Расчет прочности деревянной балки калькулятор. Программа расчета деревянных балок однопролетных. Что нужно для расчета нагрузки на брус? Расчет межэтажного перекрытия по деревянным балкам калькулятор

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

Что оказывает влияние на сечение стропил?

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

При расчете учитываются следующие параметры:

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

Дополнительно учитываются:

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

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

Требования к брусу

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

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

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

Снеговая нагрузка и ветровая

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

Для расчетов всех планируемых точных снеговых нагрузок пользуются такой формулой:

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

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

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

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

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

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

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

Правила расчета сечения бруса

Сечение стропильной системы любого планируемого дома зависит от ряда параметров:

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

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

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

Пример расчета сечения деревянного бруса

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

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

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

Будущая нагрузка системы на каждый погонный метр стропил:

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

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

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

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

W = 21500/104 = 207см³.

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

H = √(6х207/5) = 16 см.

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

J = 5*17,53/12 = 2233 см³.

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

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

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

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

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

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

Типы перекрытий, используемых в частном строительстве

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

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

Расчёт сечения деревянных балок

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

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

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

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

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

Расчёт сечения бруса

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

Для ввода данных мы должны знать:

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

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

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

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

Возможные варианты

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

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

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

Монтаж межэтажных и потолочных перекрытий на деревянных лагах

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

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

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

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

Сборный брус

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

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

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

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

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

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

Клееный брус

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

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

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

Стены и перекрытия – основные элементы любого строительства.

Назначение перекрытия – разделять этажи в доме, а также нести и распределять нагрузку от расположенных вверху составляющих – стен, крыши, коммуникаций, мебели, деталей интерьера.

Можно выделить несколько видов перекрытия: металлическое, железобетонное и деревянное.

Более подробно остановимся на деревянных перекрытиях, поскольку именно они получили наибольшее распространение в частном строительстве.

Деревянное балочное перекрытие обладает преимуществами и недостатками

Плюсы:

• красивый внешний вид;
• малый вес дерева;
• ремонтопригодность;
• высокая скорость монтажа.

Минусы:

• без специальной защитной пропитки горючи;
• низкая прочность по сравнению с железобетонными или металлическими балками;
• подвержены воздействию влаги, грибка и живых организмов;
• могут деформироваться от перепадов температур.

Материал для деревянных балок перекрытия должен обладать определенными свойствами и соответствовать требованиям:

• прочность. Материал перекрытия должен выдерживать возможные нагрузки. Следует учитывать воздействие как постоянных нагрузок, так и переменных;

• жесткость. Означает способность материала сопротивляться изгибу;

• звуко- и теплоизоляция;

• пожарная безопасность.

Типы и виды деревянных перекрытий - классификация

1. По назначению

Основное требование к такому перекрытию – высокая прочность. Поскольку в данном случае, балки будут служить основой для перекрытия пола и соответственно, должны выдерживать значительную нагрузку.

Совет. Если под первым этажом будет располагаться гараж или большой подвал лучше делать деревянное перекрытие по металлическим балкам. Поскольку деревянные подвержены гниению и не всегда могут выдержать значительную нагрузку. Или же уменьшить расстояние между балками.

Принцип конструктивного устройства может быть независимым или являться продолжением крыши, т.е. частью стропильной системы. Первый вариант более рационален, т.к. является ремонтопригодным, плюс, обеспечивает лучшую звукоизоляцию.

Конструктивная особенность заключается в эффекте два в одном – балки перекрытия между этажами с одной стороны являются лагами для пола, а с другой, опорами для потолка. Пространство между ними заполняется тепло- и звукоизоляционными материалами, с обязательным использованием пароизоляции. Пирог снизу обшивается гипсокартоном, а сверху застилается половой доской.

2. По виду

Деревянные балки перекрытия также различаются между собой, и каждый вид имеет свои преимущества.

Цельные (цельномассивные) деревянные балки перекрытия

Для их изготовления применяется массив дерева твердых пород хвойных или лиственных деревьев.

Межэтажные перекрытия по деревянным балкам, могут быть выполнены цельными только при незначительной длине пролета (до 5 метров).

Клееные деревянные балки перекрытия

Снимают ограничение по длине, поскольку данная технология изготовления позволяет реализовать балки перекрытия большой длины.

За счет повышенной прочности деревянные клееные балки применяются в тех случаях, когда требуется выдержать повышенную нагрузку на перекрытие.

Преимущества клееных балок:

• высокая прочность;
• возможность перекрывать большие пролеты;
• легкость монтажа;
• незначительный вес;
• длительный срок службы;
• отсутствие деформации;
• пожарная безопасность.

Максимальная длина деревянной балки перекрытия такого вида достигает 20 метров погонных.

Поскольку клееные деревянные балки имеют гладкую поверхность, их часто не зашивают снизу, а оставляют открытыми, создавая в комнате стильный дизайн интерьера.

Сечение деревянных балок перекрытия

Как показывает практика, сечение балок деревянного перекрытия оказывает существенное влияние на способность балки выдерживать несущую нагрузку. Поэтому, необходимо предварительно выполнить расчет сечения деревянных балок перекрытия.

В деревянных домах в качестве межэтажных балок в декоративных целях может использоваться бревно.

Как правило используются для устройства чердачных перекрытий. Круглая балка отличаются высокой устойчивостью на изгиб (зависит от диаметра).

Максимальная длина деревянной балки перекрытия из оцилиндрованного бревна составляет 7, 5 м.п.

Могут быть изготовлены из массива дерева, или в сочетании ОСБ и фанеры. Активно используются в каркасном строительстве.

Преимущества деревянных двутавровых балок:

• точные размеры;
• возможность использования на длинных пролетах;
• исключена возможность деформирования;
• малый вес;
• уменьшение мостиков холода;
• возможность закрепить коммуникации;
• возможность монтажа своими руками без привлечения специальной техники;
• широкая сфера применения.

Недостатки:

• высокая стоимость;
• неудобны для утепления плитами.

Правильный подбор сечения деревянной балки должен быть включен в расчетный план, в противном случае, конструкция перекрытия окажется недостаточно или избыточно жесткой (лишняя статья расходов).

Материал подготовлен для сайта www.сайт

Расчет деревянного перекрытия

Расстояние между деревянными балками перекрытия определяется:

Во-первых, предполагаемыми нагрузками.

Нагрузка, в свою очередь может быть постоянной – вес перекрытия, вес перегородок между комнатами или вес стропильной системы.

А также переменной – она принимается равной 150 кг/м.кв. (Согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»). К переменным нагрузкам относят вес мебели, оборудования, находящихся в доме людей.

Совет. Поскольку учесть все возможные нагрузки затруднительно, следует проектировать перекрытие с запасом прочности. Профессионалы рекомендуют добавлять 30-40 %.

Во-вторых, жесткостью или нормативной величиной прогиба.

Для каждого вида материала ГОСТом устанавливаются свои пределы жесткости. Но формула для расчета одинакова – отношение абсолютной величины прогиба к длине балки. Значение жесткости для чердачных перекрытий не должно превышать 1/200, для междуэтажных 1/250.

На величину прогиба оказывает влияние и порода древесины, из которой изготовлена балка.

Расчет перекрытия по деревянным балкам

Предположим, что расстояние между деревянными балками составляет 1 м.п. Общая длина балки 4 м.п. А предполагаемая нагрузка составит 400 кг/м.кв.

Значит, наибольшая величина прогиба будет наблюдаться при нагрузке

Мmax = (q х l в кв.) / 8 = 400х4 в кв./8 = 800 кг м.кв.

Рассчитаем момент сопротивления древесины на прогиб по формуле:

Wтреб = Мmax / R. Для сосны этот показатель составит 800 / 142,71 = 0,56057 куб. м

R - сопротивление древесины, приведенное в СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011) «Деревянные конструкции» введенные в эксплуатацию в 2011 г.

В таблице приведено сопротивление лиственницы.

Если используется не сосна, тогда значение следует скорректировать на переходящий коэффициент (приведен в СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011)).

Если учесть предполагаемый срок службы строения, то полученное значение нужно скорректировать и на него.

Пример расчета балки показал, что сопротивление балки на прогиб может уменьшиться вдвое. Следовательно, нужно изменить ее сечение.

Расчёт деревянных балок перекрытия можно выполнить с применением выше приведенной формулы. Но можно использовать специально разработанный калькулятор расчета деревянных балок перекрытия. Он позволит учесть все моменты, не утруждая себя поиском данных и расчетом.

В-третьих, параметрами балки.

Длина деревянных балок перекрытия цельных может составлять не более 5 метров для междуэтажных перекрытий. Для чердачных перекрытий длина пролета может составлять 6 м.п.

Таблица деревянных балок перекрытия содержит данные для расчета подходящей высоты балок.

