Содержание
Чтобы построить деревянный дом необходимо провести расчёт несущей способности деревянной балки. Также особое значение в строительной терминологии имеет определение прогиба.
Без качественного математического анализа всех параметров просто невозможно построить дом из бруса. Именно поэтому перед тем как начать строительство крайне важно правильно рассчитать прогиб деревянных балок. Данные расчёты послужат залогом вашей уверенности в качестве и надёжности постройки.
Что нужно для того чтобы сделать правильный расчёт
Расчёт несущей способности и прогиба деревянных балок не такая простая задача, как может показаться на первый взгляд. Чтобы определить, сколько досок вам нужно, а также, какой у них должен быть размер необходимо потратить немало времени, или же вы просто можете воспользоваться нашим калькулятором.
Во-первых, нужно замерить пролёт, который вы собираетесь перекрыть деревянными балками. Во-вторых, уделите повышенное внимание методу крепления. Крайне важно, насколько глубоко фиксирующие элементы будут заходить в стену. Только после этого вы сможете сделать расчёт несущей способности вместе с прогибом и ряда других не менее важных параметров.
Длина
Перед тем как рассчитать несущую способность и прогиб, нужно узнать длину каждой деревянной доски. Данный параметр определяется длиной пролёта. Тем не менее это не всё. Вы должны провести расчёт с некоторым запасом.
При подсчёте особое значение имеет материал, из которого сделан дом. Если это кирпич, доски будут монтироваться внутрь гнёзд. Приблизительная глубина около 100—150 мм.
Когда речь идёт о деревянных постройках параметры согласно СНиПам сильно меняются. Теперь достаточно глубины в 70—90 мм. Естественно, что из-за этого также изменится конечная несущая способность.
Если в процессе монтажа применяются хомуты или кронштейны, то длина брёвен или досок соответствует проёму. Проще говоря, высчитайте расстояние от стены до стены и в итоге сможете узнать несущую способность всей конструкции.
К сожалению, далеко не всё зависит от фантазии архитектора, когда дело касается исключительно математики. Для обрезной доски максимальная длина шесть метров. В противном случае несущая способность уменьшается, а прогиб становится больше.
Само собой, что сейчас не редкость дома, у которых пролёт достигает 10—12 метров. В таком случае используется клееный брус. Он может быть двутавровым или же прямоугольным. Также для большей надёжности можно использовать опоры. В их качестве идеально подходят дополнительные стены или колоны.
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.
Как рассчитать несущую способность и прогиб
Стоит признать, что за множество лет практики в строительном ремесле был выработан некий канон, который чаще всего используют для того, чтобы провести расчёт несущей способности:
Расчёт прогиба деревянной балки является частью, представленной выше формулы. Буква М указывает нам на данный показатель. Чтобы узнать параметр применяется следующая формула:
M=(ql 2 )/8
В формуле расчёта прогиба есть всего две переменных, но именно они в наибольшей степени определяют, какой в конечном итоге будет несущая способность деревянной балки:
- Символ q показывает нагрузку, которую способна выдержать доска.
- В свою очередь буква l — это длина одной деревянной балки.
Насколько важно правильно рассчитать прогиб
Этот параметр крайне важен для прочности всей конструкции. Дело в том, что одной стойкости бруса недостаточно для долгой и надёжной службы, ведь со временем его прогиб под нагрузкой может увеличиваться.
Прогиб не просто портит эстетичный вид перекрытия. Если данный параметр превысит показатель в 1/250 от общей длины элемента перекрытия, то вероятность возникновения аварийной ситуации возрастёт в десятки раз.
Так зачем нужен калькулятор
Представленный ниже калькулятор позволит вам моментально просчитать прогиб, несущую способность и многие другие параметры без использования формул и подсчётов. Всего несколько секунд и данные по вашему будущему дому будут готовы.
Рассчитываем конструкции из LVL бруса
Программа — калькулятор Ultralam 2.0.4 предназначена для расчета конструкций многопролетных балок из клееного бруса LVL. Если Вы затрудняетесь рассчитать конструкцию сами можете прислать на расчет ее нам.
| Брус клееный из шпона LVL Ultralam R |
Наиболее эффективен в опорных строительных элементах. Все слои шпона склеены в параллельном направлении
| Характеристика | Единица измерения | Ultralam-R |
|---|---|---|
| Прочность на изгиб: | ||
| на ребре | Н/мм2 | 48,0 |
| параметр влияния размеров | 0,15 | |
| на пласти | Н/мм2 | 50,0 |
| Сопротивление на разрыв: | ||
| параллельно волокнам | Н/мм2 | 36,0 |
| Прочность на сжатие: | ||
| параллельно волокнам | Н/мм2 | 38,0 |
| перпендикулярно волокнам, на ребре | Н/мм2 | 6,0 |
| перпендикулярно волокнам, на пласти | Н/мм2 | 3,0 |
| Прочность на сдвиг: | ||
| на ребре | Н/мм2 | 5,0 |
| Модуль упругости: | ||
| параллельно волокнам (среднее значение) | Н/мм2 | 14000,0 |
| параллельно волокнам (5% квантиль) | Н/мм2 | 12000,0 |
| Модуль сдвига: | ||
| на ребре | Н/мм2 | 350,0 |
| Плотность | кг/м3 | 480,0 |
| Класс огнестойкости | Е | |
| Класс по выбросам формальдегида | Е1 | |
| Класс износостойкости | 4 |
| Брус клееный из шпона LVL Ultralam X |
Применяется в качестве стеновых панелей, деревянных стяжек и др. Около 20% слоев шпона в плите склеено в поперечном направлении.
