Работа металлических балок под нагрузкой

Обновлено: 28.09.2024

Балки воспринимают нагрузки от перекрытий, покрытий и передают на другие опоры. В строительстве балки применяют для перекрытия пролетов зданий, при возведении мостов, длиной до 24 метров. Балки изготавливают из стали, железобетона, древесины, стальные балки выполняются из прокатных профилей или сварными. Железобетонные балки выполняются монолитном или сборном варианте. Деревянные выполняются из цельной древесины или клееные.

В зависимости от назначения балки могут называться: прогонами, ригелями, перемычками, как балки работают многие плиты, ростверки. Схемы работы балки подразделяются на разрезные, неразрезные, консольные. Балка на двух опорах называют простой.

Балки работают на изгиб, который может быть прямым (простым) и сложным. Прямой изгиб балки - внешние силы действуют в одной (вертикальной) плоскости и перпендикулярно к оси балки. Нагрузки могут быть распределенными или сосредоточенными (сила, момент).

Прямой поперечный изгиб балки от равномерно распределенной нагрузки:

а) аксонометрическая схема балки; б) конструктивная схема балки; в) расчетная схема балки

2. Общие подходы из сопротивления материалов

Прямой изгиб характеризуется:

а) с геометрической точки зрения искривлением оси балки, удлинением растянутых (нижних) и укорочением сжатых (верхних) волокон. При этом нейтральная ось (слой) при искривлении свою длину не изменяет;

б) с точки зрения статики в любом сечении по длине балки возникают изгибающие моменты Мх и поперечные силы Qx

Внутренние усилия в балке: изгибающий момент — Мх

поперечная сила — Ох

Мх и Qx определяются по правилам строительной механики, в зависимости от расчетной схемы балки и характера нагрузки (сосредоточенные, распределенные, моментные или их сочетания), путем построения эпюр, т.е. графиков изменения Мх и Qx по длине балки.

Наибольшие значения Мх и Qx при равномерно распределенной нагрузке определяется по формулам

в) с точки зрения напряженного состояния поперечный изгиб характеризуется наличием нормальных, т.е. перпендикулярных к вертикальной плоскости сечения, напряжений о и касательных напряжений т, лежащих в плоскости сечения. Нормальные напряжения изменяются по линейному закону по высоте сечения, достигая наибольших растягивающих (максимальных) значений . По абсолютному значению они равны ( ).

Касательные напряжения (достигают наибольшего значения на уровне нейтрального слоя (оси х—х) и распределяются по криволинейному закону (параболе)

Нормальные напряжения , наоборот, наибольших значений достигают на опорах и равны нулю в середине длины балки.

а) расчетная схема балки; б) эпюра Ох; в) эпюра Мх; г) изменение напряжений а и т по длине и высоте балки; д) аксонометрическое изображение изменения напряжений; е) то же правая часть

Изменения напряжений по длине балки зависит от изменения изгибающих моментов Мх и поперечных сил Qx. Нормальные напряжения — от поперечной силы Qx. Для однородных и упругих материалов они могут быть найдены по формулам сопротивления материалов

Мх-изгибающий момент в рассматриваемом сечении балки;

Wx-момент сопротивления относительно оси х-х

Касательные напряжения в любом сечении балки

х S_х / I_х b

S_х –момент сечения статический

I_х -момент инерции сечения

Расчет простых балок состоит из поверки следующих условий:

1.Нормальные напряжения не должны превышать расчетных сопротивлений материала на растяжения и на сжатие.

2.Касательные напряжения не должны превышать расчетных значений сопротивления материала сдвигу.

Особенности работы балки

Введение затяжки превращает балку в статически неопределимую систему. При действии эксплуатационных нагрузок несущая способность балки повышается, во-первых, потому, что сначала в ней погашаются предварительные напряжения и, следовательно, увеличивается область упругой работы материала и, во-вторых, потому что балка с затяжкой работает как статически неопределимая система (шпренгельная балка).
Затяжка располагается со стороны растянутых волокон балки; растягивающие усилия в ней, уравновешиваемые сжимающими усилиями в балке, образуют дополнительный момент внутренних сил, уравновешивающий часть внешнего изгибающего момента.

Работа балки в упругой стадии в сечении с максимальным изгибающим моментом состоит из следующих этапов (рис. 1).
I этап — создание предварительного напряжения в балке. Усилие предварительного напряжения в затяжке X уравновешивается усилием равномерного сжатия балки (X=σ01F). Изгибающий момент от этих двух сил уравновешивается эпюрой нормальных напряжений по сечению балки, возникающей от изгиба ее в процессе предварительного напряжения.
II этап — работа балки под нагрузкой до достижения одним из крайних волокон предела текучести. В этой стадии балка работает совместно с затяжкой, и в затяжке от действия нагрузки в результате деформации всей системы появляется дополнительное растягивающее усилие самонапряжения Х1. От самонапряжения происходит изгиб балки в сторону, противоположную изгибу от нагрузки. В сечении балки появляются дополнительные напряжения σ1 и σ2, обратные напряжениям от нагрузки и суммирующиеся с напряжениями от предварительного натяжения затяжки.
Напряжения в балке от нагрузки σp суммируются с напряжениями от усилия предварительного напряжения X и самонапряжения в затяжке X1, имеющими обратный знак.
Если балка работает только в упругой стадии, то формулы, определяющие несущую способность балки, имеют следующий вид:
а) для сжатого (от действия нагрузки) волокна

где X — усилие предварительного напряжения;
Х1 — усилие самонапряжения в затяжке;
M — изгибающий момент от внешней нагрузки;
W1 — момент сопротивления балки для сжатого волокна сечения;
W2 — момент сопротивления балки для растянутого волокна сечения;
F — площадь сечения балки;
F3 — площадь сечения затяжки;
с — расстояние от центра затяжки до центра тяжести сечения балки;
R — расчетное сопротивление материала балки;
R3 — расчетное сопротивление материала затяжки.
Отметим некоторые дополнительные особенности работы предварительно напряженных балок, которые необходимо учитывать при их расчете и конструировании.
Балка может потерять несущую способность в процессе предварительного напряжения, если не будет соблюдено условие прочности для сжатой (в процессе натяжения) полки
Растянутая в процессе предварительного напряжения полка всегда будет находиться в менее напряженном состоянии, так как в ней напряжения от изгиба и сжатия, вызываемые силой X, имеют разные знаки.
В процессе предварительного напряжения балка может потерять общую устойчивость, если ее размеры не будут обеспечивать необходимую жесткость или не будут приняты специальные меры к обеспечению устойчивости.
Возможна и потеря местной устойчивости стенки в сжатой зоне со стороны затяжки. Поэтому в этой стадии работы устойчивость стенки нужно проверять расчетом и при необходимости усиливать ребрами жесткости.
В отличие от обычной балки в балке, предварительно напряженной затяжкой, характер эпюры нормальных напряжений различный в разных сечениях по длине пролета (рис. 2).

Эпюра напряжений от предварительного напряжения будет постоянной по всей длине балки между концами закрепления затяжки. Напряженное состояние балки, рассмотренное выше, будет только в сечении с максимальным изгибающим моментом от внешней нагрузки. Если затяжка закреплена на торцах балки, то в сечении у опоры нормальные напряжения будут лишь от усилия в затяжке (предварительное напряжение плюс самонапряжение) — со сжатием в уровне затяжки и растяжением в противоположных волокнах балки (рис. 2,б). В сечениях с максимальным изгибающим моментом, наоборот, растягивающие напряжения (равные расчетному сопротивлению) будут со стороны затяжки (рис. 2,г). В промежуточных сечениях напряжения будут принимать промежуточные значения, причем в одном из сечений балка будет испытывать равномерное сжатие (рис. 2,в).
В месте закрепления затяжки на балку действует значительная сосредоточенная сила, передающаяся от затяжки и требующая специального усиления этого места.
Если затяжка прикрепляется в торце балки, то в опорном сечении создается весьма сложное напряженное состояние от двух сосредоточенных сил — вертикальной опорной реакции и усилия от затяжки.

Основы расчета строительных конструкций, работающих на изгиб.

В строительной практике конструкцией, работающей на изгиб называют балку. Балки воспринимают нагрузки от перекрытий, покрытий или других конструкций и передают их на опоры. Пролеты, перекрываемые балками могут достигать 24 - 30м в зависимости от материала. При больших пролетах обычно применяют другие конструкции: фермы, арки, рамы. Металлические балки изготавливают из прокатных профилей или сварными. Железобетонные балки выполняют монолитными или сборными. Деревянные балки выполняют из цельной древесины, клееными из досок или фанеры.

В зависимости от назначения балки могут называться: прогоны, ригели, перемычки. Как балки работают многие плиты, ростверки и другие конструкции.

По статической схеме работы балки подразделяются на разрезные, неразрезные, консольные. Балку на двух опорах принято называть простой.

Общие положения. Работа простых балок под нагрузкой и предпосылки расчета по несущей способности.

В строительной практике наиболее распространены равномерно распределенные нагрузки, действующие в вертикальной плоскости перпендикулярно оси балки.

Если не принимаются специальные меры, то одна опора считается шарнирно-неподвижной, а другая – шарнирно-подвижной.

Прямой изгиб балки характеризуется:

1. С геометрической точки зрения искривлением оси, удлинением растянутых (нижних) и укорочением сжатых (верхних) волокон. При этом нейтральная ось (слой) свою длину не меняет;

2. с точки зрения статики в любом сечении балки по длине возникают изгибающие моменты М_х и поперечные силы Q_x , которые определяются путем построения эпюр; наибольшие значения М_х и Q_x при равномерно распределенной нагрузке равны

3. с точки зрения напряженного состояния поперечный изгиб характеризуется наличием нормальных и касательных напряжений; нормальные напряжения изменяются по линейному закону по высоте сечения, достигая максимума в крайних волокнах, касательные напряжения достигают наибольших значений на уровне нейтрального слоя и распределяются по криволинейному закону;

Нормальные напряжения напрямую зависят от изгибающего момента, а касательные – от поперечной силы

W_x –момент сопротивления относительно оси х-х

S_x – статический момент сечения

I_x - момент инерции сечения

b – ширина сечения

Расчет простых балок сводится к определению нормальных и касательных напряжений в наиболее опасных сечениях и сравнении их значений с расчетными сопротивлениями.

Изгибаемые элементы независимо от материала, из которого они выполнены, отвечающие требованиям прочности и устойчивости, могут получить прогибы больше нормативных. По этой причине их применение становиться невозможным. При расчете прогибов должно выполняться условие:

f – расчетный прогиб

f _и – предельный прогиб, определяемый в соответствии с требованиями

Задачей расчета по деформациям является ограничение прогибов конструкции величинами, удовлетворяющими требованиям:

· технологическим (не должна нарушаться работа оборудования, например, мостовых кранов)

· конструктивным ( не должна нарушаться целостность примыкающих друг к другу элементов конструкций – плит, перегородок, стяжек)

· физиологическим ( не должно возникать ощущение дискомфорта при колебаниях конструкций во время движения людей или механизмов)

· эстетико- психологическим ( неблагоприятное впечатление, ощущение опасности от больших прогибов)

Прогибы балок во многом зависят от жесткости элемента (жесткостью называют произведение модуля упругости на момент инерции сечения). Чем больше жесткость, тем меньше прогиб. В случае, если расчетный прогиб получается больше предельного, требуется увеличить сечение элемента, прежде всего его высоту.

Расчет и конструирование стальных балок

Стальные балки чаще применяются в промышленном строительстве, когда требуется воспринимать большие нагрузки от производственного оборудования, перекрывать большие пролеты. Применяют их в качестве подкрановых, мостовых балок, балок рабочих площадок. Наиболее простым является сечение из прокатного двутавра, иногда для устройства прогонов используются швеллеры. При пролетах более 9 метров и значительных нагрузках применяются сварные Н-образные сечения с развитой стенкой (в несколько раз больше ширины полки). Для обеспечения местной устойчивости стенки в сварных балках устанавливают ребра жесткости (1 – поперечные; 2 – продольные).

Сварные балки редко используются в качестве одиночной конструкции, чаще они образуют систему несущих балок в составе конструкций перекрытия, которая называется балочной клеткой. Наиболее широкое применение в строительстве нашли упрощенная (а) и нормальная (б) балочная клетка.

Упрощенная представляет систему балок, опирающихся на стены. Нормальная балочная клетка состоит из главных балок (1), опирающихся на колонны (3) и балок настила (2). Настил может быть из стальных листов или ж/б плит. Главные балки как правило сварные, прокатные балки используются в качестве балок настила. Шаг балок настила (а) принимается 1,5 – 3,0 м; пролет l = 6÷9 метров и более; для главных балок эти размеры могут быть намного больше.

Крепление балок настила к главным балкам осуществляется на болтах с расположением балок в одном уровне или этажным расположением.

Двутавровое сечение является наиболее экономичным, т.к. напряжения распределяются таким образом, что наиболее загруженной частью являются полки, а стенка воспринимает примерно 20% нагрузки.

Способы произвести расчет балки на прогиб, и что поможет добиться прочности

Проектируя современные постройки, специалисты придерживаются всех правил и установленных норм в строительстве. Важнее всего сделать расчет балки на прогиб, а так же расстояние между лагами пола, поскольку эти показатели являются важным для прочности и надежности всей конструкции.

Виды балок

Независимо от того, какой должна быть конструкция, материал для изготовления балок выбирают прочный и надежный. Отличаются они друг от друга лишь по своим параметрам:

Чаще всего, для изготовления балок используется дерево и металл. Расчет балки на изгиб напрямую зависит от выбранного материала. В данном случае большое значение имеют такие показатели как однородность и структура.

Балки из дерева

Конструкции из дерева используются в одноэтажных домах или небольших домиках. Они отлично подходят как для потолка, так и пола. Для расчета прогиба балки берут следующие величины:

Тип материала. Каждое дерево отличается прочностью, твердостью и гибкостью.
Геометрические показатели, в которые включается как форма изделия, так и его сечение.
Предполагаемые нагрузки, которые будут давить на материал.

На то, как будет изгибаться балка учитывается не только реальное давление, но и все возможные силы воздействия.

Стальные балки

Эти изделия очень сложные не только по сечению, но и по составу. Так как из выливают из нескольких видов металла. Производя расчет нагрузки на балку, необходимо принимать во внимание насколько она жесткая, а так же прочно ли она соединена.

Конструкция из металла между собой соединяется с помощью:

сваривания;
склепывания;
с помощью соединителей, имеющих резьбу.

Прочные металлические балки используются для строительства домов в несколько этажей. В таких конструкциях вся нагрузка равномерно распределяется по всей балке.

Как добиться прочности конструкции

Согласно нормам, балка, используемая на эстакаде должна иметь изгиб не больше одного см при ее длине в полтора метра. При этом, в других конструкциях этот показатель меняется. В индивидуальном доме, балки чердака могут прогибаться на один см, при длине 2 м, а в многоэтажных домах тот же сантиметр должен припадать на длину в 2,5 м.

Для того, чтобы постройка была надежной и прочной, расчеты нужно проводить еще в процессе планирования здания. Именно в этот момент и определяется такой показатель, как изгиб балки. Ведь чем меньше прогибается балка, тем выше прочность дома. Таким образом потолок получает равномерное распределение веса и сохраняет устойчивость дома. Если же балки сильно прогибаются, то и весь потолок будет ненадежным и со временем происходит разрыв соединений и здание рушится.

Расчеты проводятся с помощью одного из способов:

Прибегнуть к помощи онлайн-калькулятора. В данном инструменте запрограммированы стандартные данные.
Воспользоваться справочником и, сравнив все параметры, произвести расчеты самостоятельно.
Воспользоваться формулой и самостоятельно просчитать изгиб балок.

Важно! Просчитывать изгиб балки очень важно, чтобы на практике здание было прочным и надежным.

В помещении, которое используется уже не один год, определить насколько аварийным является его состояние, можно только после того, как будет определен уровень проседания балок.

Формулы для определения изгиба балки

При расчете необходимо учесть силу сопротивления материала, из которого изготовлена конструкция. И только после этого рисуется схема, где указывается сила давления на балку.

Процесс расчета выглядит следующим образом:

Используя формулу площади прямоугольной фигуры S=b*h, определяется сечение балки, а так же берется ко вниманию ее длина L;
На балку воздействует сила давления Q, которая изгибает ее в центре, а ее концы образуют угол θ. Обязательно учитывается изначальное положение конструкции f;
В схеме концы импровизированной балки установлены совершенно свободно, при этом опоры установлены стационарно. В этом случае нет реакции, как в случае горизонтального закрепления конструкции, и концы балки перемещаются в свободном направлении.

Изгиб предмета под давлением определяется формулой Е=R/Δ. В этом случае Е – это показатель, который берется из справочника, R – сила давления на предмет, Δ – это показатель, который получается в процессе изгиба.

Имея все необходимые показатели можно узнать, какой будет инерция, для этого используется формула:

Δ = Q/(S·Е)

Если же нагрузка будет равномерна по всей длине балки. То нужно использовать такую формулу:

Δ = q·h/(S·Е).

После всех этих вычислений, приходит черед к определению изгиба по системе Юнга. То есть, балку изгибают таким образом, что ее концы выворачиваются в разные стороны, при этом имеют разные куты изгиба. В таком случае в формуле обе части нужно умножить на число L и тогда получается следующее равенство:

Δ*L = Q·L/(b·h·Е)

Если рассматривать вариант, где балка с одной стороны будет стабильно зафиксирована, а на втором конце будет равновесие, то формула будет выглядеть следующим образом Mmax = q*L*2/8. Если использовать эту величину в формуле для определения изгиба балки, то получится следующее равенство:

Δх = M·х/((h/3)·b·(h/2)·Е).

Момент инерции, который вычисляется b·h2/6 можно условно обозначить W. Таким образом, формула будет иметь совершенно другой вид:

Δх = M·х/(W·Е), где W=M/E.

Чтобы узнать точные показатели изгиба балки, необходимо рассчитать две величины:

Кроме того, на прогиб имеет огромное влияние условие, при котором концы балок будут либо зафиксированы, либо находиться в свободном положении. Обязательно учитывается способ давления оказываемого на предмет, а так же в каких местах оказывается это давление и как оно распределяется по всей балке.

Все приведенные выше формулы можно использовать только в том случае, когда давление равномерно распределено по всей площади предмета. В том случае, когда нагрузка припадает только на одно определенное место, расчет проводится при помощи интегралов.

Важно! Для проведения расчетов рекомендуется все же воспользоваться уже существующими сборниками формул. Такие пособия разрабатывались проектировщиками, исходя из разных ситуаций.

Таким образом, для точного определения изгиба балки следует все делать в следующей последовательности:

В первую очередь составляется подробная схема предмета, который будет исследоваться;
Измеряются все параметры балки и обязательно учитывается сечение;
Определить каким будет максимальное давление на балку, а так же вычислить в каком месте будет оно оказано сильнее всего;
Обязательно нужно проверить материал из которого изготовлена балка на прочность.
Обязательно определить жесткость предмета.

Видео описание

О расчете прогиба балки в видео:

Заключение

Перед началом строительства все профессиональные проектировщики проводят расчет изгиба балки и определяют расстояние между лагами. Поскольку именно от этих манипуляций зависит прочность будущего дома. Это можно сделать и с помощью онлайн-калькулятора, но для отчетности перед заказчиком необходимо предоставить все цифры документально. Поэтому все операции в показателями и величинами делаются последовательно вручную на бумаге.

Деревянные балки перекрытия: виды, расчет и особенности выбора

Балка – это, в строительстве, не только опора настилов для полов и межэтажных перекрытий, но и элемент, выполняющий функции скрепления всей конструкции строения, придания ей необходимой жёсткости. В перечне применяемых в строительстве материалов и изделий можно найти много возможных вариантов для изготовления балок перекрытий. Но к основным и наиболее часто применяемым видам несущих балок относят металлические, железобетонные и деревянные.

Деревянные балки перекрытия

Балки перекрытия из дерева должны соответствовать таким требованиям, как прочность, жесткость, пожарная безопасность. Расчет балки производится в зависимости от выбранного материала.

Балка - это ключевой фрагмент перекрытия, назначение которого – разделять этажи в доме, а также нести и распределять нагрузку от расположенных вверху составляющих – стен, крыши, коммуникаций, мебели, деталей интерьера.

Преимущества балок из древесины:

низкая трудоёмкость при монтаже в сравнении с металлическими или железобетонными аналогами;
доступность цен на материалы из древесины;
быстрый монтаж без применения дорогостоящих механизмов и инструментов;
эстетичный внешний вид;
малый вес;
ремонтопригодность.

Недостатки балок из древесины:

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.

Виды деревянных балок перекрытий

Деревянные балки перекрытия классифицируют по типу сечения, материалу и размерам.

Длина балок перекрытия зависит от расстояния между стенами. К этой величине нужно прибавить запас для опирания на стену — обычно добавляют 200—250 мм с каждой стороны.

По сечению деревянные балки делят на следующие типы:

квадратные;
прямоугольные;
двутавровые;
круглые или овальные.

Квадратное сечение балки считается самым невыгодным, поскольку оно меньше всех подогнано под эпюру усилий в элементе.

Для справки! Эпюры усилий - графическое отображение изменение внутренних усилий по всей длине бруса. Применяются при расчетах допустимых нагрузок.

Наиболее оптимальным вариантом при выборе деревянных перекрытий являются балки с прямоугольным сечением, при этом их короткую сторону располагают горизонтально, а длинную – вертикально, поскольку на прочность лучше влияет увеличение высоты, чем ширины.

Двутавровое сечение балки перекрытия представляет собой уширенные элементы в нижней и верхней частях, а в середине уменьшенное до максимально возможных размеров. Этот вариант сечения существенно сокращает расход древесины и позволяет рационально ее использовать.

Двутавровые деревянные балки купить будет не так просто, поскольку они отличаются сложной технологией изготовления. По этой же причине их в строительстве можно встретить редко.

Деревянные балки круглого или овального сечения используются, как правило, для устройства чердачных перекрытий. В зависимости от диаметра, круглые балки имеют высокую устойчивость на изгиб. Кроме того, обязательно надо учитывать, что балки перекрытия деревянные, размеры имеют достаточно ограниченные. Их максимальная длина составляет 7,5 п. м.

По материалу деревянные балки перекрытия классифицируют на следующие виды:

из цельного бруса или доски;
из клееного бруса.

Использование досок и цельного бруса в балочной конструкции

Обычная доска или цельный брус могут быть длиной не более чем на 4–6 м, а это почти в два раза меньше расстояния, с которым справляется клееный брус.

Строители часто изготавливают балки из скреплённых между собой досок сразу на объекте. По качеству и прочности они могут намного превосходить цельную балочную конструкцию. Кроме того, можно варьировать толщину балок количеством стягиваемых между собой досок.

Соединения выполняются при помощи болтов с гайками и резиновыми или пластиковыми шайбами. Они предотвратят попадание на металлический крепёж влаги и последующей коррозии и не дадут гайке врезаться в древесину при затягивании.

Клееный брус

Если нужно повысить длину или прочность цельных балок, то их скрепляют между собой и обычно это делается вручную при монтаже перекрытий. Клееный брус изначально состоит из нескольких еще на предприятии склеенных между собой брусков. Толщина клееного бруса задаётся количеством слоёв склеиваемого под прессом материала. Таким способом древесине придаются дополнительные прочностные качества, балка из клеенного бруса может быть длиной до 12 метров.

Все качества древесины после склеивания брус сохраняет, то есть прекрасно гвоздится, пилится, режется. Вот только стоят клееные деревянные балки перекрытия гораздо дороже, поэтому перед тем, как остановить на них свой выбор, надо задуматься - оправдывает ли цель средства. Часто такая разновидность балок используется для создания арочного перекрытия.

Древесина для изготовления балок перекрытия

Для несущих балок перекрытий небольших домов и строений используется в подавляющем большинстве случаев древесина хвойных деревьев.

Но категорически отвергать использование местных пород древесины не стоит. Издавна в степных районах, где хвойных деревьев нет, применяются дуб, акация, клён. Главным требованием к ним является влажность с оптимальными показателями 12–14 %.

В чердачных перекрытиях, где всегда по определению должно быть сухо и обеспечена циркуляция воздуха, балки из древесины местных пород с годами становятся лишь прочнее, по рабочим характеристикам не уступая металлическим балкам.

О качестве и прочности деревянных балок перекрытия

Проектировщики в расчётах балок перекрытия закладывают стройматериалы с заданными характеристиками и нормами эксплуатации, опираясь на законы прикладной механики и сопромата. Зная это, возникает вопрос: как обходились без этих знаний строители индивидуальных домов лет сто назад? При этом построенные ими дома здравствуют и поныне.

Объяснение простое: они оставляли намного больший запас прочности используемым материалам. Чуть позже, советские ГОСТы сознательно рассчитывались и утверждались с большими, иногда до 100% запасами прочности. Это неэкономно, иногда громоздко и вычурно, но надёжность была в приоритете, и всегда останется важнейшим показателем в строительстве. Сегодня подобная практика заменяется точным расчетом деревянной балки - это позволяет не переплачивать за излишнюю, невостребованную прочность.

Сравнение со старыми способами выглядело бы неуместно в описании балок перекрытий, если бы не одно обстоятельство.

Покупая на рынке брус или балку определённого размера, с предварительно рассчитанными характеристиками, частный застройщик без большого опыта зачастую приобретает не тот материал, который гарантирует надёжность.

Множество на первый взгляд незначительных нюансов могут свести на нет все расчёты:

большая влажность;
безответственное хранение;
скрытые дефекты;
пересортица;
плохие линейные геометрические параметры;
заранее обусловленные болезни древесины.

Вывод и выход здесь один: рынок всегда попытается обмануть начинающего строителя, поэтому лучший способ сэкономить - это доверить работу профессионалу.

Основные исходные положения для расчёта размеров

Перед началом монтажа деревянных балок следует их обрезать до необходимых размеров либо провести сращивание.

Торцы балок заглубляются в стены как минимум на 15 см, с заделкой или без неё.

Толщина несущих стен здания обычно не менее одного кирпича, или 25 см, при использовании стеновых блоков – 20 см. Это означает, что опирающиеся на стены торцы балок будут защищены от внешнего атмосферного воздействия.

Для клееной балки можно уменьшить запуск в стены до 10 см. В крайнем случае, балки могут заходить на глубину 7 см, но материал используемого бруса должен быть самого хорошего качества.

Подробнее о том, как произвести расчет деревянных балок перекрытий, смотрите на видео:

Прогоны, пролёты, шаг, анкеровка: 10 основных понятий и условий монтажа

Балки перекрытий являются несущим элементом, это основа прочности всего сооружения.
Схема балок с пролётом (длиной балки) 6 м и менее предполагает нагрузку от веса заполнения между балок и пола.
Балки укладываются в направлении, параллельном меньшей стороне пролёта. Расстояние между балками, называемое шагом, зависит от материала и сечения.
Шаг балок в зависимости от их вида: дощатые – от 60 до 80 см; из бруса – от 60 до 100 см; из бревна и клееного бруса – от 60 до 120 см.
Пролёты более 6 м перекрываются балками (прогонами) с крупным сечением.

Сечение деревянных балок определяется расчётом, на практике его высота находится в диапазоне 4–5% от длины пролёта.
Для скрепления стен и перекрытий концы балок либо анкеруют в стены, либо применяют стальные связи.
Возможен шаг анкеров через одну балку, но не реже.
В помещениях с высокой влажностью балки потолка должны оставаться открытыми.
Для устройства полов по балкам укладываются дощатые либо из бруса лаги, к ним прибиваются доски пола.

Как рассчитать

Чтобы произвести расчет балок перекрытия из дерева, калькулятор онлайн требуется не всегда. Достаточно знать несколько формул и следующие данные:

длину деревянной балки перекрытия (расстояние между несущими стенами);
расстояние между балками (их шаг);
нагрузку на конструкцию.

Расчет балок перекрытия позволит не сомневаться в жесткости и прочности конструкции, определит максимальную длину, допустимую при том или ином сечении.

Почему лопнула балка перекрытия, смотрите на видео:

Для того чтобы узнать нагрузку на конструкцию, необходимо сложить переменное значение и постоянное. Последнее включает в себя предварительную массу самих балок, утепление, подшивку потолка, черновой и чистовой пол. К временной относится масса мебели и людей – примерно 150кг/м2 – согласно нормативным документам жилых помещений.

Для чердака значение временной нагрузки может быть меньшим, но лучше не рисковать, и при расчетах использовать такую же. Так вы обеспечите определенный запас прочности и в будущем при желании сможете оборудовать мансарду в чердачном помещении без реконструкции несущих элементов.

Расчет деревянной балки производят по таким формулам:

q — это нагрузка на кв. м перекрытия, включающая массу конструкций и 150 кг полезного значения. Указанные величины нужно умножить на расстояние между балками, поскольку для вычислений нужно нагружение на погонный метр, а изначально величина рассчитана на квадратный.

l2 — расстояние между несущими стенами, на которые опирается прогон, взятое в квадрате.

Зная Wтреб, можно подобрать сечение перекрытия. W = b*h2/6. Зная W, составляется уравнение с одной неизвестной. Здесь достаточно лишь задать одну геометрическую характеристику b (ширину сечения) или h (его высоту).

Это важно! Несмотря на кажущуюся простоту расчетов, лучше не доверять их людям без профильного образования, так как цена ошибки может быть очень высокой.

Балки металлические: традиционная надёжность

Когда у застройщика возникает возможность и запрос на более амбициозное и габаритное строительство, он применяет металлические балки перекрытия различного сечения: уголок с разными размерами полок, швеллер, тавр, двутавр. Если исключить возможность коррозии металла, то по прочности таким балкам нет замены. Но применение металла в индивидуальном жилищном строительстве ограничено и ещё рядом показателей:

с металлом тяжело работать на высоте;
необходимы специальные механизмы для монтажа;
сварка, резка металла и защита его от коррозии – это дополнительные расходы;
высокая стоимость материала;
балки металлические подлежат утеплению со стороны чердака.

Есть у металлических балок и положительные моменты:

они не горят;
долговечнее;
металлические пролёты можно устраивать длиннее и расстояние между балками перекрытия делать больше;
виды балок металлических отличаются большим разнообразием и позволяют создавать практически любые по сложности конструкции.

Расчет металлической балки в любом случае лучше доверить профессионалам.

Выбор вида перекрытия, материала для балок, тщательная подготовка проекта, расчёт нагрузок, в том числе и с применением онлайн калькулятора – это всё приятные заботы, которые можно смело переложить на плечи профессионалов. И тогда об этих заботах будет приятно вспомнить через года, наслаждаясь уютом и комфортом в хорошем добротном доме.

Читайте также: