Как правильно сделать расчет перекрытия по деревянным балкам

При расширении существующих или устройстве новых проемов в несущих стенах, проект перепланировки квартиры может содержать различные способы металлоусиления. Здесь мы рассмотрим такой распространенный вариант, как усиление швеллером.

Подробный обзор

Как определить длину балки

Помещения в строящихся зданиях чаще всего имеют прямоугольную форму, что позволяет размещать несущие конструкции перекрытия параллельно наименьшей стене. Размер балки зависит не только от габаритов помещения, но и от материала из которого возводятся стены.

Глубина заделки балки в кирпичной стен составляет от 100 до 150 мм. При заделке в деревянную стену показатель заделки балки должен быть не менее 70 мм.

В ряде случаев для размещения несущих конструкций перекрытия используются различные крепежные элементы из металла. Это кронштейны различной конфигурации, уголки или разнообразные перфорированные пластинки и гвоздевые плитки. При применении крепежа длина балки почти всегда будет ровна пролету помещения или другими словами расстоянию между стенами.

Применяется и такое конструктивное решение, когда несущие элементы перекрытия являются частью стропильных конструкций. В этом случае балка является конструкцией для формирования свеса, то она опирается на мауэрлат и имеет выпуск за внешнюю грань каждой стены примерно на 500 мм. Это конструктивное решение может увеличить её длину примерно на 1 метр.

Производя подбор и расчет деревянных балок необходимо помнить, что самым оптимальным расстоянием, которое можно перекрывать, применяя эти конструктивные элементы, является 6 метровый пролет.

При необходимости перекрывать большие расстояния рекомендуется использование деревянных конструкций прямоугольного или двутаврового сечения изготовленных из клееного бруса или применять промежуточные конструкции, такие как стойки, колонны, декоративные арки и т.п.

Пароизоляция чердачного перекрытия

Пароизоляция чердачного перекрытия холодного чердака защищает деревянные конструкции перекрытия и утеплитель от попадания в них пара из помещений дома. Пар конденсируясь на балках, может способствовать поражению древесины грибками и плесенью, тем самым снижая срок службы конструкции. Конденсируясь в толще утеплителя – увеличивает теплопотери в доме, т.к. вода сама по себе является хорошим проводником тепла. Кроме этого, вода, замерзая в толще утеплителя в холодное время года, разрушает полимерные связи волокон и снижает срок службы материала.

Пароизоляция холодного чердака, при использовании фольгированных материалов, кроме основной своей функции, позволяет сократить теплопотери и соответственно расходы на отопление благодаря созданию теплоотражающего экрана.

Пароизоляция чердачного перекрытия

Пароизоляция чердака материалы представлены на рынке 2х основных видов:

  1. Пленочная пароизоляция – не пропускает пар (только пароизоляция).
  2. Фольгированная пароизоляция — не пропускает пар и отражает тепловое излучение (паро- и теплоизоляция). Такая пароизоляция монтируется фольгированной стороной к помещениям.

Пароизоляция чердачных перекрытий фольгированными материалами благодаря своим характеристикам является наиболее предпочтительной при строительстве надежного и теплоэффективного дома из газобетона, кирпича или монолита.

Пароизоляция чердачного перекрытия

Пароизоляция для чердака «пирог»:

  1. Пол чердака (трапы) – необходимы для обслуживания, ремонта кровли и чердачного пространства. Для того, чтобы попасть на чердак предусмотрите чердачную лестницу с утепленным люком (Thermo). Для выхода из чердака на кровлю рекомендуем установить на кровле глухие или остекленные люки-выходы (Velux, Vilpe и др.)
  2. Пара- или супердиффузионная влагозащитная мембрана – для эффективного удаления пара из утеплителя.
  3. Утепление – плиты из минеральной ваты. Рекомендуемая толщина для Московской и Ленинградской области 300мм.

    200мм закладываются в межбалочное пространство, остальные 100мм укладываются перпендикулярно уложенным слоям – контрутепление. Для сравнения — строительные нормы в Финляндии определяют толщину утеплителя от 400 до 500мм. Укладку утеплителя рекомендуется максимально отсрочить — не ранее, чем через 6 мес после окончания строительства коробки дома. Т.к. для строительства перекрытия используют в основном брус естественной влажности.

    Брус должен как следует просохнуть, в противном случае высока вероятность поражения древесины грибками и плесенью, что влечет за собой дополнительные расходы на демонтажные/монтажные работы и обработке древесины отбеливателями и антисептиками.

  4. Контробрешетка и вентилируемый зазор. Для эффективной вентиляции и удаления пара с поверхности влагозащитной мембраны.
  5. Балки перекрытия. Как правило, в частном домостроении используется доска 50х200мм или брус естественной влажности 100х200мм.
  6. Обрешетка — основа для укладки утеплителя.

    В качестве обрешетки рекомендуется использовать доску 100х20 (25)мм и укладывать ее с шагом 70-80мм. Образовавшиеся щели будут формировать дополнительную воздушную тепловую прослойку под утеплителем. Т.о. плиты (маты) утеплителя будут лежать не на пароизоляционной пленке, а на жестком основании, уже под которым будет находиться пароизоляция. Такое решение исключает вероятность случайного повреждения пароизоляции или продавливании ее при укладке утеплителя, при обслуживании и ремонтных работах кровли и чердака. При этом можно приступать к внутренней отделке помещений, а укладку утеплителя максимально отложить (см. выше).

  7. Пароизоляция чердачного перекрытия по деревянным балкам — крепится с помощью строительного степлера снизу к черновому потолку (обрешетке), что позволяет отсекать пары от всей конструкции перекрытия. Необходимо делать перехлесты рулонов пароизоляции не менее 15-20см и тщательно их проклеивать алюминиевой клейкой лентой. Обязательно формировать напуски на стены 15-20см и тщательно их проклеивать (заводить под штукатурку и другую отделку стен). Тщательно герметизировать места прохождения через чердачное перекрытие дымоходных, вентиляционных труб и других инженерных коммуникаций с помощью специальных рукавов.

    Наилучший материал в качестве пароизоляции — это полиэтиленовая плёнка высокой плотности от 200г/м² и выше.

  8. Закрываем чердак — чистовой потолок крепится к пароизоляции. По обрешетке, направляющим производится монтаж чистового потолка (ОСП, гипрок и т.п.). В целях наилучшей противопожарной защиты рекомендуется «зашивать» потолок листами гипсокартона в 2 слоя.

Пароизоляция перекрытия холодного чердака (схема):

Пароизоляция чердачного перекрытия

Мнение профессионалов: наиболее эффективное утепление чердачного перекрытия пароизоляция для Московской и Ленинградской областей – это утепление чердака минеральными плитами толщиной 300мм с фольгированной пароизоляцией.

Пример теплотехнического расчета ограждающих конструкций деревянного перекрытия цоколя при строительстве дома в Московской области

Очень часто в построенных уже домах возникает необходимость дополнительного утепления пола, перекрытий, стен, чердака. Это происходит по причине того что при строительстве дома были неучтены особенности ограждающих конструкций, или элементарно было желание строителей сэкономить на стоимости материала, дабы уменьшить итоговую смету по строительству коробки дома. В итоги заказчик вселяется в уже отстроенный дом и . начинает мерзнуть, простужаться и т.д. В результате возникает необходимость дополнительных мероприятий по утеплению жилища, что конечно же обходится заказчику значительно дороже, чем если бы изначально все было бы сделано правильно и грамотно. Мы уже в предыдущих статьях считали толщину наружных стен кирпичного дома для строительства в Московской области, а также рассчитывали толщину стен брусового дома также возводимого в Московском регионе. В этом материале мы рассчитаем толщину утеплителя в цокольном деревянном перекрытие выполненном по деревянным балкам (толщина балок перекрытия 200 мм).

Теплотехнический расчет необходимой толщины утеплителя для цокольного деревянного перекрытия в строящимся загородном доме в Московской области.

Конструкция перекрытия цоколя по деревянным балкам; 1 – балки перекрытия; 2 – черепной брусок; 3 – деревянный (дощатый) накат; 4 – слой утеплителя (стиропор); 5 – пароизоляция; 6 – деревянный пол; 7 – щель воздухообмена; 8 – плинтус.

Требуется определить толщину утеплителя (В качестве утеплителя выберем плиты стиропора (экструдированный полистирол). По карте зон влажности и приложению 1 определяем: условия эксплуатации стен относятся к группе Б.

Приложение 1. Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности

Влажностный режим помещений Условия эксплуатации А и Б в зонах влажности
сухой нормальной влажной
Сухой А А Б
Нормальный А Б Б
Влажный или мокрый Б Б Б

Зоны влажности на территории России и стран СНГ

Толщина воздушной прослойки, м Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки Rвп, м 2 · °С/Вт
горизонтальной при потоке теплоты снизу вверх и вертикальной горизонтальной при потоке теплоты сверху вниз
при температуре воздуха в прослойке
положительной отрицательной положительной отрицательной
0,01 0,13 0,15 0,14 0,15
0,02 0,14 0,15 0,15 0,19
0,03 0,14 0,16 0,16 0,21
0,05 0,14 0,17 0,17 0,22
0,10 0,15 0,18 0,18 0,23
0,15 0,15 0,18 0,19 0,24
0,20-0,30 0,15 0,19 0,19 0,24

Исходные данные для слоев ограждающих конструкций;деревянного пола (шпунтованная доска); δ1 = 0,04 м; λ1 = 0,18 Вт/м°С; – пароизоляция; несущественно. – воздушной прослойки: Rпр = 0,16 м2°С/Вт; δ2 = 0,04 м λ2 = 0,18 Вт/м°С; (Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки >>>.) – утеплителя (стиропор); δут = ? м; λут = 0,05 Вт/м°С; – черновой пол (доска); δ3 = 0,025 м; λ3 = 0,18 Вт/м°С;

Способы выбора оптимального размера сечения профиля

Наиболее точным вариантом подбора номера и типа двутаврового профиля является проведение профессиональных расчетов. Именно этот способ применяется при проектировании ответственных крупногабаритных объектов. При строительстве небольших зданий можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Совет! По результатам расчетов онлайн-калькуляторы обычно предлагают два или более вариантов профиля. Для обеспечения надежности строения рекомендуется отдавать предпочтение профилю с большим номером.

Для примерного определения размера профиля можно воспользоваться таблицей соответствия номера двутавровой балки максимально допустимой нагрузке:

Общая нагрузка, кг/м2 Длина пролета
3 м при шаге, м 4 м при шаге, м 6 м при шаге, м
1,0 1,1 1,2 1,0 1,1 1,2 1,0 1,1 1,2
300 10 10 10 10 12 12 16 16 16
400 10 10 10 12 12 12 20 20 20
500 10 12 12 12 12 12 20 20 20

Из этой таблицы видно, что для двутавровой балки номер 10 максимальная длина пролета составляет 4 м при шаге 1,2 м, нагрузка – 400 кг/м2, для номера 16 длина пролета может достигать 6 м, нагрузка, которую он может выдержать, – 300 кг/м2, для профиля 20 – 6 м и нагрузка 400 кг/м2.

Максимальный пролет монолитного перекрытия

Перекрытия необходимы для разделения здания на этажи, это неотъемлемый конструктивный элемент, воспринимающий различные нагрузки. Монолитное перекрытие (своими руками залить его достаточно просто) обеспечивает устойчивость дома в целом, позволяя организовать звукоизоляцию и теплоизоляцию помещений.

Положительные характеристики конструкции раскрываются так:

  • отсутствие дорогостоящих работ по разгрузке/погрузке;
  • высокое качество готовой поверхности;
  • возможность свободной планировки помещений;
  • прочность, долговечность.

Конструктивно несущая часть перекрытий разделяется на безбалочную (создается из плит или панелей) и балочную (состоит из балок и наполнения)

Перекрытия могут быть:

  • монолитными – производятся на месте работ;
  • сборными – формируются на основе готовой заводской продукции – ж/б плиты либо панели;
  • часторебристыми – изготавливаются на основе пустотелых блоков и ж/б балок;
  • конструкциями из облегченного бетона.

Что необходимо учесть?

Конструкция должна соответствовать указанным параметрам:

  • плита должна выдерживать динамическую и статистическую нагрузку. В частном строительстве средняя нагрузка составляет 350-400 кг/м²;
  • под действием внешних сил перекрытие не должно деформироваться, то есть, должна быть обеспечена соответствующая жесткость;
  • в зависимости от места установки перекрытия (подвал, этажи, чердак) и функции помещения устанавливается звукоизоляция, блокирующая как воздушный, так и ударный шум;
  • если плита разделяет помещения с различным температурным режимом, например, чердак или подвал от этажа, должна быть обеспечена теплозащита;
  • сопряжение конструкции с наружными стенами не должно создавать мостиков холода, что провоцирует потери тепла и образование конденсата;
  • устройство монолитных перекрытий может быть реализовано с учетом огнестойкости.

Если строитель возводит монолитные перекрытия, технология проведения работ подчиняется указанной последовательности.

Технология устройства опалубки

Максимальный пролет монолитного перекрытия

Технология устройства монолитного перекрытия начинается с обустройства съёмной опалубки. Горизонтальный слой может быть изготовлен из влагостойкой фанеры (20 мм) либо обрезных досок ( мм). Если в системе все-таки образовались щели, поверх щитов выкладывается гидроизоляционная пленка, блокирующая протечку раствора.

Опалубка держится на балках – ригелях, опирающихся на стойки (покупные/арендованные телескопические, или самостоятельно изготовленные брусья 100х100 мм, либо кругляк 8-15 см). Система должна быть смонтирована строго горизонтально.

Укладка и расчет арматуры

Процесс реализуется следующим образом:

  • между опалубкой и каркасом соблюдается зазор 25 мм, что можно организовать при помощи покупных фиксаторов или при самостоятельном изготовлении деревянных или фанерных подставок. Фактическая высота закладных элементов зависит от толщины плиты, но чаще всего хватает 2.5 см;
  • диаметр прутка определяется по расчету в зависимости от нагрузки и размера плиты и варьируется в пределах 8-20 мм. В частном строительстве используется прут 8-12 мм;
  • арматурный каркас может быть однорядным или двурядным, что зависит от необходимой прочности. Ряды вяжутся при помощи гибкой проволоки с размером ячейки 15х15 см – в первом ряду, и 20х20 см – во втором;
  • расстояние от верхнего пояса до верха бетонной заливки должно составлять не менее 25 мм.

Шаг хомутов армирующего пояса – 200-400 мм

Чтобы перекрытие надежно взаимодействовало с несущими стенами, необходим монтаж армирующего пояса. Он формируется на основе стальных прутков и хомутов, к которым крепится арматура перекрытия. Вполне достаточно организовать 4 направляющих диаметром мм, к которым в перпендикулярном направлении крепятся хомуты при помощи вязальной проволоки.

Как залить?

Перед заливкой устанавливается опалубка для всех технологических отверстий, выставляются маячки для контроля толщины конструкции.

Последовательность действий:

  • заливке подлежит заводской или самостоятельно приготовленный при помощи одной или нескольких бетономешалок бетон;
  • если перекрытие находится высоко, раствор подается при помощи подъемных механизмов;
  • весь арматурный каркас должен быть равномерно покрыт раствором. Работы должны быть проведены быстро;
  • далее производится трамбовка, впоследствии поверхность требует ухода.

Правила фиксации двутавров на перекрытиях

Мы уже упоминали, что нарушения технологии изготовления и монтажа перемычек всегда имеет очень неприятные последствия, поэтому не нужно экспериментировать, соблюдайте проверенные временем правила. Балки перекрытия могут фиксироваться несколькими способами.

Правила фиксации двутавров на перекрытиях
  1. На специальные металлические кронштейны. Элементы крепятся к несущей стене, на опорные полки устанавливаются балки и прикручиваются саморезами.

    Крепление с помощью кронштейнов

  2. С упором на стену, который может быть открытым или закрытым. При первом способе балки лежат на поверхности стен и кладочными материалами не заставляются. Второй вариант предусматривает кладку кирпича или блоков до выравнивания с верхней полкой.

    Монтаж с упором на стену

Подбор сечения и проверка на жесткость швеллера

По справочнику (см. ГОСТ 8240-97 или ГОСТ 8278-83) подбираем профиль швеллера, который имеет момент сопротивления больше расчетного. В данном случае подходит швеллер 27П, Wx = 310 см3, Ix = 4180 см4. Далее необходимо осуществить проверку на прочность и жесткость на изгиб швеллера (прогиб хлыста).

Проверка на прочность:

  • σ = Мр/(γ∙Wx)∙1000 = 60∙1000/(1∙310) = 193 Мпа

Проверка на жесткость, изгиб швеллера где относительный прогиб f/L должен быть менее 1/150 и определяется по выражению:

  • f/L = Мн∙L/(10∙Е∙Ix) = 60∙103∙620/(10∙2,1∙105∙4180) = 1/236

Условие жесткости обеспечивается. Следовательно, данный швеллер можно использовать для перекрытия по описанной схеме. Уменьшить номер швеллера можно, если хлысты укладывать с меньшим шагом.

Для междуэтажных или чердачных перекрытий использовать экономически не выгодно. Например, когда пролет слишком большой и поэтому для его перекрытия требуются деревянные балки большого сечения. Или когда у Вас есть хороший знакомый, который торгует не пиломатериалом, а металлопрокатом.

В любом случае не лишним будет знать во сколько может обойтись перекрытие, если использовать металлические балки, а не деревянные. И в этом Вам поможет данный калькулятор. С его помощью можно рассчитать требуемые момент сопротивления и момент инерции, которые для подбора металлических балок для перекрытия по сортаментам из условия прочности и прогиба

Рассчитывается балка перекрытия на изгиб как однопролетная шарнирно-опертая балка.

Особенности установки цокольного перекрытия

Установка цокольного перекрытия может быть сделана с применением любого из трёх описанных видов конструкций.

При установке по балкам используется дополнительный элемент — черепной брусок — размером 50 х 50 см. Он закрепляется снизу к балке на одном уровне, и вспомогательное покрытие крепится на него. Далее укладывается слой теплоизоляции (пенопласт, пенополистирол, вата) толщиной не менее 10 см, который накрывается пароизоляцией, желательно в рулонах.

При расстоянии между балками более 60 см сначала устанавливаются лаги, к которым крепится второе черновое покрытие (фанера, ОСП или ДСП). Сверху можно укладывать финишное напольное покрытие.

Для установки по рёбрам черепные бруски не используются. Черновой потолок (фанера или ОСП) нашивается непосредственно к рёбрам с шагом не более 15 см. Теплоизоляция плотно укладывается между рёбрами. Далее укладывается пароизоляция и черновой пол.

Установка балочно-ребристого перекрытия производится аналогично.

Основные конструктивные элементы

Собрать межэтажное перекрытие по деревянным балкам самостоятельно совершенно несложно. Основными элементами его конструкции являются:

  • Собственно сами балки. Изготавливаются они чаще всего из бревна или бруса.
  • Обшивка. Для сборки этого элемента обычно используется обрезная доска толщиной не менее 3 см.
  • Пароизолятор. Такая пленка необходима для того чтобы влажный воздух с первого этажа не проникал на второй. Использование такой пленки значительно продлевает срок службы такой конструкции, как перекрытие второго этажа из бруса.

В конструкцию чердачного перекрытия обычно включается и еще один элемент – утеплитель. В этом случае между балками устанавливают плиты минеральной ваты и пенополистирола. В некоторых случаях может использоваться также полиуретан.

В конструкцию перекрытия второго этажа теплоизолятор иногда не включается. Но чаще всего его все же используют. В данном случае он играет роль звукоизолятора. В качестве шумопоглатителя в перекрытии на второй этаж чаще всего применяют минеральную вату. Этот материал, во-первых, не горит, а во-вторых, выделяет меньше вредных веществ, что для жилых помещений немаловажно.

Конструкция перекрытий

Перекрытие в доме – несущий элемент, который должен отвечать следующим критериям:

  • высокая жесткость и прочность;
  • отсутствие прогибов в балках;
  • хорошая звукоизоляция и шумопоглощение;
  • высокая теплоизоляция (особенно для цокольных и чердачных конструкций);
  • огнестойкость всех элементов.

Несмотря на высокие требования конструкция перекрытия в каркасном доме должна быть не слишком громоздкой и соответствовать критериям бюджетности.

Конструкция перекрытий

Перекрытие в каркасном доме формируется из следующих элементов:

  • балки перекрытия (лаги);
  • утеплитель;
  • гидроизолирующая мембрана;
  • пароизоляционная пленка;
  • подшивная доска;
  • настил пола (доска, фанера, ОСБ)
Читайте также:  Схема балок перекрытия. Как правильно сделать деревянное перекрытие