Толщина деревянных балок перекрытия рассчитывается исходя из предпосылки, что толщина балки должно быть не меньше 1/25 ее длины.

Например, балка длиной 5 м.п. должна иметь ширину 20 см. Если выдержать такой размер сложно, можно достичь нужной ширины путем набора более узких балок.

Следует знать:
Если балки сложить рядом они выдержат нагрузку в два раза больше, а если сложить друг на друга - выдержат нагрузку в четыре раза больше.

Используя график, представленный на рисунке можно определить возможные параметры балки и нагрузку, которую она в силах вынести. Учтите, что данные графика пригодны для расчета однопролетной балки. Т.е. для того случая, когда балка лежит на двух опорах. Измеряя один из параметров можно получить желаемый результат. Обычно в качестве изменяемого параметра выступает шаг балок деревянного перекрытия.

Итогом наших расчетов станет составление чертежа, который будет служить наглядным пособием при работе.

Чтобы качественно и надежно осуществить своими руками перекрытие по деревянным балкам, чертеж должен содержать все расчетные данные.

Деревянные балки перекрытия – ГОСТы и СНиПы

Государственные стандарты регулируют все аспекты использования деревянных балок перекрытия вне зависимости от их вида или места использования.

Ниже представлена подборка наиболее важных документов по данной тематике.

Заключение

В данной статье вы ознакомились с факторами, оказывающими влияние на выбор материала для устройства деревянных балок перекрытия. А также научились определять сечение и выполнять расчёт деревянных балок перекрытия.

При строительстве частных жилых домов, хозяйственных и других построек важно правильно рассчитывать параметры каждого элемента конструкции. Одним из ключевых элементов любой конструкции из дерева является перекрытие.

О материалах перекрытий

Правильно подобранный материал, выбор длины, сечения и схема установки определяет его долговечность и нагрузки, которые она способна выдержать. Выбор и расчет деревянных балок для перекрытия между этажами — это одни из самых важных решений в частном строительстве. Поскольку дерево экологически чистый материал и достаточно прочный.

Единственный предполагаемый минус древесины при сравнении с бетоном — это ее горючесть, показатель которой при необходимости можно снизить, если обработать дерево особыми составами.

Принято считать, что бетон огнеупорный, хотя это не совсем так: он трескается при температуре свыше 250 и осыпается при температуре 550 градусов, то есть полностью разрушается при пожаре. Поэтому хороший альтернативной бетону является именно дерево.

Но, чтобы рассчитать, сколько нужно древесины для постройки, чтобы не было ее переизбытка, чтобы при этом была обеспечена максимальная несущая способность этой деревянной балки, часто используют калькулятор автоматического расчета параметров перекрытия. Калькулятор на расчет балок перекрытия из дерева поможет быстро и достаточно точно определить показатели запаса прочности при использовании разных материалов и, соответственно, выбрать один из них. Лучшие материалы, параметры сечения, особенности конструкции, качественные балки перекрытия позволяют оптимально распределить нагрузку, не превышая при этом допустимой, а также кирпичные или сделанные из другого материала стены.

От чего зависит прочность перекрытия?

Основные параметры, которые влияют на качество перекрытия, зависят от свойств материала, технических параметров и условий эксплуатации.

Свойства древесных материалов:

• Вид дерева. Популярными породами для употребления в жилом строительстве считают сосну, ель, лиственницу. Иногда используют дуб, березу, осину, а также комбинированные материалы.
• Сорт. Определяют три сорта древесины, которые нумеруют 1 (самый лучший), 2 и 3. Сорт определяется предельным количеством сучков на древесине, изгиб балок, в том числе здоровых и прогнивших, количеством, глубиной и длиной трещин, другими пороками дерева. Детальные требования к древесине определяются стандартами, нормами, правилами (СНиП II-25-80, СП 64.13330.2011 и другими).

Каждый материал имеет свои характеристики прочности и прогиба, которые зависят от технических показателей, описанных ниже. Некоторые породы более легкие, другие — более стойкие к влаге.

Например, хвойные породы имеют лучшее сопротивление влаге. Первый сорт древесины отличается лучшим качеством, отсутствием изъянов, но он соответственно дороже.

Технические показатели:

• Тип балки. Определяют такие типы, как прямоугольный брус, круглые бревна, балки,. склеенные из досок или из шпона LVL.
• Длина пролета. Обычно балочный пролет для частных жилых домов составляет не более 6 метров. Важно помнить, что этот показатель отличается от длины самой балки, которая должна также захватывать опорные участки на стенах или других опорах.
• Высота и ширина балки. Для бруса, другой прямоугольной балки эти показатели могут быть одинаковыми или отличаться. Чем больше их высота, тем больше жесткость и меньше они прогибаются. В случае с бревнами в расчет берется диаметр или средний диаметр бревна. При выборе этих параметров учитывают также особенности и простоту изготовления, транспортировки, монтажа балок.
• Шаг балок. Это расстояние между двумя соседними балками в перекрытии. Чем ближе балки, тем выше их расход балок, прочность перекрытия, но уменьшается прогиб и максимальная нагрузка.
и сосредоточенная нагрузка, которые определяются стандартами и зависят от типа помещений, количества жильцов или работников, типа, количества мебели или оборудования в них и прочих особенностей их использования.
• Тип перекрытия. Имеются в виду междуэтажные перекрытия с повышенными требованиями относительного прогиба, который составляет 1/250; чердачные перекрытия, требования к которым ниже — 1/200; покрытия и настилы, относительный прогиб которых составляет 1/150.

Последние 3 пункта также определяются как условия эксплуатации деревянного перекрытия, которые зависят непосредственно от особенностей строительства.

Результат и пример расчета

Как работает калькулятор для расчета деревянных балок и как происходит расчет нагрузки — это главные вопросы, на которые следует здесь ответить.

2 главных показателя, определяющих качество перекрытия — это распределенная нагрузка на само перекрытие, а также сосредоточенная нагрузка на ригели, если они используются. Качество ригеля зависит также от способа его закрепления.

Онлайн-калькулятор автоматически показывает, насколько большим будет запас распределенной нагрузки и прогиба у перекрытие. Или же наоборот, укажет на перегрузку.

Пример расчета

Для примера использованы следующие входные параметры: сосновый брус, однопролетный для междуэтажного перекрытия, длина 6 метров, имеет квадратное сечение 120 на 120 миллиметров. Они будут расположены с шагом 40 сантиметров при нагрузке на балку, которая составляет 60 килограмм на квадратный метр.

Момент инерции сечения составит 1728 см⁴, а весят такие балки по 43 килограмма каждая.
В результате, расчетный прогиб такого перекрытия составит 23 миллиметра (или 1/261 относительного прогиба). Оно будет иметь запас по прогибу в 1,04 раза и при нагрузке 845 килограммов разрушиться.

Для соответствующего ригеля при сосредоточенной нагрузке в 90 кг расчетный прогиб составит 23 миллиметра, а запас по прогибу — 1,04 раза. Конструкция не выдержит нагрузки свыше 422 килограмм.
Следственно, эксперты-строители будут рекомендовать не использовать перекрытие между этажами с такими показателями, поскольку запас прогиба слишком мал.

Оптимальным считается показатель прогиба от 1,5 до 3 соответственно. Чем выше этот показатель, тем выше расход древесины, но чем ниже показатель запаса по прогибу, тем менее устойчивой получится постройка в целом и ее элементы в частности.

Польза калькулятора

С помощью калькулятора строитель может самостоятельно подобрать необходимые параметры, подбирая каждый из доступных или желательных вариантов и рассчитывая более выгодные материалы и тип балок.

Программа расчета деревянных балок перекрытия - небольшой и удобный инструмент, который упростит основные расчеты по определению сечения бруса и шага его установки при устройстве межэтажных перекрытий.

Инструкция по работе с программой

Рассмотренная программа небольшая и дополнительной установки не требует.

Чтобы было понятнее, рассмотрим каждый пункт программы:

• Материал - выбираем требуемый материал бруса или бревна.
• Тип балки - брус или бревно.
• Размеры - длина, высота, ширина.
• Шаг балок - расстояние между балками. Изменяя данный параметр (как и размеры) можно добиться оптимального соотношения.
. Как правило, расчет нагрузки на перекрытия производится на этапе проектирования специалистами, но выполнить его можно и самостоятельно. Прежде всего, учитывается вес материалов, из которых изготовлено перекрытие. Например, чердачное перекрытие, утепленное легким материалом (например, минеральной ватой), с легкой подшивкой выдерживает нагрузку от собственного веса в пределах 50кг/м². Эксплуатационная нагрузка определяется в соответствии с нормативными документами. Для чердачного перекрытия из деревянных основных материалов и с легкими утеплителем и подшивкой эксплуатационная нагрузка в соответствии со СНиП 2.01.07-85 вычисляется таким путем: 70*1,3=90 кг/м². 70 кг/м². В этом расчете барется нагрузка в соответствии с нормативами, а 1,3 – коэффициент запаса. : 50+90=140 кг/м². Для надежности цифру рекомендуется округлить немного в большую сторону. В данном случае можно принимать общую нагрузку за 150 кг/м². Если чердачное помещение планируется интенсивно эксплуатировать, то требуется увеличить в расчете нормативное значение нагрузки до 150. В этом случае расчет будет выглядеть следующим образом: 50+150*1,3=245 кг/м². После округления в большую сторону – 250 кг/м². Также следует проводить расчет таким образом, в случае если используются более тяжелые материалы: утеплители, подшивка для заполнения межбалочного пространства. Если на чердаке будет обустраиваться мансарда, то необходимо принимать во внимание вес пола и мебели. В этом случае общая нагрузка может составить до 400 кг/м².
• При относительном прогибе. Разрушение деревянной балки обычно происходит от поперечного изгиба, при котором в сечении балки возникают сжимающие и растягивающие напряжения. Вначале древесина работает упруго, затем возникают пластические деформации, при этом в сжатой зоне происходит смятие крайних волокон (складки), нейтральная ось опускается ниже центра тяжести. При дальнейшем росте изгибающего момента пластические деформации растут и происходит разрушение в результате разрыва крайних растянутых волокон. Максимальный относительный прогиб балок и прогонов покрытий не должен превышать 1/200.
- это нагрузка, взятая с плиты (полная) плюс собственный вес ригеля.

При конструировании кровельной системы небольшого по размерам здания (частный дом , гараж, сарай и т.п.) применяются такие несущие элементы, как однопролетные деревянные балки. Они предназначены для перекрытия пролетов и выступают основанием для укладки настила на крышу. На этапе планирования и создания проекта будущей постройки в обязательном порядке осуществляется расчет несущей способности деревянных балок.

Деревянный балки предназначены для перекрытия пролетов и выступают основанием для укладки настила на крышу.

Основные правила выбора и монтажа однопролетных балок

К процессу расчета, выбора и укладки несущих элементов следует подходить со всей ответственностью, так как от этого будет зависеть надежность и долговечность всего перекрытия. За многие столетия существования строительной индустрии выработались некоторые правила конструирования кровельной системы, среди которых стоит отметить следующие:

1. Длина однопролетных брусьев, их габариты и количество определяются после осуществления измерений пролета, который требуется перекрыть. При этом важно учитывать способ их крепления к стенам здания.
2. В стены, возведенные из блоков или кирпича, несущие элементы должны углубляться не менее чем на 15 см, если они изготовлены из бруса, и не менее чем на 10 см, если используются доски. В стены из сруба балки должны углубляться минимум на 7 см.
3. Оптимальная ширина пролета, пригодного для перекрытия с помощью балок из дерева, находится в пределах 250-400 см. При этом максимальная длина брусьев составляет 6 м. Если требуется применить более длинные несущие элементы, то в этом случае рекомендуется устанавливать промежуточные опоры.

Расчет нагрузок, действующих на перекрытие

Кровля передает несущим элементам нагрузку, которая состоит из собственного веса, включая вес используемого теплоизоляционного материала, эксплуатационного веса (предметов, мебели, людей, которые могут по ней ходить в процессе выполнения тех или иных работ), а также сезонных нагрузок (например, снега). Точный расчет выполнить в домашних условиях у вас вряд ли получится. Для этого нужно обратиться за помощью в проектную организацию. Более простые расчеты можно произвести самостоятельно по такой схеме:

Рисунок 1. Таблица минимально допустимого расстояния между балками.

1. Для чердачных перекрытий, при утеплении которых использовались легкие материалы (например, минвата), на которые не влияют большие эксплуатационные нагрузки, можно говорить, что в среднем на 1 м 2 кровли приходится вес в 50 кг. Согласно ГОСТ для подобного случая нагрузка будет равна: 70*1,3 = 90 кг/м 2 , где 1,3 – запас прочности, а 70 (кг/м 2) – нормированное значение для приведенного примера. Суммарная нагрузка будет равна: 50+90 = 140 кг/м 2 .
2. Если в качестве утеплителя применяется более тяжелый материал, то нормированное значение по ГОСТу будет равно 150 кг/м 2 . Тогда общая нагрузка: 150*1,3+50 = 245 кг/м 2 .
3. Для мансарды данное значение будет равно 350 кг/м 2 , а для межэтажного перекрытия – 400 кг/м 2 .

Узнав нагрузку, можно приступать к расчету габаритов однопролетных деревянных балок.

Расчет сечения деревянных балок и шага укладки

Несущая способность балок зависит от их сечения и шага укладки . Данные величины являются взаимосвязанными, поэтому их расчет осуществляется одновременно. Оптимальной формой для балок перекрытия является прямоугольная с соотношением сторон 1,4:1, то есть высота должна быть больше ширины в 1,4 раза.

Расстояние между соседними элементами должно быть не менее 0,3 м и не более 1,2 м. В случае монтажа рулонного утеплителя стараются сделать шаг, который будет равен его ширине.

Если конструируется каркасный дом, то ширина принимается равной шагу между стойками каркаса.

Для определения минимально допустимых размеров балок при шаге их укладки в 0,5 и 1,0 м можно воспользоваться специальной таблицей (рис. 1).

Все вычисления должны производиться в строгом соответствии с существующими нормами и правилами. При возникновении некоторых сомнений в точности расчетов полученные значения рекомендуется округлять в большую сторону.

Для подбора поперечного сечения балки необходимо сначала определить в ней максимальный изгибающий момент (М ) и по нему для конкретных размеров сечения балки (ширины и высоты) определяется максимальное напряжение ( ). Сечение подбирается так, чтобы это напряжение ( ) не превышало расчетного сопротивления материала балки (в данном случае древесины) R u . Для обеспечения экономичности выбора сечения необходимо, чтобы разница между  иR u былакак можно меньшей. Такой расчет относится «расчетам по несущей способности» (иначе «расчетам по I группе предельных состояний»).

После подбора сечения по несущей способности производится «расчет по деформациям» (иначе «расчет по II группе предельных состояний»), т.е. определяется прогиб балки и оценивается его допустимость. Если при сечении балки, выбранном по несущей способности, прогиб оказывается больше допустимого, сечение дополнительно увеличивают, если меньше – оставляют без изменения.

2.5. Расчет по несущей способности

Максимальный изгибающий момент М в балке определяется по правилам механики (сопротивления материалов) по формуле

где q )

l – пролет балки (м ).

Напряжение в балке  определяется по формуле

, (2)

где М – изгибающий момент (кНм ), определяемый по формуле (1),

W – момент сопротивления сечения (м 3 ).

, (3)

где b , h – соответственно ширина и высота сечения балки.

Пример . Пролет балки l = 3.6 I = 2.56 кН/м. Проверить сечение балки 0.10.2м (большая сторона – высота).

= 4.15 кНм

= 0.00056 м 3

= 6 200 кН/м 2 (кПа) =6.2 МПа R u =13 МПа

Таким образом сечение 0.10.14м удовлетворяет требованиям прочности (несущей способности), однако полученное максимальное напряжение  примерно вдвоениже расчетного сопротивления древесины R u , т.е. «запас прочности» неоправданно велик. Уменьшим сечение до 0.10.14 м и проверим возможность его приеменения.

= 0.000327м 3

= 12 691кПа = 12.7 МПа МПа

«Запас» при сечении 0.1 0.14 м менее 5%, что вполне удовлетворяет требованиям экономичности. Таким образом принимаем (на данном этапе) сечение 0.1 0.14 м.

2.6. Расчет по деформациям

Прогиб балки f определяется по формуле (сопротивление материалов)

, (4)

где) применительно к расчетам по деформациям (см. таблицу 4);

l – пролет балки (м );

Е – модуль упругости материала балки, т.е. древесины (кПа);

I – момент инерции сечения балки (м 4)

, (5)

где обозначения те же, что и в формуле (2).

II =1.8 кН/м , Е =10 000МПа = 10 7 кПа (см. раздел 3.1), пролет балки l = 3.6м. Проверить сечение балки 0.10.14м.

= 0.0000228 м 4 = 2.28 10 -5 м 4

= 0.0173м = 1.73 см

Относительный прогиб балки, т.е. отношение прогиба f к пролету l , составляет в данном случае

=

Полученный относительный прогиб меньше допустимого (1/200). В связи с этим принимаем сечение балки 0.10.14м как окончательное, удовлетворяющее требованиям не только несущей способности, но и деформативности.

Очевидно, что любая другая строительная конструкция также должна удовлетворять требованиям как по несущей способности, так и по деформативности. Проверка соответствия ее параметров обоим требованиям не проводиться лишь в случаях, когда ясно без расчета, что одно из требований заведомо удовлетворяется.