Для чего нужны деревянные балки перекрытия: область применения, особенности установки и виды

Дом без перекрытий построить невозможно.

У застройщика возникает резонный вопрос будет ли дерево наиболее выгодным материалом в процессе работы и эксплуатации?

Чтобы получить ответ, необходимо рассмотреть все достоинства деревянных балок и способы их монтажа. Об этом подробно написано в статье ниже.

Определение понятия

Перекрытие – это несущая горизонтальная конструкция, разделяющая строение по высоте. Его основная функция состоит в распределении нагрузки. Балка является главной опорой, она скрепляет всю конструкцию строения и обеспечивает необходимую жесткость.

Балочные деревянные перекрытия применяются в:

• домах на дачных участках, рассчитанных на эксплуатацию в летнее время;
• каркасных и рубленых зданиях из древесины;
• быстровозводимых постройках сборно-разборного вида;
• строениях хозяйственного назначения – мастерская, баня, сарай, хозблок.

Если мощность фундамента не рассчитана на тяжелые перекрытия, то деревянные балки принято размещать между этажами в домах из кирпича, газосиликатных блоков.

Разновидности

Балочные перекрытия не только принимают часть усилия непосредственно на себя, но и передают его на фундамент через стены. Их можно сравнить с диафрагмами жесткости, обеспечивающими сооружению необходимую прочность.

В зависимости от разделяемых помещений, перекрытие бывает:

1. Цокольное или подвальное. Для такого вида помещений важна предельная прочность балок, поэтому выбираются элементы с мощным сечением. Также нужен слой надежной теплоизоляции и гидроизоляционная подложка. Можно уложить деревянное перекрытие на балки из металла или уменьшить междубалочное расчетное расстояние.
2. Межэтажное. Здесь балки являются лагами для пола и служат перегородкой между этажами. Между ними обязательно прокладывается тепло- и звукоизоляция.
3. Чердачное. Перекрытие отделяет жилые помещения от неотапливаемого чердака. Основное требование – обеспечение теплоизоляции. Чтобы избежать конденсата влаги в толще утеплителя, необходима укладка пароизоляционной пленки.

Важно! Чердачное балочное перекрытие оборудуется только при возведении скатной крыши. Для плоской рекомендуется плиточное.

Для изготовления балок обычно выбирают хвойные породы деревьев:

• лиственницу;
• сосну;
• ель.

Наиболее качественные характеристики у лиственницы. Однако, стоимость этого сырья достаточно высокая. Самым доступным материалом считается сосна.

Для улучшения технических и эксплуатационных параметров, древесина должна быть тщательно просушена и обработана специальными составами.

Балки делятся на два типа:

1. Цельные. Изготавливаются из древесины лиственных или хвойных пород деревьев. Имеют ограничение по ширине пролета (не более 5 м). Преимущества – бюджетная цена, экологичность.
2. Клееные. Прочность подобной конструкции намного выше, поэтому допустимая ширина перекрытий увеличивается до 20 м.

Различаются элементы по форме (сечению):

1. Квадратные.
2. Прямоугольные.
3. Овальные.
4. Круглые.
5. Двутавровые.

• Прямоугольные балки считаются лидером по частоте применения. Это сечение лучше всего подходит для любого вида перекрытий.
• Овальное или круглое сечение имеют бревна разного диаметра. Этот материал используется для обустройства мансардных или чердачных перекрытий. Бревно также служит декоративным элементом, такой потолок не требует подшивки.
• Квадратное сечение почти не используется, оно меньше других подогнано под эпюру внутренних усилий балки.
• Двутавры предназначены для межэтажных конструкций.

Брус клеёный

Толщина бруса зависит от количества слоев склеиваемого материала. Процесс производится методом прессования. Преимущества технологии – повышение прочности и возможность изготовить балки переменного и гнутого сечения.

Клеёный брус отлично пилится, гвоздится и режется. Кроме этого, обладает целым перечнем преимуществ:

• небольшой вес;
• простота монтажа;
• возможность работать с большими пролетами;
• пожарная безопасность;
• долгий срок эксплуатации;
• стойкость к деформации.

Гладкая поверхность клеёного бруса позволяет его не зашивать, создавая стильный декор помещения. Нужно отметить недостаток балок. При производстве используется клей на основе формальдегида, что снижает экологичность.

Более подробно о клеёных балках перекрытия можно прочитать в этой статье.

Фанера

Применение фанеры позволяет исключить скручивание балки. Материал используется при изготовлении двутавровых балок перекрытия. Из фанеры выполняется заготовка, которая в конструкции служит ребром жесткости. В деревянной балке фрезеруют паз нужной формы, затем детали соединяют.

Основные характеристики:

• размер 80 мм/200 мм;
• длина от 1,5 м до 6 м (стандартная 3 м);
• полка выполнена из бруса (древесина хвойная);
• ребро жесткости – фанера березовая ФСФ 24 мм – 27 мм;
• вес 5,5 кг/ пог. м.

Преимущества применения фанеры – экономичность сырья, хорошая несущая способность балки, отсутствие скручивания элементов. Недостатки – в материале могут встречаться небольшие пустоты, сучки или внутренние воздушные карманы.

ОСБ/ОСП

Еще один вариант – использование Н-образных балок из ОСБ/ОСП. Такие конструкции отличаются малым весом. Например, 6-метровая двутавровая балка весит не более 6 кг.

Второй плюс – подобные балки намного легче транспортировать и монтировать. Следствием является снижение затрат и уменьшение сроков ведения работ.

Прочность балки с вертикальным ребром жесткости из OSB намного выше, чем у конструкции из бруса. Стенка из ОСБ не имеет расслоений, гигроскопичности и внутренних воздушных карманов.

Коэффициент набухания у плиты ОСБ всего 15%. Даже при погружении в воду на сутки, она сохраняет все характеристики прочности. Плита имеет повышенную пожаробезопасность, экологичность и биологическую стойкость. Крепление материала производится скобами и винтами.

Из досок

Доска уступает клеёному брусу по длине перекрываемого расстояния. Она может быть не более 4-6 м. Преимущество досок состоит в том, что их можно сращивать и менять толщину балки.

Соединение элементов происходит с помощью болтовых соединений в комплекте с резиновыми или пластиковыми шайбами. Шайбы предупреждают вдавливание гайки в древесину в момент затяжки, также исключают воздействие влаги на крепеж и образование коррозии. Для перекрытия используются доски шириной 100-200 мм и толщиной 50 мм.

Следует выделить два основных типа деревянных конструкций перекрытия – балки и фермы. Балки используются длиной до 6 м и применяются для пролетов от 2,5 м до 4 м. Если длина пролета больше, то для монтажа рекомендуется брать материал из клееного бруса или установить деревянную ферму.

Конструкция фермы состоит из горизонтальных балок, расположенных на разном уровне. Соединяются брусья наклонными и вертикальными связями из дерева. Ферма обладает повышенной устойчивостью к прогибам, облегчает конструкцию и снижает расход материалов. Фермы перекрытия различаются по:

• очертаниям внешнего контура;
• типу решетки;
• типу опирания;
• назначению.

Основные преимущества конструкции с большим пролетом – высокая жесткость, снижение нагрузки на фундамент и стены, возможность сборки на земле, быстрый монтаж без дополнительных механизмов.

Требования и нормативные документы

К деревянным балкам предъявляются определенные требования, закрепленные в нормативных документах. Изготовление производится согласно ГОСТ 4981–87. Элемент должен обладать:

1. Высокой прочностью и жесткостью. Конструкции необходимо выдерживать нагрузки переменного и постоянного характера. Например, оборудования, мебели, веса строительных элементов дома. Также не должно быть прогибов под расчетной нагрузкой.
2. Звукоизолирующими свойствами и хорошей теплоизоляцией. В межбалочное пространство производится закладка современных материалов, обладающих данными характеристиками.
3. Высоким уровнем пожаробезопасности. Для этого древесину необходимо пропитать антипиренами несколько раз.

Внимание! В балках необходимо контролировать отсутствие дефектов и повреждений.

Условия изготовления и эксплуатации изложены в:

1. СНиП II-25–80 описаны нормы проектирования, характеристики используемой древесины, условия эксплуатации.
2. ГОСТ 16588–91 (ИСО 4470–81) устанавливает методы определения влажности деталей.
3. ГОСТ 2140–81 содержит описание классификации, терминов, способов измерения видимых пороков древесины.
4. ГОСТ 20850–84 посвящен правилам и требованиям к изготовлению деревянных клеевых конструкций.
5. ГОСТ 2695–83 – технические условия на пиломатериалы лиственных пород.
6. ГОСТ 8486–86 устанавливает технические требования к пиломатериалам хвойных пород.

Государственные стандарты регулируют все аспекты использования балок перекрытия.

Основные характеристики и размеры

Важный показатель для элемента – максимальная длина без опор. Она зависит от размера пролета.

При сооружении деревянного перекрытия используют брус и доску ходовых параметров. Например, 50150 мм, 50200 мм, 100150 мм. Эти размеры соответствуют нормам при перекрытии проёмов не более 4 м.

