Как проводится расчет балки деревянной?

Расчет деревянных балок перекрытия

Правильный подбор балок, точность их размеров является определяющим фактором для надежности всего перекрытия. Деревянные балки перекрытия изготавливаются после точного расчета их длины и сечения. Длина их зависит от ширины будущего перекрытия, а сечение рассчитывается исходя из шага установки, планируемой нагрузки и длины пролета. В этой статье будут описаны некоторые нюансы выбора балок, указана методика их расчета.

Длина деревянных балок перекрытия, их количество и размеры определяются после проведения измерений пролета, который планируется перекрыть с их помощью. Важно учитывать глубину, на которую балки будут введены в стены, как они будут в них закреплены.
В стены, сложенные из блоков и кирпича, балки должны заходить на глубину не менее 150 мм (если они изготовлены из бруса) и на 100 мм – для досок. В деревянных домах балки врубаются в стены минимум на 70 мм.

Длина балок может быть равна пролету при использовании кронштейнов или уголков: в этом случае металлические поддерживающие конструкции принимают на себя вес перекрытия и остальной нагрузки. 22(5)
Обычно ширина пролета, который может быть перекрыт с помощью деревянных балок – в пределах 2,5… 4,0 м. Максимальная длина балки из бруса или доски составляет 6 м. Если проект дома требует применения более длинных балок, необходимо использовать клееный брус или предусматривать возведение промежуточных опор (стен-перегородок).

Перекрытие передает балкам нагрузку, которая суммируется из собственного веса конструкции (включая вес межбалочного утеплителя и подшивных досок) и веса предметов, размещенных на перекрытии. Точный расчет выполнить можно только силами специальной проектной организации. Более простые способы расчета доступны для самостоятельного выполнения по следующей схеме.

Для чердачных перекрытий с подшивной доской (не несущих больших нагрузок, но утепленных минеральной ватой) справедливо утверждение о том, что на 1 м² в среднем действует нагрузка в 50 кг. В таком случае нагрузка на данное перекрытие будет равно: 1,3 × 70 = 90 кг/м² (согласно СНиП 2.01.07-85 цифра 70 (кг/м²)– нормированная нагрузка для данного перекрытия; 1,3 – коэффициент запаса прочности). Общая нагрузка равна 90 50 = 130 кг/м².
Если межбалочный утеплитель тяжелее, чем минеральная вата или использовалась подшивка из толстых досок, то нормативную нагрузку считают равной 150 кг/м². Тогда: 150 × 1,3 50 = 245 кг/м² — общая нагрузка.
Для мансарды к числу составляющих факторов нагрузки прибавляется масса напольного покрытия, мебели и других предметов интерьера. Расчетная нагрузка в этом случае увеличивается до 350 кг/м².
Если балки являются частью межэтажного перекрытия – расчетная нагрузка принимается равной 400 кг/м².

Определив длину балок и зная расчетную нагрузку, можно рассчитать шаг балок деревянного перекрытия и их сечение (в случае применения бревен – диаметр). Эти величины связаны между собой. Для этого пользуются следующими правилами.

Оптимальное соотношение высоты балки к ширине — 1,4:1. Деревянные балки перекрытия, размеры которых зависят от вышеуказанных параметров, могут быть шириной в пределах 40… 200 мм. Высота или толщина деревянных балок перекрытия подбирается соответствующей толщине утеплителя и обычно варьируется от 100 до 300 мм. Если используются бревна – их диаметр находится в пределах 110… 300 мм.
Шаг укладки балок выбирают в диапазоне 300… 1200 мм, причем также принимают во внимание размеры листов утеплителя и материала подшивки. В случае возведения каркасных строений шаг балок должен быть равен расстоянию между стойками каркаса. shema146
Допустимый изгиб балок – 1/200 (для чердаков) и 1/350 – для межэтажных перекрытий. Приведено соотношение к длине перекрываемого пролета.
Расчет сечения деревянных балок перекрытия можно выполнить (кроме вышеуказанных способов), воспользовавшись таблицами специальной справочной литературы. Существуют также специальные компьютерные программы.
К примеру, для расчетной нагрузки 400 кг/м², соответствующей межэтажным перекрытиям, соотношение между шагом, шириной пролета и сечением следующее:

для шага 0,6 м и ширине пролета в 2,0 м сечение должно быть не менее 75×100 мм;
для шага 0,6 м и ширине пролета в 3,0 м сечение должно быть не менее 75×200 мм;
для шага 0,6 м и ширине пролета в 6,0 м сечение должно быть не менее 150×225 мм;
для шага 1,0 м и ширине пролета в 3,0 м сечение должно быть не менее 100×150 мм;
для шага 1,0 м и ширине пролета в 6,0 м сечение должно быть не менее 175×250 мм.

Основные требования к балкам перекрытия
Балки изготавливают из древесины хвойных деревьев: она обладает достаточной прочностью. Влажность материала не должна превышать 14%: превышение этого параметра может стать причиной прогиба лаг под нагрузкой.
Не допускаются пороки древесины, такие как синюшность, поражение плесенью, насекомыми-вредителями и грызунами.
Перед укладкой балки обрабатывают антисептическим составом.
Балка будет устойчива к изгибу, если ее стороны имеют соотношение по размерам как 7:5 (для брусьев).
Прочность на изгиб определяется высотой лаг: чем больше значение этого параметра – тем большую нагрузку без прогиба выдержит балка.
Чтобы перекрытие оставалось ровным даже под воздействием нагрузки, следует вытесать строительный подъем. Потолок нижнего яруса в этом случае будет иметь небольшой подъем в центральной части, но с увеличением нагрузки на перекрытие, он выровняется.
При частой укладке лаг брусья и бревна допускается заменять досками, уложенными на ребро.
Расход древесины будет более экономичным при изготовлении балок толщиной 50 и высотой 150… 180 мм. Ширина шага укладки при этом должна быть 400… 600 мм (это удобно для укладки плит утеплителя)

Как проводится расчет балки деревянной?

Чтобы посчитать сечение деревянной балки — необходимо собрать нагрузку, действующая на балку. В зависимости от длительности действия нагрузки разделяют на постоянные и временные.

К постоянным нагрузкам относятся:

• собственный вес деревянной балки;
• собственный вес перекрытия, чердачного перекрытия и т.д.;

К временным нагрузкам относятся:

• длительная нагрузка (полезная нагрузка, принимается в зависимости от назначения здания);
• кратковременная нагрузка (снеговая нагрузка, принимается в зависимости от географического расположения здания);
• особая нагрузка (сейсмическая, взрывная и т.д. В рамках данного калькулятора не учитывается);

Нагрузки на балку разделяют на два типа: расчетные и нормативные. Расчетные нагрузки применяются для расчета балки на прочность и устойчивость (1 предельное состояние). Нормативные нагрузки устанавливаются нормами и применяется для расчета балки на прогиб (2 предельное состояние). Расчетные нагрузки определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент нагрузки по надежности. В рамках данного калькулятора расчетная нагрузка применяется при определении прогиба балки в запас.

Нагрузки можно собрать на нашем сайте.

После того как собрали поверхностную нагрузку на перекрытие, измеряемой в кг/м2, необходимо посчитать сколько из этой поверхностной нагрузки на себя берет балка. Для этого надо поверхностную нагрузку умножить на шаг балок(так называемая грузовая полоса).

Например: Мы посчитали, что суммарная нагрузка получилась Qповерхн.= 400кг/м2, а шаг балок 0,6м. Тогда распределенная нагрузка на деревянную балку будет: Qраспр.= 400кг/м2 * 0,6м = 240кг/м. Эта нагрузка вносится в калькулятор

2. Выбор предельного прогиба

В зависимости от назначения балки и ее пролета задаем вертикальный предельный прогиб по таблице 19 из СНиП 2.01.07-85* (Нагрузки и воздействия) Пункт2.а. Смысл вертикального прогиба заключается в следующем: например, прогиб l/250 означает, что для балки длинной 4м предельный вертикальны прогиб равен fult = 4м / 250 = 0,016м = 16мм в месте максимального прогиба для балки. Для балки на двух опорах загруженной равномерно или с сосредоточенной нагрузкой посередине балки — максимальный прогиб будет посередине пролета. Для консольной балки максимальный прогиб — на свободном конце балки.

3. Задание ширины искомого сечения балки.

В зависимости от конструктивных требований задаем ширину сечения балки. Расчет деревянной балки сводится к тому, что необходимо подобрать требуемую высоту hтр сечения деревянной балки, которое способно выдержать заданную нагрузку и не превысить заданный предельный прогиб.

Алгоритм расчета деревянной балки, используемый в данном калькуляторе

По заданной нагрузке и пролету производится построение эпюры моментов и поперечной силы. Эпюра поперечной силы находится для информации (чтобы знать какая нагрузка давит на опоры балки) и в расчете не используется. Эпюра зависит от схемы нагружения балки, вида опирания балки. Строится эпюра по правилам строительной механики. Для наиболее частоиспользуемых схем нагружения и опирания существуют готовые таблицы с выведенными формулами эпюр и прогибов.

2. Расчет по прочности и прогибу

После построения эпюр производится расчет по прочности (1 предельное состояние) и прогибу (2 предельное состояние). Для того, чтобы подобрать балку по прочности, необходимо найти требуемый момент инерции Wтр и hтр и из таблицы рекомендуемого сортамента выбрать подходящее сечение высотой равное hтр деревянной балки по ширине сечения (b) и по Wтр. Следует отметить, что калькулятор подбирает именно по Wтр, нахождение hтр сделано для наглядности, чтобы видеть какая высота сечения должна быть. Для подбора деревянной балки по прогибу находят требуемый момент инерции Iтр, который получен из формулы нахождения предельного прогиба. И также из таблицы сортамента пиломатериалов подбирают подходящее сечение.

3. Подбор деревянной балки из таблицы сортамента пиломатериалов по ГОСТ 244454-80

Из двух результатов подбора (1 и 2 предельное состояние) выбирается сечение с большей выстой сечения.

Строительные калькуляторы — ProstoBuild.ru

• Просмотров: 0
• Автор: PavlovAlexey
• Дата: 1-12-2018, 10:25

Пример расчета деревянного перекрытия

Основной задачей расчета деревянного перекрытия является подбор сечения и шага деревянных балок. Шаг деревянных балок обычно принимают 0.5-1.5м, а сечение приходится рассчитывать. Непосредственно этой задачей мы и будем заниматься в данном примере.

Расчет перекрытия будем вести между 1-ым и 2-ым этажами. Зададимся исходными данными.

1. Размер перекрытия 4х6 м (балки располагаем по стороне 4 метра)
2. Шаг балок – 0.6 м
3. Порода древесины – сосна
4. Сорт древесины – 2 сорт
5. Состав перекрытия:

a. Балка перекрытия (для примерного подсчета нагрузки от собственного веса возьмем сечение 200х100)
b. Черепной брусок 40х40 (крепим к балке перекрытия)
c. Щит наката толщиной 20 мм
d. Шумоизоляция толщиной 140 мм (пусть плотность равна 100 кг/м3)
e. Черновой пол толщиной 50 мм
f. Чистовой пол толщиной 15 мм

Для начала соберем распределенную нагрузку на балку.

Все постоянные и временные нагрузки на балку сведем в таблицу:

Сперва найдем все нормативные нагрузки на площадь (кг/м2) – столбец №3.

3.1 Для определения нормативной нагрузки в кг/м2 для балок перекрытия воспользуемся следующим методом: найдем массу всех балок перекрытия и разделим на площадь, которую они перекрывают (4,8х4м).
Масса одной балки – 0.2м * 0.1м * 4м * 500 кг/м3 = 40 кг
Масса всех балок – 40 кг * 9 шт = 360 кг
Нормативная нагрузка в кг/м2 от балок перекрытия – 360 кг / 4,8м / 4м = 18,75 кг/м2

3.2 Для определения нагрузки от черепного бруска воспользуемся тем же методом:
Масса одного бруска – 0,04м * 0,04м * 4м * 500 кг/м3 = 3,2 кг
Масса всех брусков – 3,2 кг * 18 шт = 57,6 кг
Нормативная нагрузка в кг/м2 от черепного бруска – 57,6 кг / 4,8м / 4м = 3 кг/м2

3.3 Щит наката – 0,02 м * 500 кг/м3 = 10 кг/м2
3.4 Шумоизоляция – 0,14 м * 100 кг/м3 = 14 кг/м2
3.5 Черновой пол – 0,05 м * 500 кг/м3 = 25 кг/м2
3.6 Чистовой пол (паркет) – 0,015 м * 650 кг/м3 = 9,75 кг/м2
3.7 Полезную нагрузку на перекрытие 2-ого этажа найдем в СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» таблица 8.3. Нормативное значения равномерно распределенной нагрузки будет как для квартир жилых зданий и равна 1,5 кПа или 150 кг/м2.

Запишем все полученные значения в 3-ий столбец таблицы.

После того, как нашли нагрузку на площадь – переведем ее в нагрузку на погонный метр балки. Сделать это легко, нужно просто умножить нагрузку на площадь (столбец №3) на грузовую ширину балки 0,6м (шаг между балками).

4.1 Балки перекрытия – 18,75 кг/м2 * 0,6 м = 11,25 кг/м
4.2 Черепной брусок – 3 кг/м2 * 0,6 м = 1,8 кг/м
4.3 Щит наката – 10 кг/м2 * 0,6 м = 6 кг/м
4.4 Шумоизоляция – 14 кг/м2 * 0,6 м = 8,4 кг/м
4.5 Черновой пол – 25 кг/м2 * 0,6 м = 15 кг/м
4.6 Чистовой пол (паркет) – 9,75 кг/м2 * 0,6 м = 5,85 кг/м
4.7 Полезная нагрузка – 150 кг/м2 * 0,6 м = 90 кг/м

Так же сведем все полученные значения в 4-ый столбец таблицы и просуммируем их, для дальнейшего определения прогиба данной балки.

Далее, руководствуясь разделами 7 и 8 СП 20.13330.2016, расставим коэффициенты надежности по нагрузке (чем меньше вероятность точного подсчета нагрузки, тем больше коэффициент надежности по нагрузке).

Для заполнения 6-ого столбца таблицы перемножим 3-ий и 5-ые столбцы.
Для заполнения 7-ого столбца таблицы перемножим 4-ый и 5-ые столбцы.
Значения в 7-ом столбце просуммируем для дальнейшего расчета на прочность.
Все эти нагрузки Вы также могли бы посчитать в нашем калькуляторе по сбору нагрузок на балку.

Как видно на рисунке – наша посчитанная расчетная нагрузка 174,96 кг/м практически совпадает с нагрузкой в калькуляторе 172,5 кг/м.

При расчете балки на прочность будем руководствоваться СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» и основная наша формула будет выглядеть следующим образом:

Формула говорит о том, что максимально изгибающий момент в балке M, деленный на момент сопротивления сечения Wрасч, должен быть не более расчетного сопротивления дерева на изгиб Rи.
Зная M и Rи мы найдем Wрасч, а зная Wрасч, мы сможем найти геометрические размеры сечения нашей балки.
Максимальный изгибающий момент M в нашем случае мы можем найти по простой формуле:

где q – расчетная нагрузка на метр балки (174,96 кг/м)
L – пролет балки (по факту он будет чуть-чуть меньше наших 4 метров за счет величины опирания балки, но мы будем принимать 4 м)

Также максимальный момент можно рассчитать у нас в калькуляторе балки.

Расчетное сопротивление дерева на изгиб Rи найдем по формуле

Сильно вникать в формулу не будем, но если кратко, то берется расчетное сопротивление в идеальных условиях и умножается на ряд коэффициентов, которые чаще всего уменьшают нам расчетное сопротивление. В нашем случае, согласно пунктов 6.1 и 6.9 СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции», мы умножаем на следующие коэффициенты:

Mдл = 0.66 – коэффициент, характеризующий режим работы балки (для совместного действия постоянной и кратковременной нагрузки).
Mв = 0.9 – нормальные условия эксплуатации (влажность древесины меньше 12%, максимальная относительная влажность воздуха при 20 градусах – 65%)
Mт = 0,85 – для температуры воздуха в эксплуатируемом помещении 22 градуса
Mсс = 0,9 – для срока службы сооружения 75 лет
По таблице 3 данного СП расчетное сопротивление для 2 сорта древесины равно 19,5 МПа. Умножим это сопротивление на вышеперечисленные коэффициенты.

8,86 Мпа – это то сопротивление, которое мы дальше будем принимать в расчетах.

Зная максимально изгибающий момент М и расчетное сопротивление дерева на изгиб Rи, найдем момент сопротивления сечения Wрасч как для прямоугольного сечения:

Зная формулу момента сопротивления W, можем задать ширину либо высоту сами и найти неизвестную величину, либо задать отношение высоты к ширине и решить уравнение.

Где b – ширина сечения, h – высота сечения

Рассмотрим 1-ый вариант и зададим ширину сечения b= 75 мм.

Принимаем h = 200 мм. Следовательно, имеем сечение 200х75 мм, которое проходит по прочности.
Для интереса можем узнать момент сопротивления в этом калькуляторе

Как видно на рисунке, полученное значение 500 000 мм3 получилось больше нашего расчетного 394 943 мм3, а значит, мы все сделали правильно!

Конечно же, у нас был и калькулятор расчета балки на прочность, в котором можно сразу получить ответ. Давайте же проверим результат и там:

Прочность на рисунке обеспечена с небольшим запасом, как и у нас в расчете.
Далее рассчитаем данное сечение на прогиб.

Если балка проходит по прочности, это совсем не значит, что она проходит по прогибу. Может получиться так, что балка сильно провисла, но прочность свою не потеряла, но из-за большого прогиба, человек будет крайне некомфортно себя чувствовать в таком помещении. Поэтому (и не только) прогибы не должны превышать значений, установленных в СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».

Придерживаться будем таблице Д.1 из вышеуказанного СП:

Для балок пролетом 3 метра максимальный прогиб L/150, а для балок пролетом 6 метров – L/200. Методом интерполяции найдем отношение для нашей балки (4 метра).

А, значит, максимальный прогиб = L/167 = 4000 / 167 = 23,95 мм.

Теперь найдем фактический прогиб нашей балки от нормативной нагрузки на метр, которая у нас получилась 138,3 кг/м, по следующей формуле:

где q = 138,3 кг/м или 1,383 Н/мм
L = 4000 мм
E – модуль упругости дерева 10000 Мпа
I – момент инерции прямоугольного сечения (b*h*h*h/12 = 75*200*200*200/12 = 50000000 мм4, также это значение можно найти в калькуляторе моментов инерции)

Получаем, что фактический прогиб 9,22 мм меньше предельного прогиба 23,95 мм, а, значит, балка сечением 200х75 мм проходит по прогибу.
Прогиб балки проверим еще у нас в расчете:

Прогиб в программе (9,77 мм) почти совпал с посчитанным прогибом (9,22 мм).

Вывод.
Деревянная балка сечением 200х75 мм проходит как по прочности, так и по прогибу.
В ближайшее время еще сделаю онлайн расчет по расчету/подбору балок для деревянного перекрытия, так что подписывайтесь на обновления и не забывайте поблагодарить автора, мне это будет очень приятно.

Проектирование и установка несущих балок

Выбор типа балок и перекрытий любого строения зависит от типа дома. Для деревянных, каркасных, панельно-каркасных и других легких конструкций оптимальным вариантом будет использование клееной древесины в качестве материала балок, опор, столбов и перекрытий. Благодаря этому значительно облегчается и упрощается конструкция, снижается общий вес здания, обеспечивается большая теплоизоляция.

Несущим основанием каркаса деревянного перекрытия служат деревянные потолочные балки, являющиеся основным элементом схемы силового каркаса дома. Каждая несущая балка воспринимает нагрузку собственного веса, массу материалов заполнения, а также все действующие эксплуатационные нагрузки, распределяя их на прогоны, опоры или столбы.

Нагрузки на несущие балки и перекрытия складываются из двух расчетных нагрузок – временной и постоянной. К первой относится масса мебели, оборудования и пр. переменных, которые несёт на себе конструкция. Отдельно проводится расчет на балки в помещениях с котельным и сантехническим оборудованием. Про проектировании постоянная расчетная нагрузка определяется из собственного веса конструкции, который воспринимает несущая балка, и зависит она от типа перекрытия, утеплителя и пр. составляющих. Так, при расчете несущих балок чердачных перекрытий показатель временной нагрузки, как правило, принимается равным 1050 Н/м2, а для балок цокольных межэтажных перекрытий — 2100 Н/м2.

Каждая несущая деревянная балка перекрытия должна полностью соответствовать предъявляемым требованиям. Исходным материалом может быть кругляк, брус или доски, установленные на ребро. В последнее время пользуются популярностью несущие балки из клееного бруса, имеющие более высокие прочностные характеристики.

Монтаж балок ведется «маячным» способом – вначале производится установка несущих крайних балок, затем промежуточных. Точность установки крайних балок проверяется ватерпасом или уровнем. Промежуточные балки монтируются с помощью рейки и шаблона. Для выравнивания используются обрезки просмоленных досок различной толщины. Нельзя подкладывать под концы балок случайные щепки.

В домах из бревна или бруса балки перекрытия врубаются в верхние венцы, в каркасных зданиях укладываются на горизонтальные обвязки и крепятся гвоздями. При установке в каменные стены несущая балка заделывается торцом, обрезанным под углом 60-80°. Концы несущих балок при толщине стен до 2 кирпичей могут быть утеплены деревянными коробами после предварительного смоления. При монтаже в толстые стены (от 2,5 кирпичей) концы балок не закрываются, оставляя доступ воздуха. Это позволяет избежать скопления влаги. Каждая третья балка крепится анкерными болтами.

У нас вы можете заказать поставку на объект, проектирование и монтаж несущих балок из клееного бруса. Для этого свяжитесь с нами по телефонам +7 (812) 655-0-773 +7 (812) 655-0-773 (Санкт-Петербург), +7 (926) 211-28-88 +7 (926) 211-28-88 (Москва).

Как рассчитать деревянной балки: Как рассчитать нагрузку на деревянные балки перекрытия в жилых домах? Обзор +Видео

Дерево до сих пор пользуется огромной популярностью в строительстве домов, и ведь не зря. Древесина обладает такими уникальными качествами как прочность, надежность, долговечность, экологическая чистота, а хвойные породы, благодаря наличию в составе смол, обогащают воздух, дезинфицируют его, создают благоприятный микроклимат в помещении.

Материал применяется для обустройства перекрытий в жилых домах, а для правильного расчета деревянной балки многие пользуются либо онлайн калькулятором, либо услугами профессионалов. Расчёты необходимо проводить в обязательном порядке, это обеспечивает длительный срок эксплуатации.

Для строительства деревянного дома, специалисты совершают расчет нагрузки на деревянные балки. Кроме того, в строительной сфере есть понятие определения прогиба досок.

На любом этапе застройки зданий необходимо проводить математические расчеты

Расчеты необходимы для всех используемых элементов, в противном случае вас постигнет неудача. Прежде чем начать закупку материалов для строительства, проведите расчет прогиба деревянных балок. Это обеспечит надежность будущей постройки, а вы будете уверены в качественном выполнении работ.

Определение прогиба и несущей способности перекрытий дело непростое, поэтому к нему нужно подойти со всей ответственностью. Расчёты помогают определить какое количество материала необходимо закупить, а также, каких размеров должны быть балки.

Измерить пролет

Первым делом необходимо измерить пролёт, который будет перекрываться балками из древесины. Также, не забывайте продумать все нюансы способов закрепления элементов конструкции. В этой ситуации, вам необходимо определит, как глубоко элементы фиксации будут погружены в стены. Это позволит вам сделать точный расчет несущих способностей деревянной балки.

Длина деревянных балок, даст вам возможность для точного расчета необходимых параметров, в том числе и прогиба. Эти показатели обусловливаться длиной пролёта. Также, важно учитывать и то, что расчет производится с неким запасом.

Примечание.

Балки из дерева, заходящие в стены, рассчитываются с учетом данного параметра.

Учитывать материал

Делая расчет деревянной балки на прочность, вы должны брать во внимание материал, который используется для застройки. В кирпичных домах, балки перекрытия устанавливаются в специальные гнезда, с глубиной 10 – 15 см. для деревянных домов есть иные параметры СНиП. В данном случае, глубина гнезд должна составлять 7 – 9 см. Параметры глубины гнезд определяют несущую способность балок.

Использование при установке перекрытий хомутов или кронштейнов, длина балок должна соответствовать проемам. Иными совами, вы должны сделать расчет промежутка между стенами, получив в результате величину несущей способности.

Примечание.

Формируя скат кровли, балки необходимо вынести за пределы стен на 30 – 50 см.

Длина обрезной доски должна составлять не более 6 м. Иначе, это к уменьшению несущей способности, и увеличению прогиба. Современное строительство отличается тем, что пролеты в домах составляют порой отметки 10 – 12 м. такие размеры, предусматривают применение клееного бруса (прямоугольной формы или двутаврового). Для увеличения показателей стойкости, применяют установку опор. К примеру, зачастую ставят колоны или добавочные стены. Также, для удлинения пролета, часто применяют технологию монтажа ферм.

Для строительства малоэтажных зданий

Используются однопролётные перекрытия: доски, бревна, брусья. Их длина может быть самой разнообразной, но в любом случае зависеть от габаритов здания.

Деревянные брусья берут на себя роль несущей конструкции. Их сечение должно составлять 14 -25 см, толщина 5,5 см – 15 см. Такие размеры – самые часто применяемые в строительстве домов. На практике, довольно часто применяется перекрестная схема установки перекрытий. Это дает возможность максимально укрепить конструкцию, не затрачивая дополнительные материалы и время в работе.

Оптимальная длина пролёта в процессе расчета деревянных балок перекрытия, составляет 2,5 – 4 м. Лучшее сечение для балок перекрытия – в соотношении высоты-ширины 1,5:1.

В строительстве существуют определенные формулы расчетов деревянных балок и необходимых параметров, которые выработались за годы непрерывной практики.

Формулы расчета деревянных балок на изгиб

M / W М – момент прогиба, измеряемый в кгс х м.

• W – уровень сопротивления, измеряемый в см 3 .
• M = ( ql 2 ) / 8
• Две переменные в данной формуле, помогают рассчитать нагрузку на деревянную балку.
• q – нагрузка, которую может выдерживать балка.
• l – длина балки перекрытия.

Примечание.

Результат, полученный от методологии расчета деревянных балок и степени прогиба, находится в непосредственной зависимости от используемого материала и метода обработки.

Важность расчета деревянных балок настолько велика, что от него зависит прочность всей дальнейшей конструкции здания. Не важно, насколько прочный брус вы используете для строительства, в процессе эксплуатации, он все равно потеряет свои первоначальные свойства. Под давлением и оказанной нагрузкой всей конструкции, балки начнут прогибаться, и чем больше времени пройдет, тем хуже.

Превышение показателей в 1/250 от всей длины доски перекрытия, увеличивает возможность создания ситуации аварийного обрушения. Именно поэтому, специалисты советуют не относиться халатно к расчетам деревянных балок перекрытий в жилом доме, и в случае если вы не сможете сделать при помощи калькулятора расчета деревянных балок самостоятельно, обратитесь к профессионалам.

Как проводится расчет балки деревянной?

Сегодня для строительства используются разнообразные материалы, но чаще всего пользуются спросом деревянные балки. Они применяются для сооружения стропильной системы, для организации перекрытий чердаков, подвалов и между этажами. Именно деревянные конструкции используются при сооружения пола по лагам. Этот материал отличается прочностью, возможностью выдерживать многочисленные нагрузки, экологичностью и относительно невысокой стоимостью. Если используется деревянная балка, необходимо предварительно провести расчеты, касающиеся сечения брусьев, их длины. Если опыта нет, то работу лучше доверить специалистам.

Схема монтажа балок перекрытия.

Нагрузки на деревянные конструкции

Если используются балки перекрытия, следует учесть, какая нагрузка будет оказываться в целом. При этом учитывается:

• собственный вес деревянной балки;
• вес от межбалочного заполнения, т. е. утеплителя, гидроизоляции и прочего;
• обшивка.

Расчет выполняется с учетом того, какой утеплитель используется, какой шаг балок принимается (от этого зависит количество материала). Следует к вопросу утепления отнестись серьезно. Холодный чердак приведет к повышению расходов на отопление, это примерно 15% дополнительных затрат. Для утепления чердака можно приобретать стекловолокно или базальтовые плиты. Они относительно легкие и монтируются быстро.

Формула расчета прогиба балки.

Учитывается вес от мебели, техники и людей. Обычно значение берется в среднем в 50 кг/м² для подшивки и межбалочного наполнителя. Эксплуатационная нагрузка по СНиП 2.01.07-85 для перекрытия в таком случае будет равна:

70 * 1,3 = 90 кг/м², при этом

«70» – норматив, а 1,3 – так называемый коэффициент запаса.

Общее значение составляет:

50 + 90 = 130 кг/м².

Следует значение округлить в большую сторону, получается цифра 150. Если для утепления будет приобретаться тяжелый материал, то общее значение будет иным. Оно составит 245 или 250 кг/м².

50 + 1,3*150, где 150 кг/м² – это нормативное значение.

Если чердак используется в качестве жилой площади, то расчетный уровень нагрузки повышается уже до 350 кг/м².

Об этом не стоит забывать, иначе конструкция не получится столь прочной, как это необходимо. Для обычных межэтажных используется нормативное значение в 350-400 кг/м².

Сечение и прочие параметры

Для измерения сечения балок из древесины используются такие данные, как:

Таблица 1. Выбор сечения стропильных систем.

• длина изделия для устройства перекрытия – L;
• высота изделия – h;
• ширина балки – s.

Для строительных работ рекомендуется применять изделия прямоугольного сечения, при этом высота и ширина должны находиться в пропорции 1,4:1. Оптимальная высота должна составлять 100-300 мм, а ширина – 40-200 мм (зависит от назначения укладки материала). При выборе высоты необходимо ориентироваться на то, какой именно теплоизолятор будет покупаться, так как после укладки он должен идти вровень с поверхностью, не образовывать после зашивки полостей и зазоров.

Если же для работы применяются бревна, то диаметр лучше всего брать равным 110-300 мм – это самый оптимальный размер. При устройстве перекрытия из деревянных брусьев внимание следует уделить тому, каким будет шаг укладки. Он может быть равен 30-120 см, все зависит от особенностей будущего строения и предполагаемых нагрузок. Часто шаг выбирается исходя из того, каким будет утеплитель. Для строительства дома по каркасной технологии он должен быть равен используемому шагу стоек. Например, если вертикальные стойки стен монтируются с шагом в 60 см, то и расстояние между лагами делается равным 60 см.

Как вычисляются данные? Есть специально разработанные нормативы, по ним и проводится любой расчет. Пользуясь ими, необходимо помнить, что прогиб для межэтажного перекрытия может составлять 1/350, а для чердачного – 1/200 длины изделия.

Таблица 2. Допустимые сечения балок междуэтажных и чердачных перекрытий в зависимости от пролета при нагрузке 400 кг на 1 м2.

Например, когда проводится расчет с учетом сечения балки, соблюдаются такие шаги и длины пролета:

• сечение деревянного бруса 75*100 мм, шаг – 60 см, пролет – 200 см;
• 75*150 мм, шаг – 100 см, пролет – 200 см;
• 75*200 мм, пролет – 200 см и т.д.

Такие данные используются в том случае, когда сооружается межэтажное перекрытие при планируемой нагрузке в 400 кг/м². Если она будет на уровне 150-350 кг/м² для чердачного (реже межэтажного) перекрытия, то брать необходимо такие данные:

• нагрузка 150 кг/м², пролет в 300 см, сечение бруса 50*140 мм;
• 200 кг/м², пролет – 300 см, сечение бруса 50*160 мм и т. д.

Указанные данные приведены в таблице 1.

Если для сооружения перекрытия будут использоваться бревна, то для расчета применяются данные, указанные в таблице 2 (при весе в 400 кг/м²). При использовании приведенных данных для расчета необходимо помнить, что изделия следует брать цельные, не имеющие дефектов, в том числе трещин, гнили, выпадающих сучков.

При использовании деревянных брусьев для строительства стоит предельное внимание уделить расчетам. Это касается вычисления сечения и шага перекрытия, соответствие его длине пролета. Необходимо сразу провести все вычисления, не забыть, что для чердачных, подвальных и межэтажных конструкций нагрузки будут совершенно разными.

Особенности, типы и расчет деревянных балок перекрытия

Балки перекрытия из дерева обеспечивают не только прочность горизонтальной конструкции. Перекрытие предназначено для придания жесткости всему зданию. Именно по этой причине выбору несущих элементов и их установке стоит уделить особое внимание.

Плюсы и минусы перекрытия из дерева

Для монтажа перекрытия своими руками необходимо подготовиться. Пол в доме должен опираться на прочную и жесткую конструкцию. Перед началом работ придется изучить требования к элементам, особенности их расчета и типы сечений.

Можно выделить следующие преимущества деревянного перекрытия:

• привлекательный внешний вид, возможность сделать деревянный пол без дополнительных мероприятий;
• небольшой вес, снижение нагрузки на стены и фундаменты, экономия на строительстве;
• возможность проведения ремонтов в процессе эксплуатации;
• скорость монтажа, выполнение работ без дополнительных машин и механизмов.

Деревянные балки не утяжеляют конструкцию и быстро монтируются

Но также стоит выделить и недостатки:

• горючесть древесины, потребность в специальной пропитке антипиренами;
• меньшая по сравнению с железобетонными или металлическими элементами прочность;
• усадка и деформации при перепадах температур и влажности;
• подверженность гниению, грибку и плесени при повышенной влажности, необходимо выполнять обработку антисептиками на стадии строительства и периодически в течение срока службы.

Требования к деревянному перекрытию

Деревянные балки перекрытия должны соответствовать следующим требованиям:

• соответствие размеров сечения нагрузке, пролету и шагу, для этого нужен расчет балок;
• хорошая прочность и жесткость;
• пожарная безопасность;
• отсутствие серьезных дефектов древесины и повреждений.

Для работы необходимо заготовить качественный материал

Также существуют определенные требования к материалу, из которого изготовлены балки. Рекомендуется выбирать древесину хвойных пород. Она содержит много смолы, поэтому лучше сопротивляется различным микроорганизмам. Лучшим материалом считаются те деревья, которые выросли в суровых условиях. Плотность ствола у них выше. По этой причине закупать стоит сосну или ель, которые выросли в северных регионах страны.

Также нужно обратить внимание на время заготовки. Лучшим считается период в конце зимы. В это время дерево находится в спящем состоянии, в нем меньше соков, поэтому и влажность материала будет меньше.

Какими бывают деревянные перекрытия

Балки перекрытия деревянные используются практически для всех уровней дома. Балочный каркас необходимо предусмотреть для следующих типов конструкции:

• подвальное или цокольное перекрытие (пол первого этажа);
• междуэтажное перекрытие;
• чердачное перекрытие.

Толщина несущего бруса для чердака составляет от 10 до 20 см

От типа зависит нормируемая полезная нагрузка, которая берется в расчет деревянных балок перекрытия. Также разница будет в толщине утеплителя и его необходимости.

Между балками над подвалом обычно укладывают от 5 до 15 см минеральной ваты, пенопласта или экструдированного пенополистирола. В междуэтажных конструкциях достаточно будет предусмотреть пару сантиметров для звукоизоляции. На холодном чердаке требуется больше всего материала. Здесь толщина может составлять от 10 до 20 см. Точные значения зависят от климатического района строительства.

Между балками подвального перекрытия укладывают минеральную вату

Иногда подвальное перекрытие предпочитают делать не из дерева, а из металла и железобетона. В этом случае в качестве несущих балок используют двутавр или швеллер, а бетон заливают в опалубку из профлиста. Такой вариант будет надежнее при вероятности подтопления. Также он будет лучше сопротивляться сырости из подвала.

Какие бывают балки

Существует несколько признаков, по которым проводят классификацию деревянных балок перекрытий: по размерам, материалу, типу сечения. Длина балок перекрытия зависит от расстояния между стенами. К этой величине нужно прибавить запас на опирание с двух сторон. Оптимально нужно предусмотреть по 200—250 мм.

По материалу элементы разделяют на следующие виды:

• из цельного бруса или доски;
• из клееного бруса.

Из клееного бруса изготавливают гнутые балки

Последние стоят существенно дороже. Но зато такой материал подойдет для перекрытия больших пролетов. Обычная балка может работать на 4—6 м, в то время как клееная хорошо справляется с расстояниями 6—9 м. Клееный брус практически не дает усадки, пожаробезопасен и устойчив к действию влаги. Можно изготовить не только линейные элементы, но и гнутые. Существенным недостатком такого материала будет наличие ненатуральных компонентов (клей).

Сечение балок может быть следующих типов:

• квадратное;
• прямоугольное;
• двутавровое.

Последнее имеет уширенные элементы в верхней и в нижней части. В середине сечения оно уменьшено до максимально возможных размеров. Такой вариант позволяет рационально использовать древесину и сократить ее расход. Но изготовить такой элемент непросто. По этой причине двутавр не так часто применяют в строительстве.

Чаще всего применяют брус прямоугольной формы

Оптимальным вариантом станет прямоугольник. При этом длинная сторона располагается вертикально, а короткая — горизонтально. Это обусловлен тем, что увеличение высоты лучше влияет на прочность, чем ширины. Устанавливать балку из доски плашмя практически бесполезно.

Самым невыгодным из представленных может считаться квадратное сечение. Оно меньше всех подогнано под эпюру усилий в элементе.

Также для перекрытия можно использовать бревна. Но этот вариант не получил популярности. Сечение из доски намного выгоднее и удобнее в монтаже, поэтому используется намного чаще.

Расчеты

Расчет сечения позволит не сомневаться в прочности и жесткости конструкции. При этом определяется максимальная длина, которая допускается при каком-либо сечении. Чтобы выполнить расчёт, нужны следующие данные:

• длина деревянной балки перекрытия (точнее, расстояние между несущими стенами);
• расстояние между балками (их шаг);
• нагрузка на конструкцию.

Для расчета нужно знать расстояние между балками, ширину пролета и нагрузку на конструкцию

Нагрузка складывается из двух значений: постоянного и временного. Постоянное включает в себя массу самих балок (пока предварительную), утепление, подшивка потолка, черновой и чистый пол. Временная нагрузка — это масса людей и мебели. По нормативным документам для жилых помещений она принимается равной 150 кг/м2. Для чердака можно взять меньше, но рекомендуется — такую же. Это не только обеспечит определенный запас прочности, но и даст возможность в будущем переоборудовать свой чердак в мансарду без реконструкции несущих элементов.

Балочный каркас следует рассчитывать по таким формулам:

• Mmax = (q*l2)/8;
• Wтреб = Мmax/130.

В этих формулах q — это нагрузка на кв. м перекрытия, которая включает в себя массу конструкций и 150 кг полезного значения. При этом указанные величины требуется умножить на расстояние между балками. Это вызвано тем, что 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 перекрытие. W = b*h2/6. Зная W, можно легко составить уравнение с одной неизвестной. Здесь достаточно лишь задать одну геометрическую характеристику b (ширину сечения) или h (его высоту).

Чаще всего деревянная балка уже имеет известную ширину. Удобнее изготавливать ее из доски шириной 50 или 100 мм. Также можно рассмотреть вариант с составным сечением. Его изготавливают из нескольких досок толщиной 50 мм.

Расчетом в указанном случае находят необходимую высоту элемента. Но бывают такие случаи, что нужно вписаться в определенный пирог перекрытия, чтобы не уменьшить высоту помещений. В этом случае в качестве известной величины в уравнение добавляют высоту сечения, а находят ширину. Но чем меньше высота, тем более неэкономичным будет каркас перекрытия.

Для стягивания двух или трех досок между собой удобно использовать металлические шпильки. При этом при закручивании гаек обязательно используют более широкие шайбы. Они предотвращают вдавливание металла в более мягкое дерево. Между деревом и стальными крепежами нужно обязательно предусмотреть изоляцию. Для этого можно использовать такой материал, как ТЕХНОЭЛАСТ марки ЭПП.

Деревянные бруски перед монтажом необходимо гидроизолировать

Перед использованием деревянных элементов их обрабатывают антисептическим составом. Это нужно для предотвращения заплесневения и загнивания. Также рекомендуется выполнить обработку антипиренами, которые повысят пожарную безопасность. При опирании прогонов на стену из кирпича или бетона их концы оборачивают техноэластом, линокромом, гидроизолом или рубероидом.

Каким образом делается расчет перекрывающих деревянных балок?

Выбирая деревянное перекрытие, прежде всего необходимо ориентироваться на экологичные свойства материала и его монтаж, то есть легкость во время проведения установочных работ. Перекрытие сможет прослужить долго в том случае, если все расчеты балок будут сделаны правильно и точно. Прочность такого типа балок достигается за счет определения размеров сечения.

Конструкция деревянного перекрытия

По причине того, что перекрытие из дерева не такое прочное и жесткое, как железобетонное перекрытие, его принято применять в домах, которые имеют в наличии не больше четырех этажей. Как правило, изготавливается деревянное перекрытие из хвойных пород дерева. Длинна каждой балки обычно может варьироваться от 5 до 6.5 метров. В случае, когда деревянное перекрытие устанавливается на расстоянии, которое будет кратно форме и размеру кирпича.

Каменные стены могут быть заделаны несколькими способами:

1. Глухой способ перекрытия.
2. Открытый способ перекрытия.

Однако стоит знать о том, что при использовании любого из этих способов необходимо также предусматривать меры предотвращения возможности образования конденсата, который может появляться в толщине стенных гнезд. Как правило, это стены, которые состоят из двух кирпичей. В более широких стенах такое явление вообще не наблюдается.

Глубина гнезд в зданиях, которые построены из каменного строительного материала для опоры балки устанавливается при условии кладки (0.6-0.8 h – высота). Самый маленький размер опоры может быть до 15 сантиметров, но, как правило, размер составляет от 80 до 200 миллиметров при условии того, что балка не будет доходить до стены и останется расстояние между ними в 3-6 сантиметров, для того, чтобы воздух мог свободно поступать к торцу.

Все балки должны быть обработаны антисептиками и изолированы при помощи двух сове гидроизоляции, а место между стеной и боком балки заполняется специальным приготовленным строительным раствором.

Каждая третья деревянная балка крепится с внешней стороны стены при помощи анкера. Он, в свою очередь, крепится одним концом к балке, а вторым – к стене. Между собой они также соединены. Настил может проводиться несколькими способами:

1. Укладка щитков и дощечек на черепные бруски. Делается это используя планки накладного типа.
2. Укладка сплошного типа щитов или досок на черепные бруски.

На слой утеплителя обычно устанавливают пароизоляционный слой. После чего проводится устройство чистого пола. Он может быть прикреплен к балкам из дерева или лагам. Последние укладываются на балки таким образом, чтобы остался зазор и была циркуляция воздуха в деревянном перекрытии.

Балки крепятся между собой с помощью особых креплений, выполненных из металла. Кроме того, стоит отметить, что напольное покрытие и потолок будут устанавливаются в соответствии со следующими факторами:

1. Архитекторское решение.
2. Показатели свойств касательно эксплуатации здания.

Определение размеров сечения деревянной балки при помощи специальных формул.

В основном компоненты чердачного или межэтажного перекрытия – это балки, которые содержат в себе один пролет и свободное опирание на стену (несущую), столб.

500 кг/м3 – это самая оптимальная нагрузка на балку для помещений со средним показателем эксплуатации. Для каких-либо уличных сооружений или более влажных помещений — 600 кг/м3.

75 МПа – это предел прочности хвойной породы древесины, которая работает на изгиб, а показатель жесткости определяет ее склонность к деформации при каких-либо нагрузках.

При среднестатистических условиях нагрузок конструкции при ее эксплуатации:

Е = 10 000 Мпа – вдоль волокон;

Поперек волокон показатель Е уменьшается почти в 50 раз.

На прочность дерева также оказывает немалое влияние температура воздуха. В случае, когда она повышается, происходит понижение упругости, следовательно, повышается хрупкость древесины. Такое же явление происходит и температуре ниже нуля.

При совершении расчетов конструкций бывают нагрузки двух видов:

1. Расчетные (умножение h на n – перегрузку).
2. Нормативные.

Надежность балки определяется по действию максимального момента изгиба:

σ — напряжение в балке;

Wр — расчетный момент сопротивления;

Rи — расчетное сопротивление по изгибу, которое для древесины хвойных пород равно 13 МПа.

Подбор сечения рассчитывается, исходя из требуемого момента сопротивления Wтр:

1. Для прямоугольного сечения:
2. Для круглых сечений:
3. Проверка жесткости производится на действие нормативных нагрузок:

f – предельный прогиб балки;

l – расчетный пролет балки в см;

f/l – относительный прогиб, который не должен превышать: 1/250 — для перекрытий между этажами; 1/200 – для перекрытий чердака;

J – момент инерции в см4;

qн — нормативная нагрузка в кг/пог. см;

Е = 10 000 МПа, 100 000 кг/см2 – модуль упругости древесины;

с – предельно допустимый коэффициент для отношения l/h, где h — высота сечения балки: 18.4 — для междуэтажных перекрытий; 23.0 – для чердачных перекрытий.

В случае, когда l ≤ ch, балки проверяются только на прочность. Если l > ch, они проверяются только на жесткость.

Для примера рассчитаем деревянную балку междуэтажного перекрытия. Пролет l = 4.5 м; вес перекрытия — g = 200 кг/м2; временная нагрузка p = 150 кг/м2; расстояние в плане между осями балок а = 0.9 м; материал балки — сосна Rи = 130кг/см2; m коэффициент условия работы — 1.0.

Расчетная нагрузка на 1 пог. м элемента:

q = (gнn + pнn1) х a = (200 х 1.1 + 150 х 1.4) х 0.9 = 387 кг/пог. м

n, n1 — коэффициенты надежности постоянной и временной полезной нагрузок.

Момент сопротивления, который необходим, определяется из условия прочности:

Основываясь на специальные таблицы с расчетами, можно подобрать прямоугольное сечение элемента – bхh. Принимаем брус 8х24 см (W = 768 см3). В рассматриваемом случае отношение l/h = 450 : 24 = 18.75, а предельно допустимое с = 18.4 — для междуэтажных перекрытий. Исходя из этого, расчет на прогиб не производится.

Расчет деревянной балки по графику

Чтобы подбор деревянных балок необходимого размера был проще и быстрее по вышеприведенным формулам можно составить графики, которые при значении l и q, способны вычислить ширину и высоту балки. Горизонтальная линия а-а – это определение границы, где расчет ведется либо на прочность, либо на прогиб.

Если точка пересечения l и h ниже линии а-а, расчет ведется на прочность по расчетной нагрузке, выше линии а-а — расчет ведется на прогиб по нормативной нагрузке. Данный график имеет такие показатели:

Е = 130 кг/см2; f = 1/250 l; Е = 100 000 кг/см2; mн = 1.0.

При условии изменения данных величин происходит повышение или понижение всех данных. Так, если брус, сечение которого составляет 14 сантиметров, то коэффициент условий работы будет 1.15 и тогда расчетное сопротивление будет следующим: Rи = 150 кг/см2, а для бревна коэффициент условий работы равен 1.25, при этом Rи = 160 кг/см2.

Для наглядности можно привести такой пример: l = 6.1 м; b = 26 см; l/h = 610:26 = 23.4 > 18.4 (расчет ведется на прогиб).

Для нормативной нагрузки по графику qн = 360 кг/м по графику b = 18.3 см.

f = 1/200 l. Так как график составлен для балок чердачного перекрытия, уточняем для междуэтажного перекрытия с относительным прогибом f/l = 1/250. 200/250 = 0.8; b = 0.8х18.3 = 14.64 сантиметров. Окончательно можно принять брус для балки перекрытия 15 на 260 сантиметров.

Во время подбора сечения высота деревянных балок должна быть больше ее ширины, потому что именно в таком положении она будет лучше работать на изгиб. Так что грамотно подобранный размер перекрывающих балок помогут во много сэкономить строительные материалы и ваши денежные средства.

Расчет балки на прогиб – формулы и инструкция

В инженерных и инженерно-строительных науках (сопротивление материалов, строительная механика, теория прочности), под балкой понимается элемент несущей конструкции, воспринимающаяся преимущественно на изгибные нагрузки, и имеющая различные формы поперечного сечения.

• Основные положения расчетных методик ↓
• Алгоритм расчета на жесткость ↓
• Определение моментов инерции и сопротивления сечения ↓
• Определение максимальной нагрузки и прогиба ↓
• Особенности расчета на прогиб ↓
• Разновидности балок, применяемых в строительстве ↓
• Деревянные ↓
• Стальные ↓

Конечно, в реальном строительстве, балочные конструкции подвержены и другим видам нагружения (ветровой нагрузке, вибрации, знакопеременному нагружения), однако основной расчет горизонтальных, многоопертых и жесткозакрепленных балок проводится на действие или поперечной, или приведенной к ней эквивалентной нагрузке.

Расчетная схема рассматривает балку как жесткозакрепленный стержень или как стержень, установленный на двух опорах. При наличии 3 и более опор, стержневая система считается статически неопределимой и расчет на прогиб как всей конструкции, так и ее отдельных элементов, значительно усложняется.

При этом, основное нагружение рассматривается как сумма сил, действующая в направлении перпендикулярному сечению. Целью расчета на прогиб является определение максимального прогиба (деформации) который не должен превышать предельных значений и характеризует жесткость как отдельного элемента (так и всей связанной с ней строительной конструкции.

Основные положения расчетных методик

Современные строительные методики расчета стержневых (балочных) конструкций на прочность и жесткость, дают возможность уже на стадии проектирования определить значение прогиба и сделать заключение о возможности эксплуатации строительной конструкции.

Расчет на жесткость позволяет решить вопрос о наибольших деформациях, которые могут возникнуть в строительной конструкции при комплексном действии различного вида нагрузок.

Современные методы расчета, проводимые с использованием специализированных расчетов на электронно-вычислительных машинах, или выполняемые при помощи калькулятора, позволяют определить жесткость и прочность объекта исследований.

Несмотря на формализацию расчетных методик, которые предусматривают использование эмпирических формул, а действие реальных нагрузок учитывается введением поправочных коэффициентов (коэффициенты запаса прочности), комплексный расчет достаточно полно и адекватно оценивает эксплуатационную надежность возведенного сооружения или изготовленного элемента какой-либо машины.

Несмотря на отдельность прочности расчетов и определения жесткости конструкции, обе методики взаимосвязаны, а понятия «жесткость» и «прочность» неразделимы. Однако, в деталях машин, основное разрушение объекта происходит из-за потери прочности, в то время как объекты строительной механики часто непригодны к дальнейшей эксплуатации из значительных пластических деформаций, которые свидетельствуют о низкой жесткости элементов конструкции или объекта в целом.

Сегодня, в дисциплинах «Сопротивление материалов», «Строительная механика» и «Детали машин», приняты два метода расчета на прочность и жесткость:

1. Упрощенный (формальный), при проведении которого в расчетах применяются укрупненные коэффициенты.
2. Уточненный, где используются не только коэффициенты запаса прочности, но и производится расчет контракции по предельным состояниям.

Алгоритм расчета на жесткость

Формула определения прочности балки на изгиб

Где:

• M – максимальный момент, возникающий в балке (находится по эпюре моментов);
• W_n,min – момент сопротивления сечения (находится по таблице или вычисляется для данного профиля), у сечения обычно 2-а момента сопротивления сечения, в расчетах используется Wx, если нагрузка перпендикулярна оси х-х профиля или Wy, если нагрузка перпендикулярна оси y-y;
• R_y– расчетное сопротивление стали при изгибе (задается в соответствии с выбором стали);
• γ_c – коэффициент условий работы (данный коэффициент можно найти в таблице 1 СП 16.13330.2011;

Алгоритм расчета на жесткость (определение величины прогиба) достаточно формализован и не представляет труда для овладения.

Для того, чтобы определить прогиб балки, необходимо в нижеприведенной последовательности выполнить следующие действия:

1. Составить расчетную схему объекта исследований.
2. Определить размерные характеристики балки и расчетных сечений.
3. Рассчитать максимальную нагрузку, действующую на балку, определив точку ее приложения.
4. При необходимости, балка (в расчетной схеме она заменятся невесомым стержнем) дополнительно проверяется на прочность по максимальному изгибающему моменту.
5. Определяется значение максимального прогиба, который характеризует жесткость балки.

Для составления расчетной схемы балки, необходимо знать:

1. Геометрические размеры балки, включая пролет между опорами, а при наличии консолей – их длину.
2. Геометрическую форму и размеры поперечного сечения.
3. Характер нагрузки и точки их приложения.
4. Материал балки и его физико-механические характеристики.

При простейшем расчете двухопорных балок, одна опора считается жесткой, а вторая закреплена шарнирно.

Определение моментов инерции и сопротивления сечения

К геометрическим характеристикам, которые необходимы при выполнении расчетов на прочность и жесткость, относится момент инерции сечения (J) и момент сопротивления (W). Для вычисления их величины существуют специальные расчётные формулы.

Формула момента сопротивления сечения

Определение максимальной нагрузки и прогиба

Формула определения прогиба

Где:

• q – равномерно-распределенная нагрузка, выраженная в кг/м (Н/м);
• l – длина балки в метрах;
• E – модуль упругости (для стали равен 200-210 ГПа);
• I – момент инерции сечения.

При определении максимальной нагрузки, необходимо учитывать довольно значительное число факторов, действующих как постоянно (статические нагрузки), так и периодически (ветровая, вибрационная ударная нагрузка).

В одноэтажном доме, на деревянный брус потолочного перекрытия будут действовать постоянные весовые усилия от собственного веса, расположенных на втором этаже простенков, мебели, находящихся обитателей и так далее.

Особенности расчета на прогиб

Конечно, расчет элементов перекрытий на прогиб проводится для всех случаев и обязателен при наличии значительного уровня внешних нагрузок.

Сегодня, все вычисления величины прогиба достаточно формализованы и все сложные реальные нагружения сведены к следующим простым расчетным схемам:

1. Стержень, опирающийся на неподвижную и шарнирно закрепленную опоры, воспринимающий сосредоточенную нагрузку (случай рассмотрен выше).
2. Стержень, опирающийся на неподвижную и шарнирно закрепленную на который действует распределенное нагружение.
3. Различные варианты нагружения жестко закрепощённого консольного стержня.
4. Действие на расчетный объект сложной нагрузки – распределенной, сосредоточенной, изгибающего момента.

При этом, методика и алгоритм расчета не зависят от материала изготовления, прочностные характеристики которого учтены различными значениями модуля упругости.

Разновидности балок, применяемых в строительстве

Современная стройиндустрия при возведении сооружений промышленного и жилого назначения, практикует использование стержневых систем различного сечения, формы и длины, изготовленных из различных материалов.

Наиболее большее распространение получили стальные и деревянные изделия. В зависимости от используемого материала, определение значения прогиба имеет свои нюансы, связанные со структурой и однородностью материала.

Деревянные

Современное малоэтажное строительство индивидуальных домов и загородных коттеджей практикует широкое использование лаг, изготовленных из хвойных и твердых пород древесины.

В основном, деревянные изделия, работающие на изгиб, применяются для обустройства напольных и потолочных перекрытий. Именно эти элементы конструкции испытают наибольшее действие поперечных нагрузок, взывающих наибольший прогиб.

Стрела прогиба деревянной лаги зависит:

1. От материала (породы древесины), который использовался при изготовлении балки.
2. От геометрических характеристик и формы попечённого сечения расчетного объекта.
3. От совокупного действия различного вида нагрузок.

Критерий допустимости прогиба балки учитывает два фактора:

1. Соответствие реального прогиба предельно допустимым значениям.
2. Возможность эксплуатации конструкции при наличии расчетного прогиба.

Стальные

Имеют более сложное сечение, которое может быть составным, выполненным из нескольких видов металлического проката. При расчете металлоконструкций, помимо определения жесткости самого объекта его элементов, часто появляется необходимость определения прочностных характеристик соединений.

Обычно, соединение отдельных элементов стальной металлоконструкции проводится:

1. С использованием электросварки.
2. Путем применения резьбовых (шпилечных, болтовых и винтовых) соединений.
3. Соединением заклепками.