Двутавровые балки. Характеристики и особенности конструкций

Двутавровая балка, как вид фасонного проката, с момента своего появления признана одним из самых крепких конструкционных элементов, поэтому ее применение в строительстве и машиностроении так распространено. Изначально двутавр выполнен из низколегированной стали, иногда из углеродистой, но прочность ему обеспечивает совсем не материал, а специфическая, до мелочей продуманная форма профиля.

Особенности двутаврового профиля

Двутавровая балка — разновидность сортового металлопроката. Профиль двутавра характерен Н-образной формой сечения. Такая конструкция используется для перераспределения нагрузки по вертикали и горизонтали. Двутавровые балки различные размеры и весовые категории.

Для обозначения профилей введена специальная нумерация и маркировка, что облегчает выбор конструктивного элемента. Так как при выборе габаритов балки учитываются особенности возводимого объекта и расчетные нагрузки на конструкцию здания.

Балки характеризуются устойчивостью к повышенным нагрузкам и отсутствию реакции на изменения во внешней среде.

Благодаря своим характеристикам двутавр широко используется при возведении каркасных зданий и сооружений.

Помимо металлических двутавровых изделий существуют балки, выполненные из древесины, которые также имеют разнообразный размерный ряд. Использование деревянных профилей снижает нагрузку на основание, ускоряет процесс строительства и уменьшает расходы при устройстве фундамента.

Особенности применения двутавровой балки из дерева в строительстве

  1. Использование специальной деревянной двутавровой балки в качестве основных несущих конструкций позволяет значительно снизить вес здания. Это позволит сократить трудозатраты на установку, как и общие затраты на материалы для фундамента. Для такого типа дома будет достаточно фундамента на винтовых сваях.
  2. Такие перекрытия отличаются высокой прочностью и соответствуют строительным нормативам. Использование даже на довольно значительных площадях, позволит избежать характерных проблем (изгиб, трещины и усадка) для такого типа строительства.
  3. Межэтажное перекрытие по деревянным балкам также гарантирует высокую прочность и безотказность перекрытия. Гарантия сохраняется на весь срок эксплуатации дома при условии квалифицированного монтажа.

Несущая способность балки

Чтобы понять, как рассчитать нагрузку двутавровой балки, необходимо по довольно запутанной формуле от внешней приложенной силы определить требуемый момент инерции сечения. Основная теория конструкторского расчета заключается в том, что твердое тело, его свойства во всех направлениях одинаковы.

При расчете двутавровой балки на прочность и жесткость принимают упрощенную схему нагрузок балки на опорах. По характеру действия нагрузки делятся на статические и динамические, на постоянные и кратковременные.

Нагрузки на двутавровую балку измеряются в кг на метр длины. Чтобы сопротивляться внешним силам размеры двутавровых балок, должны быть достаточными, чтобы конструкция была прочной и жесткой.

Определив размеры балочных конструкций здания, проектная контора выполняет проектную документацию на весь монтажный цикл. Все спецификации на металлоконструкции передаются на завод изготовитель. Двутавровые балки могут изготавливаться из отдельных элементов.

Расчет прокатной двутавровой балки для перекрытия первого этажа загородного дома выполняется в следующем порядке. Принимаем условные размеры. Пролет от стены до стены равен 5 м + опирание на стену 0.3 м. Балки предполагается укладывать через один метр.

Назначаем условно нагрузку на балку 500 кг (5 кН) на один погонный метр длины (2 взрослых человека + мебель + вес ламината и конструкции перекрытия + вес самой балки). Изгибающий момент будет равен нагрузка (5 кН/м) умноженная на пролет (5 м) в квадрате (25) и разделить на 8.

Требуемый момент сопротивления буде равен изгибающему моменту () умноженному на 100 и разделить на и на 21. Итого получаем требуемый момент сопротивления Нормативное обозначение момента сопротивления назначено Wy. По сортаменту выбираем c запасом двутавр № 14 Б2 с Wy = 77.3

Как сделать деревянные двутавровые балки перекрытия своими руками — пошаговая инструкция

Такие опорные элементы широко применяются в строительной сфере, особенно при обустройстве различных перекрытий. В продаже имеется несколько вариантов двутавровых балок, в производстве которых используется «чистая» древесина и материалы на ее основе. Средняя цена – 230 руб/п.м. – довольно приемлемая для большинства индивидуальных застройщиков.

Но есть ряд вопросов, которые наводят на мысль – а не проще ли изготовить деревянный двутавр своими руками? Во-первых, не возникнет проблемы с его транспортировкой, во-вторых, с подгонкой по месту установки. Ведь придется довольствоваться лишь тем, что предлагает рынок.

Как организовать самостоятельное «производство» деревянных двутавровых балок, что учесть – тема предлагаемой статьи.

Объяснять читателю отдельные нюансы изготовления балок двутавровых бессмысленно. Например, как сделать своими руками пазы для установки стоек. У каждого хозяина свой инструмент (цепная пила, фрезы или иное) и методика.

Но несколько замечаний общего плана лишними не будут:

  • Даже для перекрытий один и тот же двутавр использовать не стоит. Необходимо сделать точный расчет нагрузок. Деревянные балки имеют небольшой вес, но вот какой они сами способны выдержать? Поэтому если сборка и ведется своими руками, то определение оптимальных параметров двутавровой опоры лучше доверить профессионалу.
  • Перед началом «конструирования» все образцы из древесины следует высушить. Еще неизвестно, где и при каких условиях материал хранился до того, как был куплен. Несоблюдение этой рекомендации может привести к тому, что смонтированная двутавровая балка через некоторое время деформируется.
Читайте также:  Готовим поверхность потолка к окраске: порядок работ

Выбор материала

Понятие древесина – общее. Что именно целесообразно использовать при изготовлении своими руками двутавровых балок?

Немаловажен и вопрос о породе. Наиболее проблемная часть любого сруба – нижний венец. Его нужно было максимально оградить от воздействия влаги. Поэтому для него всегда брали лиственницу. Это дерево, в отличие от других хвойных пород, содержит не просто смолу, а особую. Она придает материалу уникальные свойства. Например, при намокании древесина становится только прочнее. Ну а что именно использовать – на усмотрение домашнего мастера.

Практика малоэтажного строительства показывает, что наиболее используемые типоразмеры двутавровых балок следующие:

Остается добавить, что минимально допустимое сечение бруса (мм) – 35 х 25. И это лишь для опалубки. Если использовать такой двутавр в качестве перекрытия, то заготовки придется монтировать как можно плотнее, а это – повышенный расход древесины. Следовательно, брус необходимо брать большего сечения.

Стойка

Основных вариантов два – из многослойной фанеры или ОСВ. Хотя в продаже встречаются двутавровые балки и других исполнений, для изготовления своими силами лучше ориентироваться на эти материалы. Предпочтительнее ОСВ, так как они обеспечат большую прочность и долговечность конструкции благодаря особому структурному составу и технологии производства.

Как правило, на это мало кто обращает внимание. Хотя все клеи отличаются друг от друга, в том числе, и токсичностью. Вот это и следует учесть. При выборе средства нужно ознакомиться с его составом, особенно если предполагается монтаж перекрытий из двутавровых балок в жилом строении. Рекомендация простая – чем меньше «химии», тем лучше.

Особенности изготовления двутавровой деревянной балки

  1. После подготовки брусьев в них делаются выпилы для последующей установки стойки. Она должна располагаться строго вертикально, поэтому особое внимание – точности разметки (ведется от продольной оси заготовок).
  2. Каждая плита перед использованием тщательно осматривается. Малейший дефект (а он скажется на несущей способности двутавровой балки) – причина для отбраковки. Кромки отобранных плит немного скашиваются, чтобы образцы лучше входили в пазы.
  3. Выпилы в брусьях промазываются клеящим составом; в нижний вставляется стойка, после чего накладывается верхний и прижимается.
  4. Сборка оставляется в таком положении до полного просыхания клея. Это время указывается в инструкции по применению состава.

Качественную стыковку всех элементов двутавровой балки можно обеспечить отрезками швеллера аналогичной длины. Они накладываются на бруски и стягиваются импровизированными хомутами (веревка, ремни с карабинами и тому подобное), до полного отвердевания клея.

И только после этого деревянную балку-двутавр  можно использовать для обустройства перекрытия.

Процесс изготовления опор из древесины, как и выбор материалов, особых сложностей не представляет. Работа, выполненная своими руками, экономит и время, и деньги. Но это оправдано лишь в том случае, если расчеты нагрузок проведены на профессиональном уровне. Если нет полной уверенности, что это получится сделать самостоятельно, рисковать не стоит. Перекрытие – ответственная часть любой конструкции, и никакая экономия не может служить оправданием нарушению проектных параметров.

Изготовление деревянных двутавровых балок своими руками

Отечественные строители совсем недавно открыли для себя каркасное строительство, которое давно и с успехом практикуется в зарубежной архитектуре. В частности, двутавровые деревянные элементы широко применяются теперь и у нас, и в Канаде, потому что климатические условия идентичны, и подобные балки отлично подходят для перекрытий. На рынке продаются разные вариации подобных балок, но не всегда их цена радует, хотя и является приемлемой в средних значениях, и