Дерев'яні балки перекриття: види, розрахунок та особливості вибору
Балка – це, у будівництві, як опора настилів для підлог і міжповерхових перекриттів, а й елемент, виконує функції скріплення всієї конструкції будівлі, надання їй необхідної жорсткості. У переліку матеріалів і виробів, що застосовуються в будівництві, можна знайти багато можливих варіантів для виготовлення балок перекриттів. Але до основних і найчастіше застосовуваних видів несучих балок відносять металеві, залізобетонні та дерев'яні.
Дерев'яні балки перекриття
Балки перекриття з дерева повинні відповідати таким вимогам як міцність, жорсткість, пожежна безпека. Розрахунок балки здійснюється залежно від вибраного матеріалу.
Балка - це ключовий фрагмент перекриття, призначення якого - розділяти поверхи в будинку, а також нести і розподіляти навантаження від складових, що розташовані вгорі - стін, даху, комунікацій, меблів, деталей інтер'єру.
Переваги балок із деревини:
- низька трудомісткість при монтажі порівняно з металевими чи залізобетонними аналогами;
- доступність цін на матеріали із деревини;
- швидкий монтаж без застосування дорогих механізмів та інструментів;
- естетичний зовнішній вигляд;
- мала вага;
- ремонтопридатність.
Недоліки балок із деревини:
- без спеціального захисного просочення горючи;
- низька міцність порівняно із залізобетонними або металевими балками;
- схильні до впливу вологи, грибка та живих організмів;
- можуть деформуватись від перепадів температур.
Види дерев'яних балок перекриттів
Дерев'яні балки перекриття класифікують за типом перерізу, матеріалом та розмірами.
Довжина балок перекриття залежить від відстані між стінами. До цієї величини потрібно додати запас для спирання на стіну зазвичай додають 200-250 мм з кожного боку.
За перерізом дерев'яні балки ділять такі типи:
- квадратні;
- прямокутні;
- двотаврові;
- круглі або овальні.
Квадратний переріз балки вважається невигідним, оскільки він найменше підігнано під епюру зусиль в елементі.
Для довідки! Епюри зусиль - графічне відображення зміни внутрішніх зусиль по всій довжині бруса. Застосовуються під час розрахунків допустимих навантажень.
Найбільш оптимальним варіантом при виборі дерев'яних перекриттів є балки з прямокутним перетином, при цьому їх коротку сторону мають горизонтально, а довгу – вертикально, оскільки на міцність краще впливає збільшення висоти, ніж ширини.
Двотавровий перетин балки перекриття являє собою розширені елементи в нижній і верхній частинах, а в середині зменшене до максимально можливих розмірів. Цей варіант перерізу суттєво скорочує витрату деревини та дозволяє раціонально її використовувати.
Двотаврові дерев'яні балки купити буде не так просто, оскільки вони відрізняються складною технологією виготовлення. З цієї причини їх у будівництві можна зустріти рідко.
Дерев'яні балки круглого або овального перерізу використовуються, як правило, для влаштування горищних перекриттів. Залежно від діаметра круглі балки мають високу стійкість на вигин. Крім того, обов'язково треба враховувати, що балки перекриття дерев'яні розміри мають досить обмежені. Їх максимальна довжина складає 7,5 п.м.
За матеріалом дерев'яні балки перекриття класифікують на такі види:
- із цільного бруса або дошки;
- із клеєного бруса.
Використання дощок та цільного бруса в балочній конструкції
Звичайна дошка або цільний брус можуть бути довжиною не більше ніж на 4-6 м, а це майже вдвічі менше від відстані, з якою справляється клеєний брус.
Будівельники часто виготовляють балки зі скріплених між собою дощок одразу на об'єкті. За якістю та міцністю вони можуть набагато перевершувати цільну балочну конструкцію. Крім того, можна варіювати товщину балок кількістю дощок, що стягуються між собою.
З'єднання виконуються за допомогою болтів з гайками та гумовими або пластиковими шайбами. Вони запобігають потраплянню на металеве кріплення вологи і подальшої корозії і не дадуть гайці врізатися в деревину при затягуванні.
Клеєний брус
Якщо потрібно підвищити довжину або міцність цілісних балок, їх скріплюють між собою і зазвичай це робиться вручну при монтажі перекриттів. Клеєний брус спочатку складається з кількох ще на підприємстві склеєних між собою брусків. Товщина клеєного бруса задається кількістю шарів матеріалу, що склеюється під пресом. Таким способом деревині надаються додаткові якості міцності, балка з клеєного бруса може бути довжиною до 12 метрів.
Всі якості деревини після склеювання брус зберігає, тобто чудово цвяхується, пиляється, ріжеться. Ось тільки стоять клеєні дерев'яні балки перекриття набагато дорожчі, тому перед тим, як зупинити на них свій вибір, треба замислитися - чи ціль виправдовує кошти. Часто такий різновид балок використовується для створення аркового перекриття.
Деревина для виготовлення балок перекриття
Для балок перекриттів невеликих будинків і будівель використовується в переважній більшості випадків деревина хвойних дерев.
Але категорично відкидати використання місцевих порід деревини не варто. Здавна у степових районах, де хвойних дерев немає, застосовуються дуб, акація, клен. Головною вимогою до них є вологість із оптимальними показниками 12–14 %.
У горищних перекриттях, де завжди за визначенням має бути сухо і забезпечена циркуляція повітря, балки з деревини місцевих порід з роками стають лише міцнішими, за робочими характеристиками не поступаючись металевим балкам.
Про якість та міцність дерев'яних балок перекриття
Проектувальники в розрахунках балок перекриття закладають будматеріали із заданими характеристиками та нормами експлуатації, спираючись на закони прикладної механіки та сопромату. Знаючи це, постає питання: як обходилися без цих знань будівельники індивідуальних будинків років сто тому? При цьому збудовані ними будинки живуть і досі.
Пояснення просте: вони залишали набагато більший запас міцності матеріалам. Трохи згодом, радянські ГОСТи свідомо розраховувалися і затверджувалися з великими, іноді до 100% запасами міцності. Це неекономно, іноді громіздко і химерно, але надійність була у пріоритеті, і завжди залишиться найважливішим показником у будівництві. Сьогодні подібна практика замінюється точним розрахунком дерев'яної балки – це дозволяє не переплачувати за зайву, незатребувану міцність.
Порівняння зі старими способами виглядало б недоречно в описі балок перекриттів, якби не одна обставина.
Купуючи на ринку брус або балку певного розміру, з попередньо розрахованими характеристиками, приватний забудовник без досвіду часто набуває не того матеріалу, який гарантує надійність.
Безліч на перший погляд незначних нюансів можуть звести нанівець всі розрахунки:
- велика вологість;
- безвідповідальне зберігання;
- приховані дефекти;
- пересортиця;
- погані лінійні геометричні параметри;
- наперед обумовлені хвороби деревини.
Висновок і вихід тут один: ринок завжди спробує обдурити будівельника-початківця, тому найкращий спосіб заощадити - це довірити роботу професіоналу.
Основні вихідні положення для розрахунку розмірів
Перед початком монтажу дерев'яних балок слід обрізати до необхідних розмірів або провести зрощення.
Торці балок заглиблюються у стіни як мінімум на 15 см, із закладенням або без неї.
Товщина несучих стін будівлі зазвичай не менше однієї цегли, або 25 см, при використанні стінових блоків – 20 см. Це означає, що торці балок, що спираються на стіни, будуть захищені від зовнішнього атмосферного впливу.
Для клеєної балки можна зменшити запуск у стіни до 10 см. В крайньому випадку, балки можуть заходити на глибину 7 см, але матеріал бруса, що використовується, повинен бути найкращої якості.
Корисне відео
Прогони, прольоти, крок, анкерування: 10 основних понять та умов монтажу
- Балки перекриттів є несучим елементом, це основа міцності всієї споруди.
- Схема балок із прольотом (довжиною балки) 6 м і менш передбачає навантаження від ваги заповнення між балками та підлогою.
- Балки укладаються у напрямку, паралельному меншій стороні прольоту. Відстань між балками, що називається кроком, залежить від матеріалу та перерізу.
- Крок балок залежно від їхнього виду: дощаті – від 60 до 80 см; із бруса – від 60 до 100 см; з колоди та клеєного бруса – від 60 до 120 см.
- Прольоти понад 6 м перекриваються балками (прогонами) із великим перетином.
- Перетин дерев'яних балок визначається розрахунком, практично його висота перебуває у діапазоні 4–5% від довжини прольоту.
- Для скріплення стін та перекриттів кінці балок або анкерують у стіни, або застосовують сталеві зв'язки.
- Можливий крок анкерів через одну балку, але не рідше.
- У приміщеннях з високою вологістю стелі повинні залишатися відкритими.
- Для влаштування підлог по балках укладаються дощаті або з бруса лаги, до них прибиваються дошки підлоги.
Як розрахувати
Щоб зробити розрахунок балок перекриття з дерева, калькулятор онлайн потрібний не завжди. Достатньо знати кілька формул та такі дані:
- довжину дерев'яної балки перекриття (відстань між несучими стінами);
- відстань між балками (їхній крок);
- навантаження на конструкцію.
Розрахунок балок перекриття дозволить не сумніватися в жорсткості та міцності конструкції, визначить максимальну довжину, допустиму при тому чи іншому перерізі.
Корисне відео
Щоб дізнатися навантаження на конструкцію, необхідно скласти змінне значення і постійне. Останнє включає попередню масу самих балок, утеплення, підшивку стелі, чорнову і чистову підлогу. До тимчасової відноситься маса меблів та людей – приблизно 150кг/м2 – згідно з нормативними документами житлових приміщень.
Для горища значення тимчасового навантаження може бути меншим, але краще не ризикувати, і при розрахунках використовувати таке саме. Так ви забезпечите певний запас міцності і в майбутньому за бажання зможете обладнати мансарду в горищному приміщенні без реконструкції несучих елементів.
Розрахунок дерев'яної балки роблять за такими формулами:
- Mmax = (q*l2)/8;
- Wпотреб = Мmax/130.
q - це навантаження на кв. м перекриття, що включає масу конструкцій та 150 кг корисного значення. Зазначені величини потрібно помножити на відстань між балками, оскільки для обчислень потрібне навантаження на погонний метр, а величина спочатку розрахована на квадратний.
l2 - відстань між несучими стінами, на які спирається прогін, взятий у квадраті.
Знаючи Wтреб, можна підібрати перетин перекриття. W = b * h2/6. Знаючи W, складається рівняння з однією невідомою. Тут достатньо лише задати одну геометричну характеристику b (ширину перерізу) чи h (його висоту).
Це важливо! Незважаючи на простоту розрахунків, краще не довіряти їх людям без профільної освіти, так як ціна помилки може бути дуже високою.
Балки металеві: традиційна надійність
Коли у забудовника виникає можливість і запит на більш амбітне та габаритне будівництво, він застосовує металеві балки перекриття різного перерізу: куточок із різними розмірами полиць, швелер, тавр, двотавр. Якщо унеможливити корозію металу, то за міцністю таким балкам немає заміни. Але застосування металу в індивідуальному житловому будівництві обмежене ще рядом показників:
- з металом важко працювати на висоті;
- необхідні спеціальні механізми для монтажу;
- зварювання, різання металу та захист його від корозії – це додаткові витрати;
- висока вартість матеріалу;
- Металеві балки підлягають утепленню з боку горища.
Є у металевих балок і позитивні моменти:
- вони не горять;
- довговічніший;
- металеві прольоти можна влаштовувати довше та відстань між балками перекриття робити більше;
- види металевих балок відрізняються великою різноманітністю і дозволяють створювати практично будь-які за складністю конструкції.
Розрахунок металевої балки у будь-якому випадку краще довірити професіоналам.
Висновок
Вибір виду перекриття, матеріалу для балок, ретельна підготовка проекту, розрахунок навантажень, у тому числі і із застосуванням онлайн калькулятора – це все приємні турботи, які можна сміливо перекласти на плечі професіоналів. І тоді про ці турботи буде приємно згадати через роки, насолоджуючись затишком та комфортом у доброму добротному будинку.
