Расчет деревянных балок перекрытия – Калькулятор онлайн

Мар 7, 2020 Ремонт

Расчет деревянных балок перекрытия – Калькулятор онлайн

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 h2/6.

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.

Металлические балки двутавровые

Кроме повсеместно ведущегося строительства многоэтажных зданий с большим числом квартир, широкое распространение получило сооружение частных домов, причем не только небольших одноэтажных, но и довольно крупных, с двумя и более этажами, иногда и с мансардой наверху или обитаемым чердаком. Для таких домов уже не подходит каркасный метод; материалом часто служит, вместо дерева, кирпич или железобетон. Возведение крупных частных домов должно вестись по всем правилам строительной науки, так как ошибки при проектировании или воплощении проекта могут привести к нежелательным последствиям.

Если строящийся дом представляет собой капитальное здание – из бетона, кирпича, шлакоблока, то для потолочных перекрытий, межэтажных и чердачных, целесообразно применить железобетонные плиты. Наиболее подходящий тип каркаса, способный выдержать вес таких перекрытий, – это каркас, элементом которого является металлическая балка двутаврового профиля.

Именно этот вид проката, установленный своей стенкой вертикально, обладает наибольшей несущей способностью. Естественно, фундамент и стены дома при этом должны быть достаточной прочности, чтобы выдерживать дополнительный вес от 0,5 до 1 тонны – столько металла, в зависимости от количества балок и номера профиля может понадобиться для потолочного перекрытия.

Чтобы избежать лишних затрат и лишнего веса каркаса потолка, а также не допустить обрушения или значительного прогиба балок, необходимо заранее рассчитать их параметры и по результатам расчета подобрать нужный прокат. Расчет сводится к вычислению следующих величин: требуемого момента сопротивления и минимального момента инерции сечения балки, а исходя из последнего – максимального относительного прогиба.

Примечание Расчет ведется по двум характеристикам – на прочность и на жесткость. По полученным значениям момента сопротивления и момента инерции в таблицах ГОСТ находят требуемый номер проката.

Виды балок

При возведении зданий используется балки разных конфигураций, размеров, профиля, характера сечения. Их изготавливают из металла и дерева. Для любого вида используемого материала нужен индивидуальный расчёт изгиба.

Виды балок:

  1. Деревянные

    — их используют в основном при строительстве индивидуальных построек. Они применяются при возведении полов, потолков, несущих перекрытий. Дерево – капризный материал и подвержено деформации. Для определения максимального изгиба, существенны такие параметры: используемый профиль, размер, нагрузка, характер поперечного сечения.

  2. Металлические

    — такие балки изготавливают из сплава металлов и сечение у них сложное. Поэтому особое внимание уделяется жесткости, а также прочности соединений. Балки из металла применяются в возведении многоэтажек, сооружений, требующих высокой прочности.

Расчет моментов инерции и сопротивления сечения

Для выполнения расчетов жесткости потребуется значение момент инерции сечения (J) и момента сопротивления (W). Для расчета момента сопротивления сечения лучше всего воспользоваться формулой:

Важной характеристикой при определении момента инерции и сопротивления сечения является ориентация сечения в плоскости разреза. При увеличении момента инерции увеличивается и показатель жесткости.

Определение максимальной нагрузки и прогиба

Для точного определения прогиба балки, лучше всего применять данную формулу:

Где:

q является равномерно-распределенной нагрузкой;

E – модуль упругости, который является табличной величиной;

l – длина;

I – момент инерции сечения.

Чтобы рассчитать максимальную нагрузку, следует учитывать статические и периодические нагрузки. К примеру, если речь идет о двухэтажном сооружении, то на деревянную балку будет постоянно действовать нагрузка от ее веса, техники, людей.