| Вид древесины | Ель, сосна | или смесь |
|---|---|---|
| Толщина | 24мм | от 24мм до 75мм |
| Испытания прочности Испытания на пласти |
||
| Прочность на изгиб пар-но волокнам1) | 44 | 49 |
| Прочность на изгиб пер-но волокнам | 9 | 12 |
| Прочность на сжатие пер-но волокнам | 4,2 | 4,2 |
| Прочность на сдвиг | 2,7 | 2,7 |
| Испытания на ребре | ||
| Прочность на изгиб1) | 30 | 40 |
| Сопротивление на растяжение пар-но волокнам | 18 | 24 |
| Сопротивление на растяжение пер-но волокнам | 6,2 | 5 |
| Прочность на сжатие пар-но волокнам |
^ Значение относятся к H?300мм. Для H больше 300мм характерное значение прочности необходимо умножить на коэффициент кН = (300/H)0,15. H — высота общего разреза для соответствующего испытания на изгиб в мм Результаты испытаний агентства по "Испытанию материалов, университет г. Штутгарт"
| РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЯМ |
Утверждены ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко – Филиал ФГУП НИЦ «Строительство».
| Расчетное сопротивление, МПа | Тип Ultralam™ | ||||
| Rs | R | X | I | ||
| 25,7 | 23,6 | 19,8 | 22,1 | ||
| 4,3 | 3,5 | 6,8 | 3,8 | ||
| 1,9 | 1,7 | 1,9 | 1,7 | ||
| 26,9 | 22,5 | 17,5 | 16,9 | ||
| 27,3 | 26,8 | 19,6 | 23,7 | ||
| 35,5 | 27,8 | 24,1 | 22,9 | ||
| — | 2,6 | 2,6 | — | ||
| — | 1,1 | 1,1 | — | ||
Расчет несущих и ограждающих конструкций с использованием многослойного клееного из шпона материала Ultralam должен проводиться в соответствии с СТО 36554501-002-2006 и СТО 36554501-020-2009.
При эксплуатации строительных конструкций, подверженных влиянию различных факторов (температурно-влажностные условия, повышенная температура, воздействие постоянной и временной длительной нагрузки), величины расчетных сопротивлений умножаются на коэффициенты, принимаемые в соответствии с СТО 36554501-002-2006 и СТО 36554501-020-2009.
| РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МОДУЛЯМ УПРУГОСТИ |
Величины модулей упругости вдоль волокон многослойного клееного из шпона материала Ultralam™ различных типов, принимаемые для конструкций 1 класса эксплуатации, защищенных от нагрева, увлажнения, находящихся под действием постоянной и временной нагрузок:
| Модуль упругости E, МПа | Тип Ultralam™ | |||
| Rs | R | X | I | |
| 15 600 | 14 000 | 11 000 | 12 700 | |
| ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОНСТРУКЦИЙ |
| Класс эксплуатации | Условия эксплуатации | Рекомендации по применению | |
| Относительная влажность воздуха, % | Температура воздуха, °С | ||
| 1 | 40-60 | 20±5 | |
| 2 | 60-80 | 20±5 | |
| 3 | выше 80 | выше +25 и не ниже -30 | |
Целью FSC является содействие экологически ответственному, социально ориентированному и экономически устойчивому лесопользованию и управлению мировыми лесными ресурсами.
Экологически ответственное лесопользование гарантирует, что заготовка древесины и недревесных продуктов леса не угрожает биоразнообразию, не снижает продуктивность и экологические функции леса.
Социально ориентированное лесопользование обеспечивает как местное население, так и общество, в целом, выгодами от лесопользования в долгосрочной перспективе, а также создает для местного населения стимулы для сохранения лесных ресурсов и ведения лесного хозяйство, основанного на долгосрочном планировании.
Экономически устойчивое лесопользование означает, что лесопользование построено и осуществляется таким образом, что обеспечивает достаточную экономическую выгоду без потерь для лесных ресурсов, качества экосистемы и без ущерба для местного населения.
Подробная информация о сертификации FSC на сайте www.fsc.ru.
ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко
Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций и сооружений им. В. А. Кучеренко — одна из старейших научных организаций строительного комплекса страны. История ее создания восходит к 1927 г., когда постановлением ВСНХ СССР был создан Государственный институт сооружений — ГИС, в 1931 г. преобразованный в Центральный научно-исследовательский институт промышленных сооружений (ЦНИИПС), на базе которого в 1957 г. был создан институт ЦНИИСК. В настоящее время ЦНИИСК является филиалом ФГУП «НИЦ «Строительство».
ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко — осуществляющей головные функции в области теории сооружений и строительной механики; разработки принципиально новых форм металлических, каменных, деревянных конструкций, конструкций с применением пластмасс, а также технологий их изготовления; сейсмостойкости, виброзащиты и огнестойкости строительных конструкций, зданий и сооружений. По всем этим направлениям институт также осуществляет работу по сертификации и лицензированию.
Подробная информация о ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко на сайте www.cniisk.ru.
Основное направление деятельности — обеспечение качества и надежности деревянных, в том числе клееных конструкций, на стадиях проектирования, производства, монтажа и эксплуатации. ЭЛСТ СТРОЙ выполняет техническое сопровождение организации производства деревянных клееных конструкций, контроль качества изготавливаемых конструкций, подготовку к получению сертификатов соответствия, а также обследование, оценку технического состояния и восстановление эксплуатируемых деревянных конструкций стен, перекрытий и покрытий жилых, административных, спортивно-зрелищных, складских и других зданий и сооружений. При комплексном обследовании зданий обследуются конструкции и из других материалов.
Компания ЭЛСТ СТРОЙ создана в сотрудничестве с сектором контроля качества лаборатории деревянных конструкций ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко.
При строительстве любого частного дома всегда приходится изготавливать различные виды перекрытий. Это могут быть межэтажные или чердачные конструкции, но в любом случае к их монтажу нужно подходить ответственно, и выбирать для этого наиболее подходящие материалы.
Можно сказать, что эти конструкции являются таким же неотъемлемым элементом любого дома, как стены, фундамент или кровля.
На фото – перекрытия из брусьев.
Типы 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
На фото – рисунок межэтажного перекрытия в сборе.
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
На фото – таблица для выбора сечения балки.
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 кгм, и шаг между поперечинами.
Для межэтажных конструкций значение нагрузки не должно быть менее 300 кгм, 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
Фото брусьев разного сечения.
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
На фото – межэтажные перекрытия.
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
На фото – сборный брус.
Достаточно часто бывает ситуация, когда в продаже нет пиломатериалов, в частности, бруса нужного размера. В этом случае есть несколько способов, с помощью которых вполне возможно решить данную проблему. Первый способ, это использование при строительстве сборных балок. Её вы вполне сможете сделать своими руками, используя шуруповёрт или дрель. (см. также статью Стыковка бруса по длине – варианты соединений)
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
Фото – брус клееный.
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.
Клееные балки изготавливаются из нескольких досок разной длины, скреплённых между собой с помощью двухкомпонентного конструкционного клея, который используется при изготовлении деревянных несущих строительных конструкций. (см. также статью Какими преимуществами отличается клееный брус из кедра)
Балки для перекрытия в деревянном доме из клееного бруса отличаются хорошей прочностью и сопротивляемостью к нагрузкам, но при этом имеют и некоторые недостатки.
- В виду того, что при их изготовлении используются клеящие вещества, такой материал уже нельзя назвать экологически чистым.
- 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».
- И самый главный недостаток клеёных балок это их ограниченный срок службы, который определяется производителем в 20 лет.
Для расчета объема пиломатериалов, можно воспользоваться калькулятором:
Особенности перекрытий
На фото – монтаж перекрытий.
Основываясь на опыте профессиональных и самостоятельных застройщиков, можно с уверенностью сказать, что именно деревянные конструкции межэтажных перекрытий являются самыми популярными и часто изготавливаемыми при строительстве частных домов. (см. также статью Коттеджи из бруса, достоинства и недостатки материала)
Это обусловлено несколькими факторами, из которых можно выделить основные:
- простота монтажа (для их изготовления достаточно 2 человек, и при этом нет необходимости в специализированной технике, как например, при изготовлении железобетонных конструкций);
- низкая стоимость по сравнению со всеми другими видами конструкций;
- достаточная прочность, надёжность и долговечность;
- простота ремонта и демонтажа.
Подробнее о перекрытиях из бруса смотрите видео в этой статье.
Заключение
Во многих случаях межэтажные конструкции из бруса могут быть единственно возможным решением, особенно при строительстве каркасных и бревенчатых домов. Так же они всегда используются при возведении строений из пено и газобетона, поскольку несущие характеристики этого строительного материала не предусматривают перекрытий из более тяжёлых конструкций, к примеру, таких как железобетон.
Кроме того, деревянные перекрытия имеют достаточно долгий срок службы, который может быть долее 50 лет, а в случае необходимости его сравнительно легко можно отремонтировать. Для этого достаточно разобрать небольшой участок пола, извлечь повреждённые элементы и заменить их на новые. Такой ремонт может занять всего несколько часов и не доставит больших неудобств жильцам дома.