Минимальные размеры бруса – 107 см. Такой элемент используется для длины пролета 2 м.

Максимальное значение 2518 см нужно для пролета 7 метров. Самые ходовые размеры, используемые в строительстве перекрытий 150100 мм или 150150 мм. Прочность перекрытия зависит от высоты балки.

Существующие стандартные размеры балок:

• 100x150x4,50 м;
• 100x200x4,50;
• 150x150x4,50;
• 150x200x4,50;
• 100x150x6,00;
• 100x200x6,00;
• 150x200x6,00;
• 200x200x6,00.

Максимальный уровень нагрузки:

• цокольных и межэтажных перекрытий составляет 210 кг/1 кв. м;
• чердачных – 105 кг/1 кв. м.

Важно! Предельный уровень прогиба равен 0,004 м/1 п. м. Если расчетное значение будет больше, то перекрытие использовать опасно.

Для определения сечения нужно произвести расчет. На практике его высоту берут в диапазоне 4–5% от длины пролёта. Пролёты свыше 6 м, в том числе 8 метров, перекрывают прогонами с крупным сечением.

Расчет

Калькуляция должна выполняться на этапе проектирования. Чтобы провести расчет, необходимы входные данные – длина балки, расстояние между двумя элементами, воздействующие нагрузки.

Для определения длины нужно измерить пролет, к полученному значению прибавить напуск для задела в стены. Например, для несущих стен из строительных блоков и кирпича глубина задела равна 150 мм, для деревянного строения – 70 мм.

Если строение прямоугольное, то балки рассчитываются для короткой стороны. Расстояние между элементами и количество зависит от шага укладки. Оптимально – от 40 см до 110 см.

Есть два типа нагрузок – постоянные (вес конструкции) и временные (предметы и люди). Точный расчет делают проектировщики, в частном строительстве выбирают усредненные показатели.

Для чердачных нежилых помещений показатель равен 150-200 кг/ 1 кв. м. При хранении на чердаке материалов или вещей, показатель нагрузки следует увеличить до 250 кг/ 1 кв. м. Для мансардного, подвального или межэтажного перекрытия нагрузка выбирается в пределах 350–400 кг/1 кв. м.

Сечение подбирается с помощью таблиц в зависимости от расстояния между балками и расчетной нагрузки.

Нагрузки кг/пог.м	Сечение балок при длине пролета, м
	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0
150	50140	50160	60180	80180	80200	100200	100220
200	50160	50180	70180	70200	100200	120220	140220
250	60160	60180	70200	100200	120200	140220	160220
350	70160	70180	80200	100220	120220	160220	200220

Округления нужно делать в большую сторону.

Проверка на прочность выполняется по формуле:

M/W< = Rд,

где:

• М – изгибающий момент (кгс/м);
• W – момент сопротивления (куб. см);
• Rд = 130 кгс/1 кв. м (сопротивление на изгиб для хвойной древесины).

Для вычисления расчетного изгибающего момента есть своя формула:

M = (ql^2)/8,

где:

• l длина пролета балки;
• м; g нагрузка, кгс/м.

Приняты исходные данные:

• длина пролета – 4 м;
• шаг между балками – 600 мм;
• сечение несущей балки 0,150,2 м;
• временная нормативная нагрузка 250 кг/1 кв.м;
• нормативная нагрузка от веса перегородок 75 кг/1 кв.м.

Вычисление собственного веса 1 кв. м перекрытия:

6000,05+150,1+6000,019+10000,01=52,9 кг/1 кв.м.

Вес 1 погонного метра 0,150,2600 = 18 кг/1 кв.м.

Нагрузка на 1 кв.м перекрытия 52,9+250+75 = 377,9 кг/1 кв.м.

Нагрузка на 1 погонный метр балки равна: gн = 377,90,6+18 = 244,74 кг/п.м.

Изгибающий момент балки. М = 244,7442 / 8 = 489.48 кг/м.

W = 489,48100/130=376.523 куб.см.

Для определения сечения составлены таблицы:

В примере подходит балка прямоугольного сечения 1215 см (W = 450 куб. см).

Теперь нужно определить прогиб балки по формуле:

f = 5/(384)xgнl4/(EJ)

Составляющие:

• g нормативная нагрузка, кгс/м;
• E модуль упругости древесины, кгс/1 кв. м (100000);
• J момент инерции балки, см^4 (3345).

До начала расчета размерности необходимо привести в соответствие:

• gн = 244,74 кг/п.м = 2,4474 кгс/см.
• l = 4 м = 400 см.

Подставить значения в формулу и получить результат:

f = (5/384)x(2.4474400^4)/(1000003345) = 2.4388 см.

Сравнить его с предельным прогибом по таблице.

fпр = (1/250)x400 = 1,6 см.

Элементы здания	Предельные прогибы в долях пролета балки 1 в см.
1. Mеждуэтажные перекрытия	1/250 x 1
2. Чердачные перекрытия	1/200 x 1
3. Покрытия, кроме ригеля (ендовы) а) прогоны, стропильные ноги	1/200 x 1
б) обрешетка, настилы	1/500 x 1
4. Ригели (ендовы), накосные ноги	1/400 x 1

Вывод – необходимо увеличить сечение до 1218 см (J = 5830). Повторить расчет:

f = (5/384) x (2.4474400^4) / (1000005830) = 1.3992 см. Результат меньше предельного значения. Нужное сечение 1218 см.

Видео о расчетах:

Как делать монтаж?

При монтировании деревянных перекрытий следует:

1. Начинать установку с крайних балок, а затем продолжать промежуточными.
2. Располагать элементы строго горизонтально.
3. Четко выдерживать параллель и шаг между двумя брусьями.
4. В местах соприкосновения с несущими поверхностями использовать изолирующие материалы.
5. Выполнить срез концов бруса под углом в 60°-70°.
6. Каждую 3-ю балку фиксировать к стене анкерным болтом.

Для процесса крепления элементов необходимо использовать крепежный инструмент:

• 

  гвозди;

• шурупы;
• саморезы;
• дюбеля (пластиковые и металлические);
• болты анкерные;
• уголки металлические;
• скобы П-образные;
• деревянные шплинты.

Металл для изготовления крепежа должен быть прочным и стойким к окислению.

Важно! Уголки нужно брать с запасом прочности не менее 2. Элемент должен выдерживать вес в 2 раза больше рассчитанного.

Способ крепежа выбирается в зависимости от материала стен и требований конструкции:

1. Крепление балок из бруса на армопоясе выполняют с помощью анкерных пластин с антикоррозионным покрытием.
2. Для крепления бруса к кирпичным и бетонным конструкциям используют уголковый крепеж. При этом саморезы и гвозди заменяют механическими анкерами. Для бетона понадобится взять под саморезы прочные дюбеля (пластмассовые) и дрель с функций перфоратора.
3. Чтобы зафиксировать брус к стене из дерева, нужны перфорированные элементы крепежа (плоские или уголковые). Также понадобятся шурупы, саморезы и гвозди.
4. Если стена выполнена из гипсокартона или газобетона, то следует приготовить шурупы с резьбой по всей длине. Второй вариант – химические или механические анкеры.
5. При подвесном методе крепления нужны металлические накладки.

Примеры технологий монтажа:

Достоинства и недостатки

Среди основных плюсов элемента следует выделить:

• небольшой собственный вес;
• при укладке не требуется грузоподъемное оборудование;
• экономия времени на монтаж;
• возможность проведения ремонтных работ в период эксплуатации;
• экологичность;
• сравнительно низкая стоимость.

Минусы:

• горючесть и, как следствие, потребность в обработке антипиренами;
• меньшая, чем у металлических конструкций, прочность;
• деформация и усадка материала при перепадах температуры или влажности;
• подверженность воздействию патогенной микрофлоры.

Дополнительно следует отметить необходимость точного расчета.

Средние цены

Цена двутавровой балки длиной 6 м из сухого строганого бруса от 310 руб. до 360 руб. за пог. м. Если балка обработана биозащитой, цена возрастает от330 руб. до 380 руб. за за пог. м.

Стоимость балки с:

• Деревянной полкой OSB (длина до 6 м) от 265 руб. до 355 руб. за пог. м.
• Деревянной полкой OSB (длина до 12 м) от 365 руб. до 455 руб. за пог. м.
• Полкой из ЛВЛ бруска (длина до 12 м) от 425 руб. до 465 руб. за пог. м.
• Широкой полкой из ЛВЛ бруска (длина до 12 м) от 525 руб. до 585 руб. за пог.м.

Клееный брус:

• сечение 185120 мм, 185160 мм, 185202 мм, 185240 мм, 140202 мм, 140160 мм – 36 000 руб./куб. м;
• сечение 240202 мм, 240240 мм, 280202 мм, 280240 мм, 240202 мм, 280202 мм 38 000 руб./куб.м.

Заключение

Выполнить перекрытие из деревянных балок может даже один человеку. Это зависит от размеров постройки. Главное, правильно сделать расчет, подготовить все материалы, ознакомиться с технологией укладки и крепежа.