Калькулятор для расчёта деревянных балок перекрытия

Одним из самых популярных решений при устройстве межэтажных перекрытий в частных домах является использование несущей конструкции из деревянных балок. Она должна выдерживать расчетные нагрузки, не изгибаясь и, тем более, не разрушаясь. Прежде чем приступить к возведению перекрытия рекомендуем воспользоваться нашим онлайн-калькулятором и рассчитать основные параметры балочной конструкции.

• Высота и ширина определяют площадь сечения и механическую прочность балки.
• Материал древесины: сосна, ель или лиственница – характеризует прочность балок, их стойкость к прогибам и излому, другие особые эксплуатационные свойства. Обычно отдают предпочтение сосновым балкам. Изделия из лиственницы применяют для помещений с влажной средой (бань, саун и т.п.), а балки из ели используют при строительстве недорогих дачных домов.
• Сорт древесины влияет на качество балок (по мере увеличения сорта качество ухудшается). 1 сорт. На каждом однометровом участке бруса с любой стороны могут быть здоровые сучки размером 1/4 ширины (пластевые и ребровые), размером 1/3 ширины (кромочные). Могут быть и загнившие сучки, но их количество не должно превышать половины здоровых. Также нужно учитывать, что суммарные размеры всех сучков на участке в 0,2 м должны быть меньше предельного размера по ширине. Последнее касается всех сортов, когда речь идет о несущей балочной конструкции. Возможно наличие пластевых трещин размером 1/4 ширины (1/6, если они выходят на торец). Длина сквозных трещин ограничивается 150 мм, брус первого сорта может иметь торцевые трещины размером до 1/4 ширины. Из пороков древесины допускаются: наклон волокон, крень (не более 1/5 площади стороны бруса), не более 2 кармашков, односторонняя прорость (не более 1/30 по длине или 1/10 — по толщине или ширине). Брус 1 сорта может быть поражен грибком, но не более 10% площади пиломатериала, гниль не допускается. Может быть неглубокая червоточина на обзольных частях. Обобщая вышесказанное: внешний вид такого бруса не должен вызывать какие-либо подозрения. 2 сорт. Такой брус может иметь здоровые сучки размером 1/3 ширины(пластевые и ребровые), размером 1/2 ширины (кромочные). По загнившим сучкам требования, как и для 1 сорта. Материал может иметь глубокие трещины длиной 1/3 длины бруса. Максимальная длина сквозных трещин не должна превышать 200 мм, могут быть трещины на торцах размером до 1/3 от ширины. Допускается: наклон волокон, крень, 4 кармашка на 1 м., прорость (не более 1/10 по длине или 1/5 – по толщине или ширине), рак (протяжением до 1/5 от длины, но не больше 1 м). Древесина может быть поражена грибком, но не более 20% площади материала. Гниль не допускается, но может быть до двух червоточин на 1 м. участке. Обобщим: сорт 2 имеет пограничные свойства между 1 и 3, в целом оставляет положительные впечатления при визуальном осмотре. 3 сорт. Тут допуски по порокам больше: брус может иметь сучки размером 1/2 ширины. Пластевые трещины могут достигать 1/2 длины пиломатериала, допускаются торцевые трещины размером 1/2 от ширины. Для 3 сорта допускается наклон волокон, крень, кармашки, сердцевина и двойная сердцевинаы, прорость (не более 1/10 по длине или 1/4 — по толщине или ширине), 1/3 длины может быть поражена раком, грибком, но гнили не допускаются. Максимальное количество червоточин — 3 шт. на метр. Обобщая: 3 сорт даже невооруженным глазом выделяется не самым лучшим качеством. Но это не делает его непригодным для изготовления перекрытий по балкам.Подробнее про сорта читайте ГОСТ 8486-86 Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия;
• Пролет – расстояние между стенами, поперек которых укладываются балки. Чем он больше, тем выше требования к несущей конструкции;
• Шаг балок определяет частоту их укладки и во многом влияет на жесткость перекрытия;
• Коэффициент надежности вводится для обеспечения гарантированного запаса прочности перекрытия. Чем он больше, тем выше запас прочности

Наш онлайн-калькулятор позволит вам рассчитать параметры деревянных балок и подобрать оптимальную конфигурацию перекрытия.

Расчет однопролетных деревянных балок перекрытия

Расчет деревянных балок перекрытия востребован как для жилых мансард, вторых этажей, так и для неэксплуатируемых чердаков. Низкая пожаробезопасность, устойчивость к поражению грибком деревянных конструкций компенсируется демократичной ценой, незначительным весом, ручным монтажом. Начиная расчет сечения, необходимо учесть несколько рекомендованных специалистами параметров:

Разновидности балок перекрытия.

• опирание на стену от 12 см;
• прямоугольное сечение с соотношением 7/5 (высота всегда больше ширины);
• пролет 4 — 2,5 м (размещение по короткой стороне прямоугольника);
• допустимый прогиб 1/200 (2 см на рекомендуемую длину).

Для удобства расчета применяют статическую нагрузку с запасом, равную 200 кг либо 400 кг на единицу площади для чердаков, эксплуатируемых помещений соответственно. Такой метод избавляет от длительных подсчетов эксплуатационных нагрузок — людей, мебели, домашней утвари. Чаще всего полы верхнего уровня опираются на лаги, поэтому фактически присутствуют сосредоточенные нагрузки. На практике количество лаг превышает 5-7, поэтому нагрузку принимают равномерно распределенной.

Расчеты сводятся к определению рационального сечения пиломатериала, обеспечивающего 20-30% прочностный запас при минимальном бюджете строительства. При большом шаге балок, укладке дощатого пола без лаг дополнительно вычисляется минимально возможное сечение половой доски.

Пример расчета деревянной балки

Рисунок 1. Таблица с характеристиками расчетного сопротивления материалов различной влажности.

Расчет перекрытия начинается с определения изгибающего момента для эксплуатационных условий. Применяется формула:

M = N x L2/8, где L — длина пролета, N — нагрузка на единицу площади.

Четырехметровое перекрытие над пролетом 4 м для эксплуатируемого этажа/чердака в этом случае испытывает при шаге балок 1 м изгибающий момент:

М = 400 кг/м2 х 42 м / 8 = 800 кгм (для приведения в единую систему единиц 80 000 кгсм)

В нормативах СНиП приведены таблицы с характеристиками расчетного сопротивления материалов различной влажности. Рис. 1.

Параметр обозначается буквой R, составляет для хвойных пород, чаще всего использующихся в несущих конструкциях коттеджей вследствие дешевизны, 14 МПа. При переводе в более удобные единицы это значение составит 142,7 кг/см2. Обеспечивая запас прочности, цифра округляется в меньшую сторону до 140 единиц для дальнейшего использования. Таким образом, от каждого элемента перекрытия потребуется момент сопротивления:

W = M/R.

В примере с указанными условиями перекрытие должно обладать значением:

W = 80 000/140 = 571 см3

Для балок перекрытия предпочтительнее брус с прямоугольным сечением. Момент сопротивления элементов такой формы определяется по формуле:

W = a x h3/6.

Рисунок 2. Таблица для вычисления сопротивления различных пород деревьев.

В этой формуле изначально неизвестны два параметра — высота h, ширина a. Подставляя в нее одно значение (ширину), легко вычисляется вторая сторона сечения (высота), которым обладает балка перекрытия:

• находим 6W/a;
• извлекаем корень из этого значения.

В нашем случае h = 18,5 см при ширине 10 см. Ближайшее стандартное сечение бруса 20 х 10 см полностью удовлетворяет требованиям.

Зависимость от шага расстановки деревянных балок

Если расстояние между осями однопролетных деревянных балок изменить в любую сторону, изменятся размеры сечения балки, досок, использующихся в качестве напольного покрытия. Поэтому рекомендуется произвести несколько вычислений с разными параметрами для достижения минимального бюджета строительства.

В нашем примере получилась деревянная балка 20/10 см, количество пиломатериала для всего помещения 6 х 4 м составит 7 шт. (0,56 куба).

Расчет деревянных балок для этих же условий с шагом 0,75 м снизит изгибающий момент до 60 000 кгсм, момент сопротивления до 420 см3, высоту балки до 15,9 см. В этом случае потребуется 9 балок 17,5 х 10 см (0,63 куба пиломатериала).

Расчет деревянных балок с шагом 0,5 м позволит снизить указанные характеристики до 40 000 кгсм, 280 см3, 12,9 см соответственно. Количество балок увеличится до 13-и, пиломатериала до 0,78 кубов.

В первом случае для пола потребуется 50-я либо 40-я доска, в последнем варианте достаточно «дюймовки», что существенно снизит бюджет строительства.

Специфика расчетов деревянных перекрытий

Рисунок 3. Схема монтажа балок перекрытия.

В нормативах СНиП присутствуют другие таблицы, необходимые при вычислениях для пород деревьев, отличающихся характеристиками от сосны, ели (Рис. 2). Кроме того, имеются коэффициенты ресурса конструкций:

• для обеспечения вековой надежности k = 0,8;
• эксплуатация в пределах 50-90 лет обеспечивается при k = 0,9;
• если достаточно 50-летней надежности, применяют k = 1.

На этот коэффициент умножается расчетное сопротивление балки, увеличивается минимально допустимая ширина/высота сечения пиломатериалов.

Произведенных вычислений недостаточно для проверки выбранной балки. Необходимо рассчитать прогиб конструкции, сравнить его с допустимо возможным. Для работы принимается шарнирное опирание балок, формула выглядит следующим образом:

F = 5NL4/IE, где Е — модуль упругости пиломатериала, I — момент инерции.

Первая характеристика балки зависит от материала, для всех пород древесины одинакова — 100 000 кг/см2. Однако в зависимости от влажности значение варьируется в пределах 110 000 — 70 000 кг/см2.

Момент инерции равен:

I = a x h4/12.

Что для рассматриваемых в примере условий составит:

I = 10 x 203/12 = 6 666 см4.

После чего прогиб балок составит:

F = 5 x 400 кг х 44 м/384 х 100 000 = 2 см.

Нормы СНиП регламентируют прогиб деревянных балок перекрытия в пределах 1,6 см. Поэтому условие не выполняется, берется следующее значение пиломатериала.

Практика показывает, что при шаге балок 1 м достаточно 4 см половой доски, при снижении шага до 0,75 м можно обойтись 35 мм доской.

«Дюймовка» (25 мм доска) обычно применяется на не эксплуатируемых чердаках при шаге балок 0,5 м. В остальных случаях рекомендуется производить расчеты, аналогичные рассмотренным для досок напольного покрытия. Длина пролета в этом случае снижается до расстояния от края балки до края соседнего элемента.

При использовании многослойной фанеры рекомендуется использовать 14 мм листы по балкам с шагом 0,75 м, 18 мм листы при шаге 1 м. Не рекомендуется применение ДСП в качестве чернового пола, материал лучше заменить на ОСБ, обладающее большим эксплуатационным ресурсом. Рис. 3.

Если между напольным покрытием, балками перекрытия используются лаги, расчет пиломатериала идентичен рассмотренному в примере. На практике сечения 10 х 7 см для этого достаточно.

Обычно прочностный расчет применяется при стандартных эксплуатационных условиях:

• облицовка в виде ламината, паркета, линолеума;
• отсутствие штукатурки.

Если потолок планируется оштукатуривать, облицовывать деревянное перекрытие кафелем, гораздо важнее расчет на прогиб. В этом случае вместо рекомендуемого СНиП допустимого значения 1/20 длины пролета используется значение 1/350. В противном случае кафель будет отслаиваться при кратковременном увеличении эксплуатационных нагрузок. Черновой пол в этом случае изготавливается из жестких деревосодержащих плит либо многослойной фанеры, а не из досок. В сложных эксплуатационных условиях деревянные балки либо сдвигаются до 0,4-0,5 м, либо заменяются металлопрокатом.

Программа расчета деревянных балок однопролетных

Программа расчета деревянных балок перекрытия — небольшой и удобный инструмент, который упростит основные расчеты по определению сечения бруса и шага его установки при устройстве межэтажных перекрытий.

Инструкция по работе с программой

Рассмотренная программа небольшая и дополнительной установки не требует.

Чтобы было понятнее, рассмотрим каждый пункт программы:

• Материал — выбираем требуемый материал бруса или бревна.
• Тип балки — брус или бревно.
• Размеры — длина, высота, ширина.
• Шаг балок — расстояние между балками. Изменяя данный параметр (как и размеры) можно добиться оптимального соотношения.
• Нагрузка по площади. Как правило, расчет нагрузки на перекрытия производится на этапе проектирования специалистами, но выполнить его можно и самостоятельно. Прежде всего, учитывается вес материалов, из которых изготовлено перекрытие. Например, чердачное перекрытие, утепленное легким материалом (например, минеральной ватой), с легкой подшивкой выдерживает нагрузку от собственного веса в пределах 50кг/м². Эксплуатационная нагрузка определяется в соответствии с нормативными документами. Для чердачного перекрытия из деревянных основных материалов и с легкими утеплителем и подшивкой эксплуатационная нагрузка в соответствии со СНиП 2.01.07-85 вычисляется таким путем: 70*1,3=90 кг/м². 70 кг/м². В этом расчете барется нагрузка в соответствии с нормативами, а 1,3 – коэффициент запаса. Общая нагрузка вычисляется путем сложения: 50+90=140 кг/м². Для надежности цифру рекомендуется округлить немного в большую сторону. В данном случае можно принимать общую нагрузку за 150 кг/м². Если чердачное помещение планируется интенсивно эксплуатировать, то требуется увеличить в расчете нормативное значение нагрузки до 150. В этом случае расчет будет выглядеть следующим образом: 50+150*1,3=245 кг/м². После округления в большую сторону – 250 кг/м². Также следует проводить расчет таким образом, в случае если используются более тяжелые материалы: утеплители, подшивка для заполнения межбалочного пространства. Если на чердаке будет обустраиваться мансарда, то необходимо принимать во внимание вес пола и мебели. В этом случае общая нагрузка может составить до 400 кг/м².
• При относительном прогибе. Разрушение деревянной балки обычно происходит от поперечного изгиба, при котором в сечении балки возникают сжимающие и растягивающие напряжения. Вначале древесина работает упруго, затем возникают пластические деформации, при этом в сжатой зоне происходит смятие крайних волокон (складки), нейтральная ось опускается ниже центра тяжести. При дальнейшем росте изгибающего момента пластические деформации растут и происходит разрушение в результате разрыва крайних растянутых волокон. Максимальный относительный прогиб балок и прогонов покрытий не должен превышать 1/200.
• Среднеточечная нагрузка (для ригелей) — это нагрузка, взятая с плиты (полная) плюс собственный вес ригеля.

Расчет прочности деревянной балки калькулятор. Программа расчета деревянных балок однопролетных

Программа расчета деревянных балок перекрытия — небольшой и удобный инструмент, который упростит основные расчеты по определению сечения бруса и шага его установки при устройстве межэтажных перекрытий.

Инструкция по работе с программой

Рассмотренная программа небольшая и дополнительной установки не требует.

Чтобы было понятнее, рассмотрим каждый пункт программы:

• Материал — выбираем требуемый материал бруса или бревна.
• Тип балки — брус или бревно.
• Размеры — длина, высота, ширина.
• Шаг балок — расстояние между балками. Изменяя данный параметр (как и размеры) можно добиться оптимального соотношения.
. Как правило, расчет нагрузки на перекрытия производится на этапе проектирования специалистами, но выполнить его можно и самостоятельно. Прежде всего, учитывается вес материалов, из которых изготовлено перекрытие. Например, чердачное перекрытие, утепленное легким материалом (например, минеральной ватой), с легкой подшивкой выдерживает нагрузку от собственного веса в пределах 50кг/м². Эксплуатационная нагрузка определяется в соответствии с нормативными документами. Для чердачного перекрытия из деревянных основных материалов и с легкими утеплителем и подшивкой эксплуатационная нагрузка в соответствии со СНиП 2.01.07-85 вычисляется таким путем: 70*1,3=90 кг/м². 70 кг/м². В этом расчете барется нагрузка в соответствии с нормативами, а 1,3 – коэффициент запаса. : 50+90=140 кг/м². Для надежности цифру рекомендуется округлить немного в большую сторону. В данном случае можно принимать общую нагрузку за 150 кг/м². Если чердачное помещение планируется интенсивно эксплуатировать, то требуется увеличить в расчете нормативное значение нагрузки до 150. В этом случае расчет будет выглядеть следующим образом: 50+150*1,3=245 кг/м². После округления в большую сторону – 250 кг/м². Также следует проводить расчет таким образом, в случае если используются более тяжелые материалы: утеплители, подшивка для заполнения межбалочного пространства. Если на чердаке будет обустраиваться мансарда, то необходимо принимать во внимание вес пола и мебели. В этом случае общая нагрузка может составить до 400 кг/м².
• При относительном прогибе. Разрушение деревянной балки обычно происходит от поперечного изгиба, при котором в сечении балки возникают сжимающие и растягивающие напряжения. Вначале древесина работает упруго, затем возникают пластические деформации, при этом в сжатой зоне происходит смятие крайних волокон (складки), нейтральная ось опускается ниже центра тяжести. При дальнейшем росте изгибающего момента пластические деформации растут и происходит разрушение в результате разрыва крайних растянутых волокон. Максимальный относительный прогиб балок и прогонов покрытий не должен превышать 1/200.
— это нагрузка, взятая с плиты (полная) плюс собственный вес ригеля.

При конструировании кровельной системы небольшого по размерам здания (частный дом, гараж, сарай и т.п.) применяются такие несущие элементы, как однопролетные деревянные балки. Они предназначены для перекрытия пролетов и выступают основанием для укладки настила на крышу. На этапе планирования и создания проекта будущей постройки в обязательном порядке осуществляется расчет несущей способности деревянных балок.

Деревянный балки предназначены для перекрытия пролетов и выступают основанием для укладки настила на крышу.

Основные правила выбора и монтажа однопролетных балок

К процессу расчета, выбора и укладки несущих элементов следует подходить со всей ответственностью, так как от этого будет зависеть надежность и долговечность всего перекрытия. За многие столетия существования строительной индустрии выработались некоторые правила конструирования кровельной системы, среди которых стоит отметить следующие:

1. Длина однопролетных брусьев, их габариты и количество определяются после осуществления измерений пролета, который требуется перекрыть. При этом важно учитывать способ их крепления к стенам здания.
2. В стены, возведенные из блоков или кирпича, несущие элементы должны углубляться не менее чем на 15 см, если они изготовлены из бруса, и не менее чем на 10 см, если используются доски. В стены из сруба балки должны углубляться минимум на 7 см.
3. Оптимальная ширина пролета, пригодного для перекрытия с помощью балок из дерева, находится в пределах 250-400 см. При этом максимальная длина брусьев составляет 6 м. Если требуется применить более длинные несущие элементы, то в этом случае рекомендуется устанавливать промежуточные опоры.

Расчет нагрузок, действующих на перекрытие

Кровля передает несущим элементам нагрузку, которая состоит из собственного веса, включая вес используемого теплоизоляционного материала, эксплуатационного веса (предметов, мебели, людей, которые могут по ней ходить в процессе выполнения тех или иных работ), а также сезонных нагрузок (например, снега). Точный расчет выполнить в домашних условиях у вас вряд ли получится. Для этого нужно обратиться за помощью в проектную организацию. Более простые расчеты можно произвести самостоятельно по такой схеме:

Рисунок 1. Таблица минимально допустимого расстояния между балками.

1. Для чердачных перекрытий, при утеплении которых использовались легкие материалы (например, минвата), на которые не влияют большие эксплуатационные нагрузки, можно говорить, что в среднем на 1 м 2 кровли приходится вес в 50 кг. Согласно ГОСТ для подобного случая нагрузка будет равна: 70*1,3 = 90 кг/м 2 , где 1,3 – запас прочности, а 70 (кг/м 2) – нормированное значение для приведенного примера. Суммарная нагрузка будет равна: 50+90 = 140 кг/м 2 .
2. Если в качестве утеплителя применяется более тяжелый материал, то нормированное значение по ГОСТу будет равно 150 кг/м 2 . Тогда общая нагрузка: 150*1,3+50 = 245 кг/м 2 .
3. Для мансарды данное значение будет равно 350 кг/м 2 , а для межэтажного перекрытия – 400 кг/м 2 .

Узнав нагрузку, можно приступать к расчету габаритов однопролетных деревянных балок.

Расчет сечения деревянных балок и шага укладки

Несущая способность балок зависит от их сечения и шага укладки . Данные величины являются взаимосвязанными, поэтому их расчет осуществляется одновременно. Оптимальной формой для балок перекрытия является прямоугольная с соотношением сторон 1,4:1, то есть высота должна быть больше ширины в 1,4 раза.

Расстояние между соседними элементами должно быть не менее 0,3 м и не более 1,2 м. В случае монтажа рулонного утеплителя стараются сделать шаг, который будет равен его ширине.

Если конструируется каркасный дом, то ширина принимается равной шагу между стойками каркаса.

Для определения минимально допустимых размеров балок при шаге их укладки в 0,5 и 1,0 м можно воспользоваться специальной таблицей (рис. 1).

Все вычисления должны производиться в строгом соответствии с существующими нормами и правилами. При возникновении некоторых сомнений в точности расчетов полученные значения рекомендуется округлять в большую сторону.

Для подбора поперечного сечения балки необходимо сначала определить в ней максимальный изгибающий момент (М ) и по нему для конкретных размеров сечения балки (ширины и высоты) определяется максимальное напряжение ( ). Сечение подбирается так, чтобы это напряжение ( ) не превышало расчетного сопротивления материала балки (в данном случае древесины) R u . Для обеспечения экономичности выбора сечения необходимо, чтобы разница между  иR u былакак можно меньшей. Такой расчет относится «расчетам по несущей способности» (иначе «расчетам по I группе предельных состояний»).

После подбора сечения по несущей способности производится «расчет по деформациям» (иначе «расчет по II группе предельных состояний»), т.е. определяется прогиб балки и оценивается его допустимость. Если при сечении балки, выбранном по несущей способности, прогиб оказывается больше допустимого, сечение дополнительно увеличивают, если меньше – оставляют без изменения.

2.5. Расчет по несущей способности

Максимальный изгибающий момент М в балке определяется по правилам механики (сопротивления материалов) по формуле

где q )

l – пролет балки (м ).

Напряжение в балке  определяется по формуле

, (2)

где М – изгибающий момент (кНм ), определяемый по формуле (1),

W – момент сопротивления сечения (м 3 ).

, (3)

где b , h – соответственно ширина и высота сечения балки.

Пример . Пролет балки l = 3.6 I = 2.56 кН/м. Проверить сечение балки 0.10.2м (большая сторона – высота).

= 4.15 кНм

= 0.00056 м 3

= 6 200 кН/м 2 (кПа) =6.2 МПа < R u =13 МПа

Таким образом сечение 0.10.14м удовлетворяет требованиям прочности (несущей способности), однако полученное максимальное напряжение  примерно вдвоениже расчетного сопротивления древесины R u , т.е. «запас прочности» неоправданно велик. Уменьшим сечение до 0.10.14 м и проверим возможность его приеменения.

W

= 0.000327м 3

= 12 691кПа = 12.7 МПа < 13 МПа

«Запас» при сечении 0.1 0.14 м менее 5%, что вполне удовлетворяет требованиям экономичности. Таким образом принимаем (на данном этапе) сечение 0.1 0.14 м.

2.6. Расчет по деформациям

Прогиб балки f определяется по формуле (сопротивление материалов)

, (4)

где ) применительно к расчетам по деформациям (см. таблицу 4);

l – пролет балки (м );

Е – модуль упругости материала балки, т.е. древесины (кПа);

I – момент инерции сечения балки (м 4)

, (5)

где обозначения те же, что и в формуле (2).

= 0.0000228 м 4 = 2.28 10 -5 м 4

= 0.0173м = 1.73 см

Относительный прогиб балки, т.е. отношение прогиба f к пролету l , составляет в данном случае