Традиционно в качестве балок перекрытия используются доски, брусья и металлопрокат. Эти материалы, кроме достоинств, имеют и существенные недостатки: большой вес и дороговизну, сложность монтажа. В Америке с середины пятидесятых годов для создания межэтажных и чердачных перекрытий применяются деревянные двутавровые балки, а с недавних пор и в нашей стране такая технология начинает пользоваться успехом. Что представляют собой двутавровые балки, какие у них реальные физические и эксплуатационные характеристики?
Двутавровые балки перекрытия деревянные
Содержание статьи
Преимущества двутавровых балок
В отличие от традиционных деревянных балок двутавровые состоят из нескольких элементов, что дает определенные преимущества.
Что такое двутавровая балка перекрытия
Цены на двутавровые балки
За счет того, что полки разнесены далеко друг от друга, двутавр имеет очень большой момент инерции. Если использовать под балки традиционные квадратные брусья и двутавры с одинаковым сечением, то последний держит в семь раз большие усилия на изгиб, а деформация у него в тридцать раз меньше. Вывод – применение по время сборки нагруженных элементов зданий вместо брусьев двутавров позволяет минимум в семь раз уменьшать расход дорогостоящих пиломатериалов, дома стоят значительно дешевле и при этом по прочности намного превосходят традиционные.
По своим характеристикам брус заметно проигрывает двутаврам
К основным преимуществам можно отнести следующие характеристики.
- Прочность на изгиб вдоль оси. Мы специально обратили внимание на направление изгибающего усилия, показатели прочности двутавровой балки очень неодинаковы. Максимальное усилие двутавры выдерживают только при определенном направлении изгибающего момента, это всегда надо помнить и учитывать при монтаже. Как только нарушится положение элемента или изменится направление усилия, конструкция резко теряет первоначальную прочность. При правильном положении верхняя полка двутавровой балки должна работать на сжатие, а нижняя на растяжение. Стенка держит лишь незначительные переменные напряжения.
Физико-механические свойства двутавровых деревянных балок
- Стабильность геометрических размеров. Деревянный двутавр изготавливается из реек и плиты ОСП, эти материалы соединены таким способом, что изменение размеров в результате колебания влажности невозможно. Плиты ОСП-3 влагоустойчивые и не реагируют на повешение влаги. Это позволяет им компенсировать незначительные колебания параметров реек из натурального дерева. Более дорогие деревянные двутавры изготавливаются из клееной древесины, что исключает даже теоретическую вероятность возникновения деформации. Еще одно преимущество двутавров объясняется законами сопротивления материалов. Такие сечения в тридцать раз устойчивее квадратных, что дает возможность конструкциям не менять геометрию во время эксплуатации.
Благодаря стойке из ОСП и способу крепления элементов, двутавровая балка практически не подвержена деформации
- Оптимальное отношение веса к прочности. Геометрический профиль двутавровых балок позволяет им выдерживать большие нагрузки на изгиб при минимальном весе. Площадь сечения балки примерно в семь раз меньше площади сечения квадрата, выдерживающего такие же нагрузки. За счет этого облегчаются монтажные работы перекрытий, уменьшается количество необходимых дорогостоящих пиломатериалов. Можно назвать еще один плюс – снижение нагрузок на несущие стены и фундаменты, но оно настолько незначительно, что во время расчетов игнорируется.
Использование двутавровых балок позволяет снизить нагрузки на стены и фундамент строения
- Технологичность использования. Для монтажа двутавров нет необходимости использовать грузоподъемные механизмы и оборудование. Балки могут перекрывать пролеты длиной шесть метров, при этом никаких дополнительных подпорок не требуется, а прогиб не превышает допустимых значений.
Двутавровые балки отличаются небольшим весом, что значительно упрощает их монтаж и позволяет сэкономить на помощниках
Виды балок
Отечественная классификация отличается от общепринятой европейской только названиями, линейные и физические параметры почти одинаковые.
Таблица. Разновидности двутавровых деревянных балок
| Серия балки | Краткое описание |
|---|---|
 NJ | Европейский стандарт, стойка из плиты ОСП толщиной 10 мм. Общая высота двутавра 302 мм или 241 мм, полки размером 38×64 мм. |
 NJH | Размер полок 64×38 мм, стойка из ОСП 3 толщиной 10 мм. За счет того, что ширина полки в два раза больше толщины, удается увеличить площадку для вбивания метизов при фиксации различных дополнительных элементов перекрытия. Эти полки можно использовать для облегчения монтажа утеплителей и инженерных систем: электрической проводки, кабелей и т. д. |
 NJU | Высота балки 302 мм или 241 мм, толщина плиты ОСП 10 мм. Имеет увеличенные полки размером 89×38 мм, за счет чего возрастает фактическое сопротивление усилиям на изгиб. Двутавр изготавливается по европейским стандартам. |
 БДК | Полки 38×64 мм, высота двутавра 302 мм и 241 мм. Рекомендуется применять для перекрытия небольших по длине пролетов, часто используются как дополнительные перемычки для увеличения жесткости конструкции и уменьшения размеров незаполненных пролетов. Аналог европейской серии NJ. Отличия – при изготовлении применяются не те клеящие составы, физические характеристики ОСП не в полной мере отвечают нормативным актам. |
 БДКУ | По линейным размерам похожи на европейские балки NJH, размер полок 64×38 мм. Высота балки может быть 241 мм, 302 мм, 356 мм и 406 мм. Высота выбирается с учетом исходных данным по нагрузкам и типу утеплительных материалов. |
 СДКУ | Полки 38×64 мм, высота 140. Стойка из ОСП толщиной 10 мм. Балки с небольшой высотой рекомендуется применять для сооружения внутренних межкомнатных перегородок. |
 БДКШ | Высота 241 мм, 302 мм, 256 мм, 406 мм, 457 мм, полки 89×38 мм. Могут применяться не только во время строительства частных домов, но и больших по площади коммерческих или производственных помещений. |
 СДКШ | Полки 89×38 мм, высота 140 мм. Легкая серия, чаще применяется как вертикальная стойка, может выдерживать значительные усилия на сжатие. |
На какие параметры обращать внимание при расчетах
Каждая двутавровая балка перекрытия может выдерживать определенную максимальную нагрузку. Во время проектирования специально предусматривается дополнительный запас прочности в пределах 40–50% — это позволяет полностью исключать вероятность появления аварийных ситуаций из-за грубых нарушений технологии строительства. Какие исходные данные нужны для расчетов?
- Максимальные значения нагрузки на перекрытие. Определяется нагрузка на одну балку, составляется эпюра усилий и на основании полученных данных по таблицам подбирается сечение.
- Длина пролета перекрытия. При расчетах этот параметр нужно увеличить и предусмотреть площадки для упора двутавровых балок.
Расчет шага балок в зависимости от длины пролета
Шаг двутавров принимается стандартным 60 см и согласуется с размерами утеплителей из минеральной ваты. Из специальной таблицы архитекторы для расчетов используют осевой и статический момент инерции, для определения расстояния между балками учитывается радиус инерции. Прогиб вычисляется исходя из нормативной и расчетной нагрузки, длины перекрытия и расчетного сопротивления. При этом соблюдается обязательное условие, что прогиб деревянной двутавровой балки перекрытия не может превышать 1/250 ее длины.
Расчет прогиба балок
Как изготовить двутавр своими руками
Сразу предупреждаем, что для выполнения таких работ надо иметь электрические деревообрабатывающие инструменты и солидный опыт плотника. Двутавровые балки – несущие элементы повышенной ответственности, любые отклонения между расчетными и фактическими параметрами становятся причиной очень серьезной ситуации – нарушение устойчивости перекрытия. Мы рассмотрим самый простой вариант изготовления элементов, применять которые можно только на различных хозяйственных пристройках.
Двутавровые балки можно изготовить самостоятельно, что позволит сократить строительную смету
Предварительно подготовьте рабочее место. Понадобится длинный стол, его размеры должны отвечать параметрам изготавливаемых балок. Стол делайте из подручных материалов, главное чтобы поверхность была максимально ровной. К нему потом прибиваются специальные доски для соединения элементов балки в единую конструкцию.
Шаг 1. Подсчитайте количество и закупите необходимые пиломатериалы. Для балки надо иметь брус с размерами, соответствующими серии двутавра, плиту ОСП 3, столярный клей и небольшие гвоздики или специальные скобы. В упрошенном варианте клей не применяется, но опытные строители настоятельно рекомендуют не пропускать этот важный производственный этап. Это очень негативно отражается на показателях прочности бруса.
Для начала нужно подготовить инструменты и материалы для работы
Шаг 2. Подготовьте рейки. Точно посередине следует вырезать канавку глубиной примерно 10 мм и шириной в соответствии с толщиной плиты. Промышленное производство предусматривает сложный профиль канавки, такой же вид придается и кромкам плиты ОСП. За счет этого существенно увеличивается сила сцепления полок со стойкой. Если у вас нет такого оборудования и набора фрез, то канавку можно делать прямоугольной. Соответственно, кромки плиты также не фрезеруются. Длина реек должна отвечать размерам пролета, ширина и высота выбирается в зависимости от предполагаемых нагрузок.
В рейках вырезают продольные канавки по толщине плиты
Практический совет. В связи с тем, что кустарно изготовленные двутавры могут иметь существенные отклонения по прочности на изгиб, увеличивайте их размеры минимум на 50%. Лучше пусть немного возрастет расход пиломатериалов, чем потом устранять сложные последствия обвала перекрытия.
Шаг 3. Обильно намажьте канавку столярным клеем. Можно использовать ПВА, он на практике показал неплохие свойства, с ним легко работать. Кроме того, по стоимости этот материал не оказывает большого влияния на общую цену самостоятельно изготовленных двутавров.
Пазы промазывают клеем
Шаг 4. Вставьте в паз подготовленный кусок плиты ОСП. Он должен входить с небольшим натяжением, добиться этого можно за счет уменьшения ширины канавки. Если у вас плита толщиной 10 мм, то для вырезания паза берите фрезу шириной не более 9 мм. Дело в том, что непрофессиональные станки невозможно точно отрегулировать, у них всегда будет биение. Как результат – девятимиллиметровая фреза будет давать канавку шириной 9,5–10 мм. В нашем случае это не проблема – плита будет прочно держаться в пазу.
Вставляют заготовку из ОСП
Забивайте плиту через небольшой отрезок доски, в противном случае кромка начнет крошиться. Внимательно следите, чтобы ОСП входила по всей длине до упора, плоскости должны быть строго параллельными. Если длина ОСП недостаточна, то надо использовать два куска плиты. В месте соединения подбейте их в торец до плотной стыковки.
Куски плиты плотно стыкуют
Шаг 5. Посадите на место вторую верхнюю рейку. Технология ничем не отличается от вышеописанной.
На ОСП надевают верхнюю планку
Шаг 6. Переверните двутавр набок и закрепите его в подготовленных шаблонах на столе. Расстояние между досками должно точно отвечать высоте двутавра, прибивайте их ровно по линии. Если двутавр немного не входит, то это значит, что рейки не до конца вошли в плиты, поправьте их положение, добейте элементы молотком.
Двутавр укладывают между шаблонами из досок
Шаг 7. Закрепите скобами рейки и плиты, расстояние между креплениями примерно 20–25 см.
Рейки и плиты скрепляют скобами
Шаг 8. Переверните двутавр обратной стороной, зафиксируйте его между досками и опять скрепите элементы скобами. Двутавр собран, теперь его надо аккуратно уложить на ровную площадку для полного высыхания клея. Желательно балки хранить под навесом.
Готовые балки выкладывают на ровную поверхность и оставляют до полного высыхания клея
Если в перекрытиях планируется прокладка коммуникаций, в балках предварительно высверливают отверстия соответствующего диаметра. После монтажа двутавров сделать это будет затруднительно, к тому же, есть риск нарушить конструкцию.
Сверление отверстий для коммуникаций
Цены на OSB (ориентированно-стружечные плиты)
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.
- На специальные металлические кронштейны. Элементы крепятся к несущей стене, на опорные полки устанавливаются балки и прикручиваются саморезами.
Крепление с помощью кронштейнов
- 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
Советы при покупке
Внимательно проверяйте качество двутавров, это очень ответственные элементы. При превышении нагрузки простой брус вначале прогнется, а только потом трескается. Это позволяет вовремя заметить и устранить проблему. Двутавровая деревянная балка в таких ситуациях не прогибается, а сразу разрушается, последствия аварии могут быть трагическими. На что следует обращать внимание в первую очередь?
- Наличие гнилых сучков, заболони, больших трещин. Полки двутавров должны изготавливаться только из древесины не ниже первого сорта.
Для полок двутавров используют древесину не ниже 1 сорта
- Большие щели в местах соединения реек с плитой. Такая ситуация указывает, что изделия делались на неисправном деревообрабатывающем оборудовании и по качеству не отвечает заявленным стандартам.
Между полкой и стенкой балки не должно быть щелей
- В стыке между рейкой и плитой ОСП нет клея. Засохший состав должен быть по всей длине двутавра. Если его нет, то это свидетельствует о нарушение рекомендованной технологии.
В качественных балках пазы под стойку обязательно промазываются клеем
Рекомендуется во всех случаях требовать сертификат качества, в нем должны быть указаны не только технические параметры, но и реквизиты производителей.
Цены на различные виды бруса
Заключение
Не бойтесь использовать современные строительные технологии, они дают возможность ставить долговечные и удобные дома при значительном уменьшении сметной стоимости. Двутавровые балки можно применять не только для перекрытия — их используют и при строительстве стропильной системы, несущих каркасов деревянных строений различного назначения и т. д.
Видео — Двутавровые балки перекрытия деревянные
К сожалению, отечественная строительная промышленность и технологии отстают от зарубежных на несколько десятилетий. То, что в развитых странах используется давно, для нас считается новинкой. Вы кратко узнали о физических характеристиках двутавровых балок, познакомились с технологией их изготовления и использования. Теперь следует воплощать свои знания в жизнь, начинайте с расчета стропильной системы, замените брусья двутавровыми балками перекрытия. Как делаются расчеты можно прочитать в статье на нашем сайте.