Особенности расчета на прогиб

Расчет на прогиб проводится обязательно для любых перекрытий. Крайне важен точный расчет данного показателя при значительных внешних нагрузках. Сложные формулы в данном случае использовать необязательно. Если использовать соответствующие коэффициенты, то вычисления можно свести к простым схемам:

  1. Стержень, который опирается на одну жесткую и одну шарнирную опору, и воспринимает сосредоточенную нагрузку.
  2. Стержень, который опирается на жесткую и шарнирную опору, и при этом на него действует распределенное нагружение.
  3. Варианты нагружения консольного стержня, который закреплен жестко.
  4. Действие на конструкцию сложной нагрузки.

Применение этого метода вычисления прогиба позволяет не учитывать материал. Поэтому на расчеты не влияют значения его основных характеристик.

Пример подсчета прогиба

Чтобы понять процесс расчета жесткости балки и ее максимального прогиба, можно использовать простой пример проведения расчетов. Данный расчет проводится для балки с такими характеристиками:

  • материал изготовления – древесина;
  • плотность составляет 600 кг/м3;
  • длина составляет 4 м;
  • сечение материала составляет 150*200 мм;
  • масса перекрывающих элементов составляет 60 кг/м²;
  • максимальная нагрузка конструкции составляет 249 кг/м;
  • упругость материала составляет 100 000 кгс/ м²;
  • J равно 10 кг*м².

Для вычисления максимальной допустимой нагрузки учитывается вес балки, перекрытий и опор. Рекомендуется также учесть вес мебели, приборов, отделки, людей и других тяжелых вещей, который также будут оказывать воздействие на конструкцию. Для расчета потребуются такие данные:

  • вес одного метра балки;
  • вес м2 перекрытия;
  • расстояние, которое оставляется между балками;
  • временная нагрузка;
  • нагрузка от перегородок на перекрытие.

Чтобы упросить расчет данного примера, можно принять массу перекрытия за 60 кг/м², нагрузку на каждое перекрытие за 250 кг/м², нагрузки на перегородки 75 кг/м², а вес метра балки равным 18 кг. При расстоянии между балками в 60 см, коэффициент k будет равен 0,6.

Если подставить все эти значения в формулу, то получится:

q = ( 60 + 250 + 75 ) * 0,6 + 18 = 249 кг/м.

Для расчета изгибающего момента следует воспользоваться формулой f = (5 / 384) * £ .

Именно это и является показателем прогиба при воздействии на балку максимальной нагрузки. Данные расчеты показывают, что при действии на нее максимальной нагрузки, она прогнется на 0,83 см. Если данный показатель меньше 1, то ее использование при указанных нагрузках допускается.

Использование таких вычислений является универсальным способом вычисления жесткости конструкции и величины их прогибания. Самостоятельно вычислить данные величины достаточно легко. Достаточно знать необходимые формулы, а также высчитать величины. Некоторые данные необходимо взять в таблице. При проведении вычислений крайне важно уделять внимание единицам измерения. Если в формуле величина стоит в метрах, то ее нужно перевести в такой вид. Такие простые ошибки могут сделать расчеты бесполезными. Для вычисления жесткости и максимального прогиба балки достаточно знать основные характеристики и размеры материала. Эти данные следует подставить в несколько простых формул.

Предельные прогибы

Согласно: СП 20.13330.2016:

Приложение Д

Прогибы и перемещения Д.2

Предельные прогибы Д.2.1

Вертикальные предельные прогибы элементов конструкций

Вертикальные предельные прогибы элементов конструкций и нагрузки, от которых следует определять прогибы, приведены в таблице Д.1. Требования к зазорам между смежными элементами приведены в Д.1.6 приложения Д.1.

Таблица Д.1

Элементы конструкций Предъявляемые требования Вертикальные предельные прогибы fu Нагрузки для определения вертикальных прогибов
1 Балки крановых путей подмостовые и подвесные краны, управляемые:
с пола, в том числе тельферы (тали) Технологические l/250 От одного крана
из кабины при группах режимов работы: Физиологические и технологические
1К — 6К l/400 То же
l/500 «
l/600 «
2 Балки, фермы, ригели, прогоны, плиты, настилы (включая поперечные ребра плит и настилов):
а) покрытий и перекрытий, открытых для обзора, при пролете l, м: Эстетико-психологические Постоянные и длительные
l ≤ 1 l/120
l = 3 l/150
l = 6 l/200
l = 24 (12) l/250
l ≥ 36 (24) l/300
б) покрытий и перекрытий при наличии перегородок под ними Конструктивные Принимаются в соответствии с приложением Д.1 Приводящие к уменьшению зазора между несущими элементами конструкций и перегородками, расположенными под элементами
в) покрытий и перекрытий при наличии тельферов (талей), подвесных кранов, управляемых:
с пола Технологические l/300 или a/150
(меньшее из двух)
Кратковременные с учетом нагрузки от одного крана или тельфера (тали) на одном пути
из кабины Физиологические l/400 или a/200
(меньшее из двух)
От одного крана или тельфера (тали) на одном пути
г) перекрытий, подверженных действию: Физиологические и технологические l/350 Наиболее неблагоприятное из следующих двух значений:
перемещаемых грузов, материалов, узлов и элементов оборудования и других подвижных нагрузок (в том числе при безрельсовом напольном транспорте) 0,7 полных нормативных значений кратковременных нагрузок на перекрытие или нагрузки от одного транспортного средства
нагрузок от рельсового транспорта:
узкоколейного l/400 От одного состава вагонов (или одной напольной машины) на одном пути
ширококолейного l/500 То же
д) покрытий и перекрытий автостоянок в зданиях, при пролете l, м: Физиологические и технологические Постоянные и длительные
l = 6 l/200
l = 12 l/250
l ≥ 24 l/300
3 Элементы лестниц (марши, площадки, косоуры), балконов, лоджий Эстетико-психологические Те же, что в позиции 2, а
Физиологические Определяются в соответствии с Д.2.2
4 Плиты перекрытий, лестничные марши и площадки, прогибу которых не препятствуют смежные элементы То же 0,7 мм Сосредоточенная нагрузка 1 кН в середине пролета
5 Перемычки и навесные стеновые панели над оконными и дверными проемами (ригели и прогоны остекления) Конструктивные l/200 Приводящие к уменьшению зазора между несущими элементами и оконным или дверным заполнением, расположенным под элементами
Эстетико-психологические Те же, что в позиции 2, а
Обозначения, принятые в таблице Д.1:

l — расчетный пролет элемента конструкции:

а — шаг балок или ферм, к которым крепятся подвесные крановые пути.

Примечания

1 Для консоли вместо l следует принимать удвоенный ее вылет.

2 Для промежуточных значений l в позиции 2, а предельные прогибы следует определять линейной интерполяцией, учитывая требования Д.1.7 приложения Д.

3 В позиции 2, а цифры, указанные в скобках, следует принимать при высоте помещений до 6 м включительно.

4 Особенности вычисления прогибов по позиции 2, г указаны в Д.1.8 приложения Д.

3 При ограничении прогибов эстетико-психологическими требованиями допускается пролет l принимать равным расстоянию между внутренними поверхностями несущих стен (или колонн).

Д.2.2 Предельные прогибы (физиологические)

Предельные прогибы элементов перекрытий (балок, ригелей, плит), лестниц, балконов, лоджий, помещений жилых и общественных зданий, а также бытовых помещений производственных зданий исходя из физиологических требований следует определять по формуле

(Д.1)

где g — ускорение свободного падения;

р — нормативное значение нагрузки от людей, возбуждающих колебания, принимаемое по таблице Д.2;

р1 — пониженное нормативное значение нагрузки на перекрытия, принимаемое по таблице Д.2;

q — нормативное значение нагрузки от веса рассчитываемого элемента и опирающихся на него конструкций;

n — частота приложения нагрузки при ходьбе человека, принимаемая по таблице Д.2;

b — коэффициент, принимаемый по таблице Д.2.

Таблица Д.2

Прогибы следует определять от суммы нагрузок φ1р + р1 + q, где φ1 — коэффициент, определяемый по формуле (8.1).

Д.2.3 Горизонтальные предельные прогибы колонн
и тормозных конструкций от крановых нагрузок

Д.2.3.1 Горизонтальные предельные прогибы колонн зданий, оборудованных мостовыми кранами, крановых эстакад, а также балок крановых путей и тормозных конструкций (балок или ферм), следует принимать по таблице Д.3, но не менее 6 мм.

Прогибы следует проверять на отметке головки крановых рельсов от сил торможения тележки одного крана, направленных поперек кранового пути, без учета крена фундаментов.

Таблица Д.3

Группы режимов работы кранов Предельные прогибы fu
колонн балок крановых путей и тормозных конструкций, зданий и крановых эстакад (крытых и открытых)
зданий и крытых крановых эстакад открытых крановых эстакад
1К — 3К h/500 h/1500 l/500
4К — 6К h/1000 h/2000 l/1000
7К — 8К h/2000 h/2500 l/2000
Обозначения, принятые в таблице Д.3:

h — высота от верха фундамента до головки кранового рельса (для одноэтажных зданий, крытых и открытых крановых эстакад) или расстояние от оси ригеля перекрытия до головки кранового рельса (для верхних этажей многоэтажных зданий);

l — расчетный пролет элемента конструкции (балки).

Д.2.3.2 Горизонтальные предельные сближения крановых путей открытых эстакад от горизонтальных и внецентренно приложенных вертикальных нагрузок от одного крана (без учета крена фундаментов), ограничиваемые исходя из технологических требований, следует принимать равными 20 мм.

Д.2.4 Горизонтальные предельные перемещения и прогибы зданий,
отдельных элементов конструкций и опор конвейерных галерей
от ветровой нагрузки, крена фундаментов
и температурных климатических воздействий

Д.2.4.1 Горизонтальные предельные перемещения зданий, ограничиваемые исходя из конструктивных требований (обеспечение целостности заполнения каркаса стенами, перегородками, оконными и дверными элементами), приведены в таблице Д.4. Указания по определению перемещений приведены в Д.1.9 приложения Д.

Горизонтальные перемещения зданий следует определять с учетом крена (неравномерных осадок) фундаментов. При этом нагрузки от веса оборудования, мебели, людей, складируемых материалов и изделий следует учитывать только при сплошном равномерном загружении всех перекрытий многоэтажных зданий этими нагрузками (с учетом их снижения в зависимости от числа этажей), за исключением случаев, при которых по условиям нормальной эксплуатации предусматривается иное загружение.

Для зданий высотой до 40 м (и опор конвейерных галерей любой высоты), расположенных в ветровых районах I — IV, крен фундаментов, вызываемый ветровой нагрузкой, допускается не учитывать.

Таблица Д.4

Здания, стены и перегородки Крепление стен и перегородок к каркасу здания Предельные перемещения fu
1 Многоэтажные здания Любое h/500
2 Один этаж многоэтажных зданий: Податливое hs/300
а) стены и перегородки из кирпича, гипсобетона, железобетонных панелей Жесткое hs/500
б) стены, облицованные естественным камнем, из керамических блоков « hs/700
3 Одноэтажные здания (с самонесущими стенами) высотой этажа м:
hs ≤ 6 Податливое hs/120
hs = 15 hs/200
hs ≥ 30 hs/300
Обозначения, принятые в таблице Д.4;

h — высота многоэтажных зданий, равная расстоянию от верха фундамента до оси ригеля покрытия;

hs — высота этажа в одноэтажных зданиях, равная расстоянию от верха фундамента до низа стропильных конструкций; в многоэтажных зданиях; для нижнего этажа — равная расстоянию от верха фундамента до оси ригеля перекрытия: для остальных этажей — равная расстоянию между осями смежных ригелей.

