Как усилить деревянные балки перекрытия от прогиба - OknaForLife.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Как усилить деревянные балки перекрытия от прогиба

Что делать если необходимо усиление деревянной балки

Строительство любых зданий должно быть основано на точном расчете всех конструкций. Только будет залогом безопасной эксплуатации сооружения. Поэтому при выборе минимального сечения деревянных элементов перекрытий необходимо принимать во внимание следующие цифры.

Но жизнь, как известно, вносит свои коррективы, поэтому достаточно часто возникает ситуация, когда необходимо выполнить усиление деревянной балки. Произойти это может по различным причинам, например в связи с увеличением нагрузки или применением недостаточно качественного материала. Существует несколько методов решения такой проблемы.

Усиление балок перекрытия с помощью несущих колонн или стоек.

Давайте для начала определимся, какого прогиба балок не стоит пугаться. Во-первых, любая балка будет иметь прогиб,главное чтобы он не превышал допустимую норму. По действующим нормативным документам допускается прогиб деревянных балок в соотношении 1 к 300. То есть, балка длиной 7,5 метров вполне может быть прогнута на 2,5 см, это в пределах нормы. Если эта величина больше без усиления не обойтись.

Самым простым вариантом является усиление при помощи несущих стоек с подкосами или колонн. Они монтируются на несущие балки нижележащего перекрытия или специально выложенные столбы. Стойки в дальнейшем благополучно прячутся в перегородку, а колонны можно отдекорировать так, что они станут украшением интерьера.

Усиление деревянных балок перекрытия увеличением сечения.

Перед тем как приступать к усилению необходимо попытаться максимально уменьшить прогиб. Выполняется это припомощи домкратов либо других аналогичных приспособлений. Увеличить сечение балки можно как по высоте, так и по ширине. При этом стоит помнить, первый вариант более предпочтителен, так как балка сечением 300х150 будет лучше работать на изгиб чем балка 150х300, от законов механики не денешься никуда. Дублирующая балка также монтируется в гнезда, подготовленные в несущей стене. Соединение деревянных балок между собой осуществляется при помощи металлических шпилек, которые вставляются в предварительно просверленные отверстия. Вполне допустимо и усиление при помощи доски, толщина которой должна быть не менее 50 мм, хотя этот параметр уточняется расчетным путем.

Усиление балки при помощи металла.

В принципе этот метод сходен с предыдущим, но обеспечивает большую эффективность благодаря свойствам металла. Усиление деревянной балки возможно как металлическими полосами с двух сторон, так и швеллерами. Второй вариант более предпочтителен, так как швеллер, благодаря своей форме гораздо эффективнее работает под нагрузкой.

Один из нетрадиционных методов.

Все более популярным становиться такой метод как усиление деревянных конструкций, выполняющих несущие функции, углепластиками. Его преимуществами являются:

  • Простота и удобство монтажа. Вам не придется поднимать и вываживать массивные металлические или деревянные конструкции, что согласитесь не всегда удобно.
  • Углепластик, являющийся композитным материалом, обладает отличными механическими характеристиками, он отлично выдерживает любые механические нагрузки.
  • Крепление его к балкам осуществляется посредством специального клея, что избавит вас от необходимости примененияразличного инструмента.
  • Наиболее целесообразно применение этого метода в случае стесненных помещений, в которых невозможно произвести увеличение сечения балки по каким бы то ни было причинам.

Высокопрочное углеродистое волокно производиться в виде лент или холстов. Для усиления деревянной балки достаточно просто проклеить его в требуемое количество слоев. Монтаж проводится на эпоксидный или другой однотипный клей. По принципу действия такой метод усиления относится к армированию, полотно, приклеенное на балку, после застывания не уступает по характеристикам металлу.

Нестандартное решение вопроса.

К решению данного вопроса можно подойти и совершенно противоположной стороны. В случае возникновения проблем с балками перекрытия, попробуйте не усилить ее, а разгрузить. Для этого в перекрытие между существующими балками производиться монтаж дополнительных. При этом происходит перераспределение нагрузки, и все перекрытие продолжает работать в штатном режиме.

Усиление деревянного перекрытия

Фундамент, стены, крыша и перекрытия – основные элементы большинства строительных объектов. В многоэтажном доме эти конструкции разделяют этажи и чердачное отделение, несут и распределяют нагрузку от основных составляющих здания. От того, насколько прочными будут перегородки, зависит прочность всего сооружения и безопасность людей. Очень часто перекрытия сооружают из дерева, однако со временем балки изнашиваются и требуют усиления. Рассмотрим, как это делается.

Когда нужно усиливать деревянные балки перекрытия

Перекрытием называется горизонтальная конструкция, которая крепится к стенам на определенной высоте и разделяет этажи. Сооружение выполняет роль полноценного пола, поэтому должно выдерживать большие нагрузки от людей, мебели, оборудования и других объектов. По СНиП без учета собственной массы деревянное перекрытие дома должно выдерживать 150 кг/м2, в общественных зданиях эта цифра выше – 400 кг/м2.

Следует учитывать, что увеличение нагрузок выше допустимых норм приводит к более быстрому износу балок, что приводит к потере изначальной прочности всей несущей конструкции. Помимо этого, сам по себе срок службы деревянных перекрытий ограничен 50-60 годами, это связано со свойствами материала. Избыточная влажность, плесень, грибок, температурные перепады негативно влияют на свойства дерева, в результате после длительной эксплуатации может возникать прогиб, провисание или искривление конструкции. Тогда требуется усиление балок деревянного перекрытия.

Укрепление перегородок также может стать неизбежной мерой, если планируется кардинальное изменение функций помещений, расположенных на этаже. Это может быть связано с размещением ударного оборудования или увеличением нагрузок. Например, если планируется переделать помещения под склады, следует ознакомиться со строительной документацией на здание и в случае необходимости укрепить соответствующую площадку.

Способы усиления

Существует три способа укрепления конструкций: замена деревянных балок, увеличение их количества, усиление существующих. Менять опорные элементы необходимо, если имеют место повреждения по всей длине. Испорченные балки демонтируются, и в те же посадочные места устанавливаются новые.

Если повреждений нет, и существующие лаги в нормальном состоянии, но требуется усилить несущую способность перекрытия, можно расширить количество ребер жесткости. Процедура заключается в установке балок между существующими. Таким образом жесткость конструкции увеличивается в несколько раз. Следует помнить, что при монтаже новых лаг их торцы необходимо закрыть рубероидом, чтобы защитить от повреждений.

Усиление существующих деревянных балок выполняется при незначительных повреждениях или необходимости создать дополнительную жесткость перекрытию. Есть несколько способов укрепления лаг, один из них заключается в двустороннем креплении накладных элементов.

Накладки из дерева используются, если существующее ребро жесткости повреждено. Усиливающие элементы могут устанавливаться с двух сторон по бокам лаги, либо сверху и снизу. Необходимо обеспечить плотное прилегание брусков к опорному элементу, после чего стянуть их болтами с гайками. Крайне важно перед тем, как приступить к работе, обработать накладки и прилегающие к ним участки балки противогрибковым раствором. Если участок лаги небольшой, но имеет достаточно сильные повреждения, его необходимо удалить, а накладные брусья прикрепить к неповрежденным частям.

Пролеты между лагами можно усилить и при помощи металлических элементов, для чего используются пластины, швеллера или прутковые протезы. Предварительно обработанная антикоррозионным раствором металлическая конструкция крепится в месте повреждения, жестко фиксируя и обездвиживая дефектный участок. Вариантов исполнения металлических усилителей может быть несколько: прутковая ферма, коробка из пластин, швеллера со скобами.

Самым современным способом усиления балочных перекрытий является укрепление углеволокном, которое применяется в виде лент и холстов. Углеволоконная операция увеличения жесткости перегородок из дерева относится к внешнему армированию и осуществляется при помощи полимерцементного или эпоксидного клея.

Скорость и простота установки углеродного волокна – основное преимущество этого способа усиления балок деревянного перекрытия. Еще одним положительным моментом такого способа укрепления является эстетичность – внешнее армирование практически не влияет на красоту конструкции. Благодаря такой особенности усиление углеволокном применяется при работах с памятниками архитектуры, гидротехническими и транспортными сооружениями, в случаях, когда укрепить перегородку иными способами невозможно.

Усиления чердачного перекрытия – установка столба

При сооружении мансарды или для усиления в связи с длительным сроком эксплуатации часто требуется укрепить чердачное перекрытие, для чего можно использовать вертикальные опоры. Деревянный столб соединяет нижнюю и верхнюю перегородку, являясь одновременно ребром жесткости для двух конструкций.

Вертикальная опора, как правило, выполняется из оцилиндрованного бревна диаметром 150-200 мм. Столбы для балок используются исключительно в случае усиления конструкции, но не при повреждениях. Если лаги повреждены, их необходимо заменить или укрепить вышеуказанными способами, после чего производить монтаж вертикальной опоры. Столб по всей длине следует обработать противогрибковым раствором, а установка в торец предполагает подготовку мест крепления, для чего изготавливаются специальные пазы.

Одного элемента жесткости может быть недостаточно, особенно для поддержки наклонных балок, поэтому для таких конструкций устанавливают три столба, с равным шагом по длине лаги. Вертикальные опоры – один из самых надежных видов усиления как чердачных, так и межэтажных деревянных перекрытий. Единственный их недостаток – неэстетичность, но эту проблему можно решить покраской или декоративным оформлением.

Усиление в жилом доме половых перекрытий или лаг: материалы и технологии

Иногда в домах индивидуальной постройки можно наблюдать прогиб потолков второго этажа или, что можно встретить реже, пола на первом этаже. Возникает такое явление по причине неправильных расчетов либо превышения допустимой нагрузки. Как усилить деревянное перекрытие и вернуть несущую способность балок пола, то есть лаг, можно узнать из статьи.

Читайте также:  Утепление чердачного перекрытия по железобетонной плите

Что такое лаги и когда нужно их укреплять

Лаги – это балки, которые устанавливают поперек здания на кирпичи или железобетонное основание. Чаще всего они представляют собой цельный деревянный брус квадратного или круглого сечения. Также существует экономный вариант, когда лаги сооружают из сращенных досок.

Настил на лагах имеет следующие преимущества:

  1. Главное достоинство – легкий вес. Это особо явно выделяется в сравнении с железобетонными перекрытиями.
  2. Весь пол, обустроенный таким образом, хорошо проветривается.
  3. Расстояние между брусьями настила позволяет устанавливать различные коммуникации.
  4. Такого плана пол, у которого сохраняется под настилом свободное пространство, всегда можно дополнительно утеплить.
  5. Организовать шумоизоляцию также будет не слишком сложно.
  6. Даже в том случае, когда полы будут иметь большой перепад по высоте, их можно будет выровнять.
  7. В случае возникновения потребности в реставрации, настил на лагах можно легко разобрать.

Внимание! При выборе деревянного перекрытия обязательно нужно правильно рассчитать сечение балок. Только так они будут надежно и долго служить.

При определенных обстоятельствах требуется усилить лаги. Делают это по нескольким причинам:

  1. При значительном увеличении нагрузки на пол. Подобное бывает после переоборудования чердака в жилую мансарду.
  2. Иногда несущие балки, выполненные из дерева, повреждаются грибками, насекомыми или грызунами.
  3. Изначально неправильно рассчитано сечение деревянных элементов.
  4. Срок эксплуатации перекрытий из дерева очень длительный, что способствует появлению трещин и других видов разрушения древесных пород.

Для того чтобы все пришло в норму и в дальнейшем не возникало прогибов, осуществляют такую манипуляцию как усиление лаг, причем в каждом случае подходят к решению вопроса по разному.

Укрепление пола при помощи накладок

Усилить лаги таким методом можно в случае обнаружения в деревянных конструкциях большого количества трещин. Подойдет способ и в случае сильного прогиба пола. Работа с использованием деревянных или металлических накладок считается простой, но достаточно надежной.

  1. Прежде чем приступить к укреплению следует основательно разгрузить полы в доме. В некоторых случаях потребуется полностью снять покрытие.
  2. С целью разгрузки устанавливают временные стойки. Их сооружают из бревен или домкратов. Шаг между подпорками рассчитывают исходя из длины лаг. После окончания работ стойки убирают.

Внимание! Лаги с усилением позволяют значительно увеличить нагрузку на межэтажные конструкции и безопасно их эксплуатировать. При этом не потребуется ощутимых капиталовложений и ремонта большого объема.

Сейчас во время ремонта пола часто используют специальное углеволокно. Но его можно использовать только в случае полной уверенности, что балка не повреждена грибком и на дереве обычные трещины. В этом случае, с целью усилить лаги, волокном обматывают поврежденную часть и фиксируют его клеевым составом.

Слой углеволокна должен быть от 1 до 5 мм. Его величина зависит от состояния перекладины и ее будущей нагрузки.

Как усилить лаги при помощи протезов

В качестве протеза применяется стальная ферма небольших размеров, которую устанавливают на поврежденный участок деревянной балки. Для ее изготовления используют швеллер или прутки из металла. Первый вариант считается более надежным, так как деталь имеет стандартные размеры, что упрощает подборку.

Внимание! Изготовление протеза из металлических прутьев лучше доверить компетентному в этом вопросе специалисту, так как здесь необходимо выполнение сложного расчета.

Очень часто лаги повреждаются в той области бруса, которой соприкасаются со стеной. Именно эти участки сильнее всех подвергаются воздействию перемены температур и повышенной влажности. В этом случае для ремонта используют деревянные и металлические протезы одновременно.

Усиление протезами производят по следующей схеме:

  1. Как и в предыдущем случае, перед работой полностью снимают нагрузку с балок перекрытия, то есть устанавливают временные опоры.
  2. Вырезают поврежденный участок.
  3. Хорошо обрабатывают его антисептиком.
  4. Подбирают деревянные накладки с таким расчетом, чтобы они обрамляли протез.
  5. Вставляют сам протез.

В заключение работ фиксируют вкладыш при помощи гвоздей. Иногда возможность усиления балок полностью отсутствует. В подобных случаях используют перераспределение нагрузки на дополнительные элементы.

  • Устанавливают несколько опор, которые будут подпирать лаги снизу.
  • Увеличивают количество бревен, добавляя между установленными ранее несколько новых.

Такие нестандартные решения можно применять только в случае увеличения нагрузки. При этом сами лаги не должны иметь повреждений.

Способов усиления перекрытий между этажами достаточно для того, чтобы при потребности можно было выбрать подходящий вариант. Главное здесь – ответственный подход и разумный расчет.

Как переделать деревянные перекрытия: видео

Как усилить деревянные балки перекрытия в закладки 8

Повреждённые деревянные балки, изношенные нагрузками и временем, или недостаточно прочные изначально «по проекту» — это первая причина ослабления несущей способности перекрытий, появления вибраций и скрипов полов на верхних этажах дома. Давайте разберёмся, как усилить деревянные балки и сделать прочнее конструктивные элементы перекрытия.

Причины ослабления балок

Необходимость укрепления балок может возникнуть в ряде случаев:

  • естественный износ правильно установленного изделия;
  • повреждение балки вследствие ошибок при изготовлении и монтаже;
  • изменение назначения помещения, связанное с усилением нагрузки на перекрытия.

Рассмотрим данные причины подробнее. Итак, балка может прийти в неудовлетворительное состояние вследствие воздействия разных факторов, в том числе повышенного уровня влажности, резких температурных перепадов, в результате жизнедеятельности вредителей, а также простого физического износа с дальнейшим появлением трещин.

Не следует сбрасывать со счёта недобросовестность или некомпетентность строителей. Хозяин дома не в состоянии проверить качество и правильность установки элементов скрытого монтажа. Проблемы выявляются позже — уже в процессе эксплуатации помещения при ходьбе на верхнем этаже полы вибрируют или скрипят.

К основным ошибкам на этапе изготовления и монтажа балок относятся следующие:

  • применение недостаточно или неверно просушенной древесины. После высыхания таких балок они покрываются трещинами;
  • использование слишком тонкого бруса, что приводит к вибрации балок;
  • слишком большие пролёты между балками;
  • сборка балок из нескольких частей.

Если же идёт речь об изменении назначения помещения — к примеру, чердак планируется превратить в мансарду или жилой блок, то в данном случае нагрузки на перекрытие увеличатся. Очевидно, это потребует увеличения несущей способности балок.

Определить необходимость укрепления балок может неспециалист. Основным показателем при этом, кроме упомянутых вибраций или видимых повреждений, служит уровень прогиба, возникающего как под нагрузкой, так и под собственным весом балки. Прогиб может увеличиться после наращивания нагрузки — установки паркета на верхнем этаже или после завоза мебели. В таком случае балки начинают провисать, что не только чревато вибрацией перекрытий, но и может угрожать их обрушением.

Предельно допустимый прогиб балки несложно рассчитать самостоятельно. Самая простая методика — это вычисление показателя в зависимости от длины балки. В частности, уровень прогиба не должен превышать примерно одной трёхсотой части от длины изделия. К примеру, если прогиб составляет 8–10 миллиметров при длине балки в 2,5 метра — это норма. Если же он оказался большим, то, значит, пришло время укрепить или заменить балку.

Наращивание площади сечения балки

Одним из самых популярных способов укрепления балок перекрытий является наращивание их сечения установкой дополнительных деревянных накладок. В основном этот способ применяется в случаях, когда материал балок становится рыхлым вследствие естественного старения или же в результате жизнедеятельности жуков-древоточцев.

Увеличение площади сечения достигается установкой накладок из дерева толщиной не менее 50 мм на ослабленном или повреждённом участке. Отдельные специалисты утверждают, что имеет смысл лишь увеличение сечения по горизонтальным сторонам, то есть сверху и снизу балки, а наращивание толщины изделия по ширине не даёт полезного эффекта.

Перед установкой накладок, как и в случае с другими работами по укреплению балок, следует обработать ослабленные участки противогрибковыми средствами. После противогрибковой обработки нужно снизить до минимума уровень прогиба при помощи домкратов. Непосредственно монтаж накладок эффективнее осуществлять по всей длине балки. Прикрепление осуществляется при помощи болтов или шпилек насквозь.

В качестве усиливающего элемента можно использовать не только дерево, но и металл. В таком случае используются швеллеры или металлические полосы. Последние менее надёжны, чем швеллер, и могут применяться только для усиления небольших участков повреждённых балок.

Усиление пролёта балки с помощью металлических накладок производится по такому же алгоритму, как и в случае накладок из дерева, однако при этом имеет некоторые особенности. В частности, перед установкой металлические накладки обрабатываются антикоррозийным составом. Кроме того, между металлическими и деревянными частями следует устроить гидроизоляционный слой.

Прутковые протезы

В случаях сильного повреждения участков балок практикуется удаление таких зон и установка на их место прутковых протезов, сделанных из стальной арматуры. Такой метод используется по большей мере при замене торцевых элементов, которые приходят в негодность чаще всего.

В роли протезов выступают обрезки арматуры сечением от 10 до 25 мм. Длина протеза выбирается с расчётом на то, что она должна быть больше на 10%, чем двойная длина повреждённого участка балки. Есть и ограничение длины протеза — он может быть не более 1,2 м.

Перед выполнением работы следует подпереть участок, который будет укрепляться, стойкой для предотвращения возможного обрушения конструкции. Стойки и прогон опоры ставятся на расстоянии от одного до полутора метров от несущей стены. После такого временного укрепления перекрытие разбирается, а сгнивший участок балки спиливается.

Заготовка протеза заводится вертикально в перекрытие, после чего поворачивается в горизонтальную позицию. Конструкция в первую очередь надвигается на балку и затем — в нишу стены. Нужно учесть, что балки, восстановленные с применением протезов, прослужат ещё долгое время, однако прочность обновлённой конструкции, безусловно, будет ниже, чем в случае с новой балкой. Потому нагружать восстановленные балки следует по минимуму.

Армирование балок углеволокном

Помимо традиционных технологий при укреплении балок достаточно широко применяются инновационные решения, одним из которых является армирование конструкций углепластиками. Внимание: такой метод является единственно возможным способом укрепить балки в случае, если ввиду крайней стеснённости помещений или по каким-то другим причинам наращивание сечения конструкций невозможно или крайне затруднительно.

Несомненное преимущество укрепляющих элементов из углеволокна — это отсутствие необходимости оперировать с габаритными и тяжёлыми металлическими или деревянными компонентами, а также минимальная трудоёмкость работы в целом. Современные углепластики, как и любые композитные материалы, характеризуются большой прочностью и малым весом. Укрепляющие элементы из углеволокна прекрасно справляются со значительными механическими нагрузками. Они выпускаются в разных модификациях — в виде лент, ткани, нитей, пластин или листов.

Армирование балки композитами осуществляется путём наклеивания на неё углеволокна в несколько слоёв. Прикрепляемые слои углепластика прикладываются к поверхности балки друг над другом и по всей её длине. Края наклеенных полос нужно перекрыть поперечными слоями. Наклеивание армирующих компонентов производится до тех пор, пока усиленная балка не станет достаточно жёсткой для того, чтобы противостоять нагрузкам. Монтаж осуществляется с применением эпоксидного клея. После застывания слой по прочностным характеристикам иногда не уступает металлу.

Что делать, если укрепление балок невозможно

Если балки перекрытий не повреждены, однако с трудом выдерживают нагрузку и прогибаются, а их укрепление проблематично или нецелесообразно, нужно рассмотреть вариант обустройства дополнительных балок или поставить подпорки под уже существующие. В этом случае несущая способность конструкций будет усилена перераспределением нагрузки на дополнительные балки или стойки. Последние, естественно, будут передавать нагрузку на перекрытия нижнего помещения.

Новые балки-дублёры точно так же, как и существующие, закрепляются в гнезде, обустроенном в несущей стене. Установка же стоек — хоть и более простая задача, однако она зачастую сопряжена с дополнительным нежелательным эффектом — такие опоры могут загромождать пространство и мешать беспрепятственному проходу по помещению. Важна и визуальная составляющая — опоры желательно декорировать для того, чтобы они гармонично вписались в дизайн помещения.

Итак, мы рассмотрели несколько основных, наиболее распространённых способов укрепления балок. Выбор конкретного метода зависит как от степени износа конструкций и нагрузки на них, так и от умений строителя, наличия необходимого инструментария, финансовых возможностей и свободного времени мастера.

Как усилить деревянную балку

Когда сечение деревянных балок принимается без расчета, а так, на глаз или на основании авторитетного мнения соседа, то с прочностью или величиной прогиба таких балок при расчете на все действующие нагрузки могут возникнуть проблемы. Как правило это обнаруживается уже на стадии эксплуатации, когда просто заменить старые слабые балки на новые – слишком дорого, да и технологически это может быть достаточно сложно. В таких случаях возникает вопрос: а как можно усилить деревянную балку? Впрочем подобный вопрос может возникнуть и тогда, когда задумывается перепланировка.

1. Уменьшить пролет балок, например, добавить подпорную балку – ригель посредине помещения перпендикулярно деревянным балкам

Как правило при расчете на прочность при действии равномерно распределенной нагрузки определяющим является значение изгибающего момента. А значение момента в свою очередь зависит от квадрата длины пролета. Таким образом, уменьшая длину пролета в 2 раза, можно увеличить несущую способность деревянных балок в 2 2 = 4 раза. Ну а величина прогиба при этом уменьшится вообще в 38.5 раз.

Это наименее трудоемкий, самый дешевый и простой способ усиления, однако у него есть ряд недостатков:

– Нагрузка на ригель будет порядочная и потому скорее всего делать ригель придется из металлопроката, но все равно высота ригеля будет достаточно большой. Иногда для уменьшения высоты ригеля делается колонна посредине или даже 2 (таким образом уменьшаются пролеты ригеля), но при усилении перекрытия это не всегда возможно.

– Подобная балка – ригель визуально уменьшает высоту помещения, а это не всегда приемлемо.

– Завести ригель в существующие стены и при этом обеспечить необходимую площадь опирания ригеля на стены не всегда просто. Кроме того, при стенах из не очень прочных материалов, например, газосиликата и даже шлакоблока, нагрузка на опорную площадку может быть значительно больше прочности материала стены и тогда заводить ригель в стены вообще не имеет смысла и нужно делать или колонны возле стен или усиливать стены в местах опирания ригеля.

Пример расчета усиливающей балки приводится отдельно.

2. Поставить дополнительные деревянные балки

Этот способ хорош тем, что требует минимум расчетов, к тому же достаточно простых (основы расчета деревянных балок перекрытия приводятся отдельно). Однако с финансовой точки зрения данный способ может быть самым затратным.

Например, если по расчету на прогиб требуемый момент инерции Iтр = 8000 см 4 , а у имеющихся балок момент инерции составляет 4000 см 4 , то нужно усилить перекрытие балками точно такого же сечения или балками с таким же моментом сопротивления.

Впрочем, если момент инерции существующих балок составляет 6000 см 4 , то нужно просто подобрать сечение усиливающих балок, исходя из того, что недостающий момент инерции составляет 2000 см 4 . Например можно задаться шириной балки 5 см и тогда требуемая высота балки составит

h = 3 √ 12I/b = 3 √ 12·2000/5 = 16.87 см

Конечно же высоту балки следует принимать больше, скорее всего это будет 20 см, впрочем на заказ вам могут сделать и 17 см. Вот и весь расчет в данном случае.

3. Усилить деревянные балки металлопрокатом

Этот способ тоже не из дешевых, кроме того возможны несколько вариантов использования металлопроката.

1 вариант – независимая работа металлопрофиля под действием нагрузки

При этом варианте усиливаемые деревянные балки с усиливающими металлическими никак не связаны, во всяком случае подобные связи, иногда устраиваемые из конструктивных соображений, при расчете на прочность и прогиб не учитываются.

Например, нам все также не хватает момента инерции 2000 см 4 . Но модули упругости древесины и стали разные и эту разницу при расчетах следует учесть. Соответственно при модуле упругости древесины Е = 10 5 кг/см 2 и модуле упругости стали Е = 2·10 6 кг/см 2 разница составляет 2·10 6 /10 5 = 20 раз (с точки зрения математики это конечно же не “разница”, а “частное”, вот только термин “частное” в данном случае ни о чем нам не говорит, поэтому оставим “разницу”). А это означает, что для усиления деревянных балок можно использовать металлические профили с моментом инерции не менее 2000/20 = 100 см 4 . Например швеллер 10П с моментом инерции Iz = 175 см 4 или прямоугольную профильную трубу 100х40х3.5 с моментом инерции Iz = 104.4 см 4 , как впрочем и любой другой металлопрокат. При этом, как видим, использование прямоугольных профильных труб будет более экономным.

2 вариант – совместная работа металла и древесины

Другими словами при этом варианте создается балка из разнородных материалов.

Основной недостаток этого варианта не в том, что требуются более сложные расчеты, а в том, что обеспечить совместную работу разнородных материалов бывает достаточно трудно и для этого опять же требуются достаточно сложные дополнительные расчеты.

Тем не менее подобный вариант усиления деревянных балок возможен, а методика расчета усиления рассмотрена отдельно.

А еще у Вас есть уникальная возможность помочь автору материально. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью и адресом электронной почты. Если вы хотите задать вопрос, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Спасибо. Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье “Записаться на прием к доктору”

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Для Украины – номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 0121 5641

Кошелек webmoney: R158114101090

Категории:
  • Расчет конструкций . Расчет деревянных конструкций
Оценка пользователей:НетПереходов на сайт:1261Комментарии:

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье “Записаться на прием к доктору” (ссылка в шапке сайта).

Строительные калькуляторы – ProstoBuild.ru

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 .
Зная M и 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 , 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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector