Деревянная двутавровая балка своими руками

Что собой представляют деревянные двутавровые балки перекрытия

На рынок постоянно поступает большой ассортимент качественных стройматериалов, в ряду которого достойное место заняли двутавровые балки. В чем же популярность этой продукции? Балки обладают необычной формой сечения, где основным элементом, создающим жесткость конструкции, является плита OSP, OSB (ориентировочно-стружечная плита). А также она может быть выполнена из толстой фанеры.

Внешне опоры похожи на рельсы, в которых между брусьями врезано ребро жесткости в виде влагостойкой плиты. Благодаря этому изделия выдерживают большие нагрузки, полностью сохраняют свою форму и целостность после установки.

Устройство

По назначению данные конструкции разделяются на следующие виды:

цокольные,
межэтажные,
чердачные.

Цокольные и чердачные перекрытия требуют усиленной теплозащиты в силу высоких перепадов температур. Для межэтажных оборудуется качественная шумоизоляция, если на верхнем этаже будут находиться жилые комнаты. Конструктивно они состоят из следующих элементов:

балки,
подшивное перекрытие,
изоляционные слои,
накат,

Второй способ устройства деревянных перекрытий: между брусьями укладываются плиты минеральной ваты. Затем поперек них прикрепляются лаги, которые обшиваются накатом. Третий способ выполняют, как 2-ой, но добавляют еще 1 слой лаг и утеплитель между ними. Таким способом осуществляется усиление несущей способности всей конструкции.

Если устанавливаются балки перекрытия в деревянном доме, следует учитывать его усадку в течение года после возведения. Избежать деформации вследствие этого можно следующим способом: сочленения брусьев с наружными стенами закрепляются не жестко, а концы брусьев обрезают под 60º. В кирпичных стенах делают по-другому: в процессе возведения предусматривают специальные гнезда для закладки бруса. Между его концом и кирпичом должна находиться пропитанная битумом подкладка.

При монтаже деревянных перекрытий допускается наращивать балки. Для этого в месте соединения двух брусьев запиливают замок длиной 0,5-1 м. Элементы скрепляют между собой болтами. Конструкция будет более надежной, если концы наращенного бруса расположить на стене фасада. Кроме этого их надо пропитать битумом, а практически незаметное свободное пространство заложить утеплителем.

В целом конструкция перекрытия выглядит следующим образом:

крайние балки располагаются на опорном брусе (мауэрлате) или на верхней металлической обвязке;
следующие укладываются с шагом минимум 0,5 м (шаг тем меньше, чем больше длина пролета);
крепление к срубу осуществляется при помощи надставок, прикрепленных болтами;
между надставками при помощи длинных гвоздей закрепляются вкладыши.

Надставки применяются в случаях, когда уже уложена теплоизоляция, например, плиты минеральной ваты. Монтаж утеплителя снизу вверх осуществить легче и быстрее, поэтому часто используется такой прием. Для надставок берут брус 100 мм.

Разновидности деревянных перекрытий

Классический способ монтажа основан на устройстве несущей части из балок и заполнения пустого пространства. Для этого сбивают накат, состоящий из прилегающих плотно друг к другу щитов или досок. Следует отметить, что для работ часто используется не цельный или клееный брус, а деревянная двутавровая балка для перекрытий, отличающаяся легким весом и высокой прочностью. При помощи такой балки можно осуществить быстрый монтаж перекрытий.

Сама конструкция двутавровой балки делает ее отличным материалом для возведения каркасных домов. Таким образом, весь каркас и перекрытия собираются из одного материала, при этом монтаж не требует применения тяжелой техники. Конструкция двутавровой балки состоит из следующих элементов:

доски-полки из прочной древесины обеспечивают хорошие несущие характеристики;
пространство между ними занимает плита OSB; она удешевляет себестоимость изделия, уменьшает вес, что благоприятно сказывается на общем весе дома и его давлении на фундамент.

В заключение следует отметить преимущества деревянных перекрытий для частного домостроения. Домовладельцу не надо нанимать тяжелую технику вследствие небольшого веса бруса. Затраты на строительство минимальные, так как брус и доску можно приобрести из хвойных пород. Материал обладает высокими звукоизолирующими и теплосберегающими свойствами. Крепления осуществляются болтами или длинными гвоздями, что также является легким, быстрым и удобным способом монтажа.

Чтобы перекрытие было максимально надежным, следует подбирать точные размеры балок, используемых для работы. Так, например, расчет деревянных балок – неизменная часть работы перед их изготовлением, в расчет при этом берут длину балок и их сечение. Длина как деревянных, так и металлических балочных конструкций, зависит от ширины планируемого перекрытия, а сечение нужно просчитывать в зависимости от шага, нагрузки и длины пролета.

В Интернете можно найти специальные онлайн калькуляторы, помогающие выполнить расчеты онлайн, но далеко не все доверяют калькулятору, поэтому мы расскажем, по каким формулам и как именно производится расчет балок перекрытия.

Достоинства деревянной двутавровой балки перекрытия:

Долговечность;
Идеальная заявленная геометрия;
Использование только сухого материала камерной сушки;
Возможность монтажа длинных пролетов (максимальная длина составляет 12 м);
Высокая точность и стабильность геометрии;
Возможность круглогодичного использования в строительстве;
Возможность внутренней прокладки инженерных коммуникаций;
Удобный монтаж (в 5-10 раз быстрее чем для ж/б монолита, пустотной плиты и доски), с минимальными затратами труда и без необходимости подачи спецтехники.

При пролетах больше 6 метров мы используем двутавровые балки с брусом LVL, только цельная конструкция, без стыкования брусков клеевым способом.

Балки перекрытия (двутавровые) не растрескиваются и не деформируются со временем. Наши изделия – отличная альтернатива тяжелым и сложным в работе металлическим и железобетонным покрытиям, монтаж которых связан с необходимостью выполнения «мокрых» работ, дополнительного привлечения арматурщиков, бетонщиков и т.д.

2 Особенности классификации и маркировки

Внутренние грани полок двутавра могут располагаться параллельно либо с уклоном. В зависимости от условий применения и соотношения размеров прокат делится на следующие типы. Нормальные, широкополочные и колонные элементы обозначаются символами “Б”, “Ш” и “К” соответственно. Если в маркировке обнаружите букву “Д”, то речь идет о профиле дополнительной серии. Еще широкополочные и нормальные двутавры могут обозначаться сочетанием символов “ДШ” и “ДБ”.

Двутавровые балки перекрытия

Кроме того, такие конструкции делятся на сварные и горячекатаные. Первые получают путем сваривания стенки и поясов. А вот вторые изготавливают на специальных прокатных станах. Если горячекатаные изделия имеют одинаковые размеры по всей длине, а также полностью состоят из одного и того же металла, то со сварными элементами можно экспериментировать. Их пояса могут состоять из листового или профильного проката, гнутого профиля либо швеллера. При этом характеристики и свойства поясов одного и того же двутавра иногда отличаются, так как состоят из различного металла. Существуют изделия переменного сечения. Это дает возможность более рационально использовать металл и упрочнить конструкцию в местах повышенной эксплуатации.

Технология производства балок

В отличие от металлических балок, двутавр выполняется по совершенно другому принципу. Ни сварка, ни литье не применяются. Деревянные балки собираются подобно конструктору из таких элементов: верхняя планка, нижняя планка, стенка. Каждый элемент изготавливается отдельно. Наличие пазов упрощает процесс сборки, для дополнительной фиксации используется клей.

Практически все производители в процессе изготовления используют следующие виды станков и насадок:

Фрезеровочный станок. Позволяет выполнить канавку под крепление (до 10% длины балки). Естественно, позволить себе фрезер может далеко не каждый частный пользователь. Заменить его можно циркулярной либо ручной дисковой пилой.
Станок для нарезки

Важно не только нарезать заготовки по размерам, но и выполнить максимально точные срезы под углом 45 градусов.
Установка для склейки. Упрощает и существенно ускоряет процесс нанесения клея перед сборкой.
Пресс для склейки

Когда сборка закончена, готовое изделие сушится под прессом. 5 минут будет вполне достаточно.

«Малой кровью»

Большинство домовладельцев предпочтут провести усиление перекрытий таким образом, чтобы сохранялась возможность проживания в стенах здания. В большинстве случае это действительно реально. Если древесина несущей балки повреждена, но в труху она еще не рассыпалась и основные характеристики сохраняет, на элемент можно установить своего рода протезы. Причем из разных материалов.

Прогиб балок может быть устранен наложением деревянных протезов. Накладки максимально плотно фиксируются с двух сторон от поврежденного элемента, либо с двух боков, либо сверху и снизу. Максимальное усиление балок перекрытия достигается креплением накладки по всей ее длине

При этом важно и протез, и укрепляемый элемент обработать противогрибковым составом

Протезы прутковые

Надежное усиление перекрытия может быть достигнуто при использовании металлических накладок либо прутковых протезов. Пластины из стали используются по тому же принципу, что и накладки из древесины, только обрабатываются не противобактериальными, а антикоррозийными препаратами.

Усиление углепластиком

Усиление балок перекрытия углепластиком в последнее время гораздо популярнее деревянных накладок и металлических протезов. Углеволокно выпускается в виде лент, тканей, пластин и жгутов, так что нетрудно выбрать вариант, с которым удобнее всего работать в конкретных условиях. Материал наклеивается в несколько слоев, пока не будет достигнута нужная степень усиления. Работать с углепластиком просто: он легок, пластичен, крепится на клей, что значительно облегчает монтаж, негорюч, что повышает противопожарные характеристики деревянных балок и прочих элементов конструкции из древесины. Особенно актуальным углеволокно становится в условиях стесненности помещений, где особой свободы движений не наблюдается.

Отметим, что усиление балок перекрытия перечисленными способами имеет смысл только в том случае, если прогиб элементов конструкции не сопровождается ее значительными деформациями. Укрепление таким образом балок, имеющих существенные механические повреждения, годится только как временная мера.

Гофрированные балки: отличная экономия

Хотя гофро0балка и выглядит интересно, в России такую конструкцию начали применять еще в 30-х годах прошлого века. Тогда нечто подобное задействовали в деревянных конструкциях. Сегодня же такие балки варят в нескольких металлургических заводах страны.

Теперь этот вид балки представляет собой сварную легкую конструкцию из профлиста, который приварен к стальным полкам. Причем сами полки здесь из горячего проката, а профлист – холоднокатанный.

Посмотрите, как выглядят такие балки:

К идее гофрирования стенок таких балок пришли с целью экономии, если говорить грамотным языком – снижения металлоемкости строительства. Естественно, гофрированная стенка может быть тоньше обычной металлической (всего 1,5-1,8 мм), т.к. у нее уже есть поперечные ребра.

Которые, ко всему, еще и повышают крутильную жесткость самой балки! А, значит, позволяет избавить от главного недостатка, который свойственен двутавру. Здесь напряжение развивается только у поясов, падает почти до нуля, а все касательные напряжения равномерно распределяются по высоте стенок.

Сама гофра может быть как волнистой, так и треугольной (такая считается более технологичной). Еще более прочная балка не с вертикальными гофрами, а горизонтальными.

В общей сложности гофры располагаются к верхнему поясу под углом 45-50°, с расчетом соотношения высоты волны к ее длине от 1/5 до 1/20.

По сравнению с обычными двутавровыми горячекатаными балками гофробалки выходят экономнее на 20-40%. Мало того, что такие балки весят меньше, само профилирование придает большей жесткости при вращении, а потому в монтаже таких балок используется меньше специальных подъемных приспособлений в виде дополнительных уголков и связей. Это значительно упрощает монтаж.

Гофробалки хороши в качестве кровельных прогонов с пролетом от 9 м и как несущее основание в многоэтажках с пролетами до 24 метров.

Единственный существенный недостаток таких конструкций в том, что они довольно трудоемки в изготовлении. Но, благодаря тому, что у таких балок нет ребер жесткости, уменьшается расход металла и длина сварных швов.

Область применения двутавра

Двутавровые деревянные балки обычно применяются в каркасном строительстве, при возведении каменных построек. С их помощью можно проводить такие работы:

создавать бесшумный пол;
изготавливать все типы перекрытий;
оборудовать стропильную конструкцию кровли;
устанавливать межкомнатные перегородки;
создавать монолитную опалубку;
проводить реконструкцию (поднимать уровень пола, менять балки перекрытия, возводить террасы, беседки, мансарды).

Целесообразно применять двутавр при создании бетонных конструкций. Это повышает прочностные параметры и продлевает срок службы.

Определение сечения стропилин

Стропильные ноги крыш различной крутизны выполняют неоднозначную работу. На стропила пологих конструкций действует в основном изгибающий момент, на аналоги крутых систем к нему добавляется еще сжимающее усилие. Потому в расчетах сечения стропил обязательно учитывается наклон скатов.

На стропильные ноги крыш указанной крутизны действует лишь изгибающее напряжение. Рассчитываются они на максимальный момент изгиба с приложением всех видов нагрузки. Причем временные, т.е. климатические нагрузки используются в вычислениях по максимальным показателям.

У стропилин, имеющих только опоры под обоими собственными краями, точка максимального изгиба будет находиться в самом центре стропильной ноги. Если стропилина уложена на три опоры и составлена из двух простых балок, то моменты максимального изгиба придутся на середины обоих пролетов.

У цельной стропилины на трех опорах максимальный изгиб будет в районе центральной опоры, но т.к. под изгибающимся участком находится опора, то направлен он будет вверх, а не так как у предыдущих случаев вниз.

Для нормальной работы стропильных ног в системе необходимо выполнить два правила:

Внутреннее напряжение, сформированное в стропилине при изгибе в результате приложенной к ней нагрузки, обязано быть меньше расчетного значения сопротивления пиломатериала на изгиб.
Прогиб стропильной ноги должен быть меньше нормируемого значения прогиба, который определен соотношением L/200, т.е. прогнуться элементу разрешается только на одну двухсотую долю его реальной длины.

Дальнейшие вычисления состоят в последовательном подборе размеров стропильной ноги, которые в результате удовлетворят указанным условиям. Для вычисления сечения имеются две формулы. Одна из них используется для определения высоты доски или бруса по произвольно заданной толщине. Вторая формула применяется для расчета толщины по произвольно заданной высоте.

В вычислениях необязательно пользоваться обеими формулами, достаточно применить только одну. Полученный в итоге расчетов результат проверяют по первому и второму предельному состоянию. Если расчетная величина получился с внушительным запасом по прочности, вводимый в формулу произвольный показатель можно уменьшить, чтобы не переплачивать за материал.

Если расчетная величина момента изгиба получится больше, чем L/200, то произвольное значение увеличивают. Подбор проводится в соответствии со стандартными размерами имеющихся в продаже пиломатериалов. Так подбирают сечение до того момента, пока не будет подсчитан и получен оптимальный вариант.

Рассмотрим простой пример вычислений по формуле b = 6Wh². Предположим, h = 15 см, а W это отношение M/R_изг. Величину М вычислим по формуле g×L2/8, где g – суммарная нагрузка, вертикально направленная на стропильную ногу, а L – это длина пролета, равная 4 м.

R_изг для пиломатериалов из хвойных пород принимаем в соответствии с техническим нормами 130 кг/см2. Допустим, суммарную нагрузку мы рассчитали заранее, и она у нас получилась равной 345 кг/м. Тогда:

M = 345 кг/м × 16м2/8 = 690 кг/м

Чтобы перевести в кг/см делим результат на 100, получаем 0,690 кг/см.

W = 0,690 кг/см/130 кг/см2 = 0,00531 см

B = 6 × 0,00531 см × 152 см = 7,16 см

Округляем результат как положено в большую сторону и получаем, что для устройства стропил с учетом приведенной в примере нагрузки потребуется брус 150×75 мм.

Проверяем результат по обоим состояниям и убеждаемся в том, что нам подходит материал с рассчитанным сейчас сечением. σ = 0,0036; f = 1,39

Стропила крыш крутизной более 30º вынуждены сопротивляться не только изгибу, но и силе сжимающей их вдоль собственной оси. В этом случае помимо проверки по описанному выше сопротивлению на изгиб и по величине изгиба нужно рассчитывать стропилины по внутреннему напряжению.

Т.е. действия выполняются в аналогичном порядке, но проверочных расчетов несколько больше. Точно также задается произвольная высота или произвольная толщина пиломатериала, с ее помощью рассчитывается второй параметр сечения, а затем проводится проверка на соответствие вышеперечисленным трем техническим условиям, включая сопротивление сжатию.

При необходимости в усилении несущей способности стропилины вводимые в формулы произвольные значения увеличивают. Если запас прочности достаточно большой и нормативный прогиб ощутимо превышает вычисленное значение, то есть смысл еще раз выполнить расчеты, уменьшив высоту или толщину материала.

Подобрать первоначальные данные для производства расчетов поможет таблица, в которой сведены общепринятые размеры выпускаемых у нас пиломатериалов. Она поможет подобрать сечение и длину стропильных ног для первоначальных вычислений.

Как избежать в процессе опасных ошибок?

А теперь давайте разберем главные ошибки при изготовлении таких балок.

Ошибка №1. Покупка неподготовленной древесины

Если вы беретесь самостоятельно изготовить изготавить такое основание для перекрытия, помните, что в заводских условиях балки готовят по специальной технологии, используя только калиброванный сухой материал. Это позволяет полностью исключить возникновение перекручивания балок так называемым «вертолетом», которое нередко происходит при применении обычных деревянных балок и досок.

Вам наверняка будет интересно посмотреть на сам процесс заводского изготовления таких балок:

Ошибка №2. Использование неподходящего клеевого состава

Нельзя для склейки элементов двутавровой балки использовать эпоксидную смолу. У нее достаточно слабая адгезия конкретно в древесине, и придется выжидать немало времени, пока она затвердеет. А вот полиуретановый клей как раз подходит хорошо. Главное преимущество его в том, что он не горит и при этом сам термоактивен. Говоря простым языком, чем выше температура, тем крепче становится само изделие.

И уж точно нельзя использовать в качестве клея ПВА, ведь он совершенно не предусмотрен для применения в таких конструкциях.

Ошибка №3. Неправильное сопряжение балок

Речь идет о перерасходе балок. Дело в том, что в отличие от обычных деревянных балок, двутавры не крепятся внахлест. Для их крепления необходимо приложить балки встык и закрепить при помощи перфорированных пластин. Но не перфорированной лентой, применение которой потом приведет к опрокидыванию балки! Причем место установки перфорированных пластин определяется точными инженерными расчетами.

Ошибка №4. Применение не тех крепежных элементов

Еще одна популярная ошибка – это крепление двутавровых балок к стене и заделка их места монтажной пеной. А на самом деле использовать можно исключительно специальные закладные элементы.

Нельзя также применять слабые кронштейны, ведь после этого уже нельзя будет гарантировать несущую способность такого перекрытия и существует риск обрушения всей конструкции.

Не крепят двутавровые балки также обычными саморезами. Ведь сам по себе саморез – это не конструкционный элемент, и он не рассчитан выдерживать повышенную нагрузку, и используется только для крепления легких и не несущих конструкций.

Обратите внимание и на размер кронштейна, достаточность его высоты. Соотношение высоты кронштейна и балки должно стремиться к единице, то есть быть почти одинаковым

Чем меньше кронштейн – тем хуже.

Ошибка №5. Задействование посторонних элементов

Неправильно также использовать дополнительные элементы, которые не были предусмотрены конструкцией. На самом деле стандартное крепление двутавра достаточно жесткое, и еще как-то закреплять его нет необходимости.

Мы подготовили для вас иллюстрацию, которая поможет разобраться с самыми типичными ошибками монтажа таких балок:

Следуйте нашим советам – и у вас все получится!

Эксплуатационные особенности перекрытия

Практика перехода от цельных мерных балок и конструкций перекрытия к оптимизированной технологии двутавровой балки демонстрирует следующие конструкционные особенности сооружения:

Практически отсутствуют ограничения по креплению уже упомянутой обшивки к ребрам двутавра. Посредством механического жесткого крепежа или путем приклеивания к несущему скелету можно фиксировать ДСП, МДФ, фанеру и даже ламинированные панели при необходимости. Балки на высоте даже без дополнительной поддержки за счет сложной и неоднородной структуры обеспечивают необходимую жесткость перекрытия, достаточную для исключения вероятности прогиба. Применением напольных черновых покрытий толщиной не менее 2 см можно существенно повысить жесткость двутавровых деревянных балок

Для межэтажных перекрытий или при отделении мансарды это особенно важно, так как на верхний уровень будут оказываться более высокие нагрузки. Многое по-прежнему будет определяться способом монтажа и, в частности, типом крепежных материалов

Но в этой части стоит подчеркнуть, что производители расширяют ассортимент модифицированных балок с замковыми соединениями и пазовыми крепежами, которые в принципе позволяют обходиться без строительного клея, скоб, перемычек и метизов при выполнении монтажа. Применение вспомогательных распорок и блокировок при наложении потолков без силовой обвязки позволяет минимизировать вибрации пола, снижая также и риски возникновения скрипов.

Достоинства

Преимущества конструкций:

универсальность строительного материала заключается в том, что его применяют для формирования опорного каркаса кровли, черновых полов и опалубки перекрытий;
вес деревянных двутавров (1 погонный метр колеблется в пределах от 3,2 до 5,8 кг) позволяет монтировать конструкции без привлечения грузоподъемных механизмов;
высокая скорость монтажа перекрытий сокращает сроки малоэтажного строительства;
прочностные характеристики не уступают показателям аналогичных конструкций из металла и бетона;
ДДБ перекрывают пролеты длиной до 15 м;
высокая звукоизоляция и низкая теплопроводность обеспечивают комфортные условия пребывания людей в доме;
простота изготовления балок позволяет наладить их производство в домашней мастерской;
пропитка антисептиками и огнезащитными составами значительно повышают безопасность эксплуатации конструкций;
форма поперечного сечения позволяет в продольных проемах балок прокладывать коммуникации различного назначения, что увеличивает объем и полезную площадь помещений;
цены на ДДБ существенно ниже стоимости аналогичных изделий из других материалов.

Способы усиления деревянной балки перекрытия

Если выяснилось, что несущий элемент требует ремонта, есть несколько методов, которые помогут восстановить способность балки к выдерживанию нагрузок.

Наращивание площади сечения. Один из самых эффективных методов. С двух сторон деревянной доски или бруса, поврежденных по тем или иным причинам, устанавливают накладки с толщиной не менее 50 мм. Усиливающие детали могут монтироваться как по всей длине, так и на поврежденном участке. Перед проведением работ следует поднять балку домкратом, чтобы полностью убрать существующий прогиб. Монтаж проводится с помощью винтов или шпилек, проникающих сквозь первоначальный несущий элемент и скрепляющих обе накладки между собой.
Металлические накладки. Вариация на тему предыдущего метода, только в качестве усилителей выступает не деревянная доска, а швеллер либо металлическая полоса.
Прутковый протез. Этот метод чаще всего применяют для восстановления несущей способности торцевых частей балок. В качестве материала используют металлическую арматуру. Работы проводятся после установки опоры под поврежденную балку и разборки перекрытия. Восстановленный несущий элемент имеет меньшую способность сопротивляться нагрузкам, чем новый, это следует учитывать в период эксплуатации.
Армирование углеволоконными элементами. Современный инновационный метод усиления и укрепления балок перекрытия. Подходит даже в том случае, если нарастить размеры конструкции невозможно. Углепластиковые элементы имеют малый вес и значительную несущую способность. Для ремонта балок используют различные типы углеволоконных материалов – пластины, листы, пруток. Монтаж проводят с применением специального эпоксидного клея, после застывания полученный конструктивный элемент по прочности не уступает стали.

Вне зависимости от выбранного способа реставрации несущей конструкции, необходимо выполнить требования безопасности во время проведения работ. Следует установить опорные поддерживающие стойки или леса во избежание обрушения во время ремонта.