ходить.

Как разновидность более жесткой конструкции – связь балок перекрытия со стропильной системой крыши в виде треугольника, что предает системе наибольшую жесткость, что для чердака, впрочем не столь необходимо.

Как увеличить жесткость межэтажного перекрытия

Для увеличения жесткости балочного перекрытия между этажами, и одновременно для создания контробрешетки под напольное покрытие 2 этажа, рационально применить поперечные лаги с шагом 600 мм, с высотой от 100 мм и больше, которые бы жестко стягивались с несущими балками металлическими планками и шурупами, притягивающими планки к боковинам.

Пример рассуждений по поводу строительства жесткого перекрытия можно увидеть здесь…

Шумоизоляция межэтажная

Лучшим решением по межэтажной шумоизоляции является создание плавающего пола, уложенного на слой звукопоглотителя от 30 мм толщиной. Обычно используют экологичную не содержащую формальдегида, вату из тяжелых минеральных волокон. Но чаще довольствуются подсыпкой на зашивку песка и пр….

Теплоизоляция чердака и полов

Типовое размещение теплоизоляционного слоя – между несущими лагами, при этот толщина утеплителя для умеренной климатической зоны – от 15 см, что является экономически оптимальным и рекомендуется нормативами…При этом лаги и контрообрешетка остаются мостиками холода.

Защита утеплителя от пара обязательна, может располагаться в любом месте перед утеплительным слоем (по направлению из здания наружу) в виде сплошной мембраны с заворотами на стены… Еще информация о конструкциях в представленном видео

Разновидности перекрытий: какие бывают?

В зависимости от назначения, можно выделить такие разновидности перекрытий:

1. Цокольное. Поскольку оно является основой для пола, к балкам предъявляются повышенные требования. Стоит ли говорить, насколько прочными они должны быть?

Небольшой совет. Если планируете строить гараж или подвал под 1-м этажом, перекрытие лучше делать по балкам, сделанным из металла. Дерево подвержено гниению, выдержать солидную нагрузку сможет далеко не всегда.

1. Чердачное.
2. Междуэтажное.

Деревянные балки перекрытий бывают:

• Цельные. Производятся из твердых пород – как хвойных, так и лиственных.
• Клееные. Благодаря данной технологии, возможно изготовление планок приличной длины – вплоть до двадцати метров. Обладают повышенной прочностью, способны выдержать очень большие нагрузки. Еще одна особенность – идеально гладкая поверхность. Благодаря ей, снизу дерево оставляют открытым – оно становится настоящей изюминкой помещения.

Общая информация по методологии расчёта

В большинстве случаев в малоэтажном строительстве применяются однопролётные балки. Они могут быть в виде брёвен, досок или брусьев. Длина элементов может варьироваться в большом диапазоне. В большинстве случаев она напрямую зависит от параметров строения, которые вы собираетесь возвести.

Роль несущих элементов в конструкции выполняют деревянные бруски, высота сечения которых составляет от 140 до 250 мм, толщина лежит в диапазоне 55—155 мм. Это наиболее часто используемые параметры при расчёте несущей способности деревянных балок.

Очень часто профессиональные строители для того чтобы усилить конструкцию используют перекрёстную схему монтажа балок. Именно эта методика даёт наилучший результат при минимальных затратах времени и материалов.

Если рассматривать длину оптимального пролёта при расчёте несущей способности деревянных балок, то лучше всего ограничить фантазию архитектора в диапазоне от двух с половиной до четырёх метров.

Пример расчета деревянной балки перекрытия.

Расчет выполняется в соответствии со СНиП II-25-80 ( СП 64.13330.2011) «Деревянные конструкции» [1] и применением таблиц [2].

Исходные данные.

Требуется рассчитать балку междуэтажного перекрытия над первым этажом в частном доме.

Материал — дуб 2 сорта.

Срок службы конструкций — от 50 до 100 лет.

Состав балки — цельная порода (не клееная).

Шаг балок — 800 мм;

Длина пролета — 5 м (5 000 мм);

Пропитка антипиренами под давлением — не предусмотрена.

Расчетная нагрузка на перекрытие — 400 кг/м2; на балку — 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,

где: q_p — расчетная нагрузка на балку;

L — длина пролета.

Определяем требуемый момент сопротивления деревянной балки:

где: R = R_и·m_п·m_д·m_в·m_т·γ_сc = 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 [1] — таблицы 1 [2] и поправочных коэффициентов:

m_п = 1,3 — коэффициент перехода для других пород древесины, в данном случае принятый для дуба (таблица 7 [2]).

m_д = 0,8 — поправочный коэффициент принимаемый в соответствии с п.5.2. [1], вводится в случае, когда постоянные и временный длительные нагрузки превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок.

m_в = 1 — коэффициент условий работы (таблица 2 [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 [2]).

γ_н/о = 1,05 — коэффициент класса ответственности. Принимается по таблице 6 [2] 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 = 10×25 см.

3) Расчет по прогибу.

Здесь мы находим прогиб балки и сравниваем его с максимально допустимым.

Определяем прогиб принятой балки по формуле соответствующей принятой расчетной схеме:

f = (5·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 [2], как для междуэтажных перекрытий.

Рассчет деревянной балки: методология и формулы расчета деревянных балок перекрытия на прочность и прогиб

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.

Ниже мы рассмотрим, как можно рассчитать деревянную балку, т.е. подобрать ее оптимальное сечение в зависимости от условий эксплуатации и характеристики материала.

Расчет балок должен происходить в следующей последовательности:

1. Сбор нагрузок на балку.

Сбор нагрузок — это та процедура, без которой не обходится ни один расчет. Процедура эта довольно длинная, поэтому она вынесена в отдельную статью, где приведен пример сбора нагрузок на перекрытие и 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» [1] и применением таблиц [2].

Исходные данные

Требуется рассчитать балку междуэтажного перекрытия над первым этажом в частном доме.

Материал — дуб 2 сорта.

Срок службы конструкций — от 50 до 100 лет.

Состав балки — цельная порода (не клееная).

Шаг балок — 800 мм;

Длина пролета — 5 м (5 000 мм);

Пропитка антипиренами под давлением — не предусмотрена.

Расчетная нагрузка на перекрытие — 400 кг/м2; на балку — qр = 400·0,8 = 320 кг/м.

Нормативная нагрузка на перекрытие — 400/1,1 = 364 кг/м2; на балку — qн = 364·0,8 = 292 кг/м.

Расчет

1) Подбор расчетной схемы.

Так как балка опирается на две стены, т.е. она шарнирно оперта и нагружена равномерно-распределенной нагрузкой, то расчетная схема будет выглядеть следующим образом:

2) Расчет по прочности.

Определяем максимальный изгибающий момент для данной расчетной схемы:

Мmax = qp·L2/8 = 320·52/8 = 1000 кг·м = 100000 кг·см,

где: qp — расчетная нагрузка на балку;

L — длина пролета.

Определяем требуемый момент сопротивления деревянной балки:

Wтреб = γн/о·Mmax/R = 1,05·100000/121,68 = 862,92 см3,

где: R = Rи·mп·mд·mв·mт·γсc = 130·1,3·0,8·1·1·0,9 = 121,68 кг/см2 — расчетное сопротивление древесины, подбираемое в зависимости от расчетных значений для сосны, ели и лиственницы при влажности 12% согласно СНиП [1] — таблицы 1 [2] и поправочных коэффициентов:

mп = 1,3 — коэффициент перехода для других пород древесины, в данном случае принятый для дуба (таблица 7 [2]).

mд = 0,8 — поправочный коэффициент принимаемый в соответствии с п.5.2. [1], вводится в случае, когда постоянные и временный длительные нагрузки превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок.

mв = 1 — коэффициент условий работы (таблица 2 [2]).

mт = 1 — температурный коэффициент, принят 1 при условии, что температура помещения не превышает +35 °С.

γсс = 0,9 — коэффициент срока службы древесины, подбирается в зависимости от того, сколько времени вы собираетесь эксплуатировать конструкции (таблица 8 [2]).

γн/о = 1,05 — коэффициент класса ответственности. Принимается по таблице 6 [2] с учетом, что класс ответственности здания I.

В случае глубокой пропитки древесины антипиренами к этим коэффициентам добавился бы еще один: ma = 0.9.

С остальными менее важными коэффициентами вы можете ознакомится в п.5.2 СП 64.13330.2011.

Примечание: перечисленные таблицы вы можете найти здесь.

Определение минимально допустимого сечения балки:

Так как чаще всего деревянные балки перекрытия имеют ширину 5 см, то мы будем находить минимально допустимую высоту балки по следующей формуле:

h = √(6Wтреб/b) = √(6·862,92/5) = 32,2 см.

Формула подобрана из условия Wбалки = b·h2/6. Получившийся результат нас не удовлетворяет, так как перекрытие толщиной более 32 см никуда не годится. Поэтому увеличиваем ширину балки до 10 см.

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

Принятое сечение балки: bxh = 10×25 см.

3) Расчет по прогибу.

Здесь мы находим прогиб балки и сравниваем его с максимально допустимым.

Определяем прогиб принятой балки по формуле соответствующей принятой расчетной схеме:

f = (5·qн·L4)/(384·E·J) = (5·2,92·5004)/(384·100000·13020,83) = 1,83 см

где: qн = 2,92 кг/cм — нормативная нагрузка на балку;

L = 5 м- длина пролета;

Е = 100000 кг/см2 — модуль упругости. Принимается равным в соответствии с п.5.3 СП 64.13330.2011 вдоль волокон 100000 кг/см2 и 4000 кг/см2 поперек волокон не взирая на породы при расчете по второй группе предельных состояний.

Но справедливости ради нужно отметить, что модуль упругости в зависимости от влажности, наличия пропиток и длительности нагрузок только у сосны может колебаться от 60000 до 110000 кг/см2.

Поэтому, если вы хотите перестраховаться, то можете взять минимальный модуль упругости.

J = b·h3/12 = 10·253/12 = 13020,83 см4 — момент инерции для доски прямоугольного сечения.

Определяем максимальный прогиб балки:

fmax = L·1/250 = 500/250 = 2,0 см.

Предельный прогиб определяется по таблице 9 [2], как для междуэтажных перекрытий.

Отрасль готова

В правительственный перечень из 103 приоритетных инвестпроектов государства до 2023 года вошли 14 аэропортов. Однако ни строительства, ни реконструкции крупных аэропортов-хабов по примеру «Борисполя» в обозримом будущем в Украине не будет. Самым крупным проектом, возводимом с нуля, сейчас можно назвать строительство нового аэропорта «Днепр».

Однако даже такое продолжение модернизации аэропортовой инфраструктуры страны открывает перед отечественными производителями новые возможности поставок. Высчитывать размер годового металлопотребления при сооружении аэропортовой инфраструктуры не имеет экономического смысла, так как это растянутые во времени точечные проекты. Модернизация региональных аэропортов в среднем потребует использования 1-2,5 тыс. т металлопродукции и металлоконструкций.

«При условии грамотного проектирования, где будет предусмотрено использование украинского металла, не будет необходимости импортировать. Такие проекты окажут всестороннее благоприятное влияние на всех участников национального строительного рынка: как на поставщиков металла, так и на производителей металлоконструкций», – подчеркивает Дмитрий Васильев.

Мощности производителей металлоконструкций позволяют строить значительно больше конструкций, чем сейчас. По словам Дмитрия Васильева, с точки зрения производства металлоконструкций и воплощения особых архитектурных решений в металле – в Украине есть большой производственный потенциал. «Укрсталь Конструкция» планирует участвовать в новых проектах строительства и реконструкции аэропортов, намеченных правительством. По некоторым проектам уже ведется работа.

«Те заводы металлоконструкций, которые участвуют в тендерах по аэропортам, оборудованы хоть и не самым современным, но приличным оборудованием, которое позволяет реализовывать достаточно сложные конструкции, – подтверждает Максим Вабищевич. – На предприятиях еще остаются опытные, высококвалифицированные специалисты, в частности технологи и сварщики, которые даже на устаревшем оборудовании способны реализовать сложные заказы. Думаю, при наличии достаточного количества проектов, возможности обновлять техническую базу, будет расти и способность производителей металлоконструкций выполнять все более сложные заказы».