Примечания

1 Для промежуточных значений hs (по позиции 3) горизонтальные предельные перемещения следует определять линейной интерполяцией.

2 Для верхних этажей многоэтажных зданий, проектируемых с использованием элементов покрытий одноэтажных зданий, горизонтальные предельные перемещения следует принимать такими же, как и для одноэтажных зданий. При этом высота верхнего этажа hsпринимается от оси ригеля междуэтажного перекрытая до низа стропильных конструкций.

3 К податливым креплениям относятся крепления стен или перегородок к каркасу, не препятствующие смешению каркаса (без передачи на стены или перегородки усилий, способных вызвать повреждения конструктивных элементов); к жестким — крепления, препятствующие взаимным смещениям каркаса, стен или перегородок.

4 Для одноэтажных зданий с навесными стенами (а также при отсутствии жесткого диска покрытия) и много-этажных этажерок предельные перемещения допускается увеличивать на 30 %(но принимать не более hs/150).

Д.2.4.2 Для 2-го предельного состояния горизонтальные перемещения бескаркасных зданий от ветровых нагрузок не ограничиваются.

Д.2.4.3 Горизонтальные предельные прогибы стоек и ригелей фахверка, а также навесных стеновых панелей от ветровой нагрузки, ограничиваемые исходя из конструктивных требований, следует принимать равными l/200, где l — расчетный пролет стоек или панелей.

Д.2.4.4 Горизонтальные предельные прогибы опор конвейерных галерей от ветровых нагрузок, ограничиваемые исходя из технологических требований, следует принимать равными h/250, где h — высота опор от верха фундамента до низа ферм или балок.

Д.2.4.5 Горизонтальные предельные прогибы колонн (стоек) каркасных зданий от температурных климатических и усадочных воздействии следует принимать равными:

hs/150 — при стенах и перегородках из кирпича, гипсобетона, железобетона и навесных панелей;

hs/200 — при стенах, облицованных естественным камнем, из керамических блоков, из стекла (витражи), где hs — высота этажа, а для одноэтажных зданий с мостовыми кранами — высота от верха фундамента до низа балок кранового пути.

При этом температурные воздействия следует принимать без учета суточных колебаний температур наружного воздуха и перепада температур от солнечной радиации.

При определении горизонтальных прогибов от температурных климатических и усадочных воздействий их значения не следует суммировать с прогибами от ветровых нагрузок и от крена фундаментов.

Д.2.5 Предельные выгибы элементов междуэтажных перекрытий
от усилий предварительного обжатия

Предельные выгибы fu элементов междуэтажных перекрытий, ограничиваемые исходя из конструктивных требований, следует принимать равными 15 мм при l ≤ 3 м и 40 мм — при l ≥ 12 м (для промежуточных значений lпредельные выгибы следует определять линейной интерполяцией).

Выгибы f следует определять от усилий предварительного обжатия, собственного веса элементов перекрытий и веса пола.

Согласно: СП 20.13330.2011 (Не действует):

Нагрузка собственного веса

Чтобы определить в случае необходимости вес двутавровой балки пользуются специальными таблицами, где расписаны ее характеристики, к примеру, габариты, марка стали и т. д. В таблице представлена теоретическая масса 1 м профиля.

балка двутавровая размеры и вес (ГОСТ 8239-89)

Пример расчета двутавра

Предположим необходимо рассчитать вес двутавра № 12 длиной в 3 метра. Согласно таблице условная масса погонного метра данного профиля равна 11,50 кг. Если перемножить полученные значения, то получим величину общей массы – 34,5 кг.

Точнее значение веса сварной металлоконструкции можно посчитать, используя специальные онлайн калькуляторы, один из которых предоставлен на нашем сайте в рубрике “Калькуляторы”.

В калькуляторе выбирают соответствующий номер двутавра и вводят необходимый метраж. Как видите, полученное значение больше рассчитанного нами на 0,12 кг.

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 h3/12.

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.

Прочность и жесткость балки

Чтобы обеспечить прочность, долговечность и безопасность конструкции, необходимо выполнять вычисление величины прогиба балок еще на этапе проектирования сооружения. Поэтому крайне важно знать максимальный прогиб балки, формула которого поможет составить заключение о вероятности применения определенной строительной конструкции.

Использование расчетной схемы жесткости позволяет определить максимальные изменения геометрия детали. Расчет конструкции по опытным формулам не всегда эффективен. Рекомендуется использовать дополнительные коэффициенты, позволяющие добавить необходимый запас прочности. Не оставлять дополнительный запас прочности – одна из основных ошибок строительства, которая приводит к невозможности эксплуатации здания или даже тяжелым последствиям.

Существует два основных метода расчета прочности и жесткости:

  1. Простой. При использовании данного метода применяется увеличительный коэффициент.
  2. Точный. Данный метод включает в себя использование не только коэффициентов для запаса прочности, но и дополнительные вычисления пограничного состояния.

Последний метод является наиболее точным и достоверным, ведь именно он помогает определить, какую именно нагрузку сможет выдержать балка.

Расчет балок на прогиб

При проектировании следует учесть изгиб балок, чтобы конструкция была надежная, качественная, прочная и практичная.

На эти параметры влияют следующие факторы:

  • величина наружных нагрузок, их положение;
  • параметры, характер, нахождение поперечного сечения;
  • продольные величины;
  • материал;
  • число опор, метод их закрепления.

Выделяют 2 метода исчисления: простой – применяется увеличительный коэффициент, и точный – дополнительно включает пограничные подсчеты.

HOUSEHAND.ru —

Если стрелу прогиба облегающего шевера увеличить, то при обработке на колесах образуются зубья бочкообразной формы ( фиг. Бочкообразные зубья уменьшаются ( по толщине) от середины к торцам колеса на 0 01 — 0 03 мм. Колеса с бочкообразными зубьями менее чувствительны к перекосу осей передачи, обеспечивают положение пятна касания посередине зуба, способствуют уменьшению шума передачи и других недостатков. Колеса с бочкообразными зубьями могут быть обработаны и обычными шеверами, но на станках со специальным устройством.

Особенностью расчета этих шеверов является определение стрелы прогиба боковой поверхности зубьев и изменения толщины зуба по длине шевера. Если стрелу прогиба облегающего шевера увеличить, то при обработке на колесах образуются зубья бочкообразной формы ( фиг. Бочкообразные зубья уменьшаются ( по толщине) от середины к торцам колеса на 0 01 — 0 03 мм. Колеса — с бочкообразными зубьями менее чувствительны к перекосу осей передачи, обеспечивают положение пятна касания посередине зуба, способствуют уменьшению шума передачи и других недостатков. Колеса с бочкообразными зубьями могут быть обработаны и обычными шеверами, но на станках со специальным устройством.

При заводских испытаниях рессор обычно ограничиваются определением стрелы прогиба рессоры при заданной рабочей нагрузке.

На рис. 3 — 5 приведены данные для определения стрелы прогиба, напряжений в срединной поверхности и напряжений изгиба для квадратной пластинки по результатам уточненного решения ; на рис. 4 — 5 обозначено: А — угол пластинки; С — центр.

Необходимо отметить, что вышеприведенные значения коэффициента J3 для определения стрелы прогиба балок имеют ограниченное применение, ибо они дают ответ лишь для Двух крайних случаев закрепления концов балок-свободного и защемленного. Каркасы котлоагрегатов представляют собой рамную систему с упругими заделками ригеля ( горизонтальной балки) в узлах. При этом углы в 90 сохраняются между осями стержней, сходящимися в узле.

Страницы: 1 2

В качестве примера, возьмем металлическую балку на двух опорах. Запишем для нее формулу для вычисления прогиба, посчитаем его численное значение. И также в конце этой статьи дам ссылки на другие полезные статьи с примерами определения прогибов для различных расчетных схем.

Как высчитать расстояние между двутавровыми балками

Если внимательно ознакомится с представленными выше таблицами, то становится понятно, что с увеличением длины пролёта, в первую очередь, необходимо делать увеличение высоты лаги, а не её ширины.

Leo060147Пользователь FORUMHOUSE

Менять жёсткость и прочность лаг в сторону увеличения можно, увеличив её высоту и сделав «полки». То есть – делается деревянная двутавровая балка.

Самостоятельное изготовление деревянной клееной балки

Одно из решений для перекрытия пролётов большой длины – это использование в перекрытиях деревянной балки. Рассмотрим пролет 6 метров – какие балки смогут выдержать большую нагрузку.

По виду поперечного сечения длинная балка может быть:

  • прямоугольной;
  • двутавровой;
  • коробчатой.

Среди самостройщиков нет единого мнения, какое сечение лучше. Если не брать в расчёт покупные изделия (двутавры заводского изготовления), то на первое место выходит простота изготовления в «полевых условиях», без использования дорогостоящего оборудования и оснастки.

Просто ДедПользователь FORUMHOUSE

Если посмотреть на поперечный срез любого металлического двутавра, то видно, что от 85% до 90% массы металла сосредоточено в «полках». На связующую стенку приходится не более 10-15% металла. Это сделано на основе расчёта.

Какую доску использовать для балок

По сопромату: чем больше сечение «полок» и чем дальше они разнесены друг от друга по высоте, тем большие нагрузки выдержит двутавр. Для самостройщика оптимальная технология изготовления двутавра – это простая коробчатая конструкция, где верхняя и нижняя «полки» сделаны из доски, положенной плашмя. (50х150мм, а боковые стенки изготовлены из фанеры толщиной 8-12 мм и высотой от 350 до 400 мм (определяется расчётом) и т.д.).

Фанера к полкам прибивается гвоздями или прикручивается саморезами (только не чёрными, они не работают на срез) и обязательно сажается на клей.

Если установить такой двутавр на шестиметровый пролет с шагом 60 см, то она выдержит большую нагрузку. Дополнительно двутавровая балка для потолка в 6 метров может быть проложена утеплителем.

Также, используя подобный принцип, можно соединить две длинных доски, собрав их в «пакет», и затем поставить их друг на друга на ребро (взять доски в 150х50 или 200х50), в итоге сечение балки составит 300х100 или 400х100 мм. Доски сажаются на клей и стягиваются шпильками или сажаются на глухари/шканты. К боковым поверхностям такой балки также можно прикрутить или прибить фанеру, предварительно смазав её клеем.

Также интересен опыт форумчанина под ником Тарас174, который решил самостоятельно изготовить клееную двутавровую балку, чтобы перекрыть пролёт в 8 метров.

Для этого форумчанин приобрёл листы ОСП толщиной 12 мм, нарезал их по длине на пять равных частей. Затем купил доску 150х50 мм, длиной 8 метров. Фрезой «ласточкин хвост» выбрал посередине доски паз глубиной 12 мм и шириной 14 мм – так, чтобы получилась трапеция с расширением книзу. ОСП в пазы Тарас174 вклеивал при помощи полиэфирной смолы (эпоксидки), предварительно «пристрелив» степлером к торцу плиты полоску стекловолокна шириной 5 мм. Это, по мнению форумчанина, усилило бы конструкцию. Для ускорения просушки склеенный участок прогревали обогревателем.

Тарас174Пользователь FORUMHOUSE

На первой балке я тренировался «набивал руку». Вторую сделал за 1 рабочий день. По стоимости, с учётом всех материалов, включаю цельную доску в 8 метров, стоимость балки составляет 2000 руб. за 1 шт.

Несмотря на положительный опыт, подобный «самострой» не избежал нескольких критических замечаний, высказанных нашими экспертами. А именно:

  1. Недопустимо использовать в клееных конструкциях свежеспиленную и непросушенную доску, т.к. невозможно предугадать, как поведёт себя такая балка в долгосрочной перспективе.
  2. Нельзя использовать в качестве клея эпоксидную смолу.

OberonПользователь FORUMHOUSE

Эпоксидные смолы имеют слабую адгезию к древесине. Также уходит много времени, пока они затвердеют. Несущие конструкции клеятся на меламине, резорцине или полиуретане. Эти клеи не только не горят, но и являются термореактивными. Т.е., чем выше температура, тем крепче становится соединение.

Нельзя клеить балки на клей ПВА, так он не предназначен для работы в подобных конструкциях.

  1. Фрезеровка паза под установку ОСП. Балки заводского изготовления фрезеруются так, что паз получается зауженным книзу – т.н. клин. Лист ОСП вклеивается в «полку» в натяг. Это увеличивает плотность прилегания плиты и дерева.
  2. Нетехнологичность работ, что приводит как к увеличению времени на изготовление одной балки, так и её конечной себестоимости.

OberonПользователь FORUMHOUSE

Для изготовления балки не нужно использовать стеклоткань, прогревать клеевой шов. Всё просто: фрезеруем паз, наносим меламиновый клей, вставляем в паз ОСП, зажимаем струбциной и забиваем под 45 градусов гвоздь. Отступаем на 20 см и повторяем операцию. Гвоздь выполняет функцию временного фиксатора. На всё про всё уходит 2 часа. А через шесть часов балку можно уже устанавливать.

Несмотря на отступление от традиционной технологии, двутавровая балка, изготовленная форумчанином, подверглась серьёзному испытанию на прочность клеевого шва и выдержала его.
Вот испытание, которому подверглись деревянные балки перекрытия 7 метров:

Тарас174Пользователь FORUMHOUSE

Я закрепил концы балки на двух опорах на семи метровом расстоянии и нагрузил её грузом общей массой более полутонны. Было слышно, как сначала потрескивает шов, но потом звук прекратился. Балка (от горизонтали) прогнулась всего на 20-24 мм.

В реальных условиях одна балка не подвергнется такой сосредоточенной в одном месте нагрузке, поэтому самостоятельный опыт изготовления двутавра можно признать удачным. По мнению форумчанина, это оптимальный вариант, чтобы перекрыть расстояние более 6 метров и сделать свободную планировку в доме. Тем более, что, не смотря на «металлическую прочность» такой конструкции, поднять и смонтировать ее можно и одному человеку.

На FORUMHOUSE вы сможете узнать, в каких случаях и как можно сделать металлические балки перекрытия для пролета 4 метра и 6 метров, и в чем особенности стальной конструкции.

Из темы FORUMHOUSE вы узнаете, как перекрыть пролёт в 5 метров брусом. На форуме также собрана вся информация по самостоятельному изготовлению клееных двутавровых балок. Форумчане обсуждают, почему могут провиснуть балки. Наша статья рассказывает, как строят каркасники в США. Посмотрите видео о каркасном доме-амбаре.

Уравнение упругой линии балки на примере

Определим прогиб балки на консоли при м, то есть . Запишем универсальное уравнение упругой линии балки:

Прогиб балки в начале координат (на левой шарнирной опоре), равен нулю: .

Для определения угла поворота в начале координат необходимо составить дополнительное условие: прогиб на правой опоре равен нулю.

,

Прогиб консоли при z=6м:

Знак «минус» говорит: прогиб балки на консоли происходит вниз. Число, стоящее в числителе, измеряется в килоньютонах на метр в кубе (кН·м3).

Примерный вид упругой линии балки показан на рис. 7.16.

Упругая линия балки должна быть согласована с эпюрой изгибающих моментов по дифференциальным зависимостям. Точка перегиба находится под сечением балки, в котором изгибающий момент равен нулю, что следует из закона Гука при изгибе.

admin

Поadmin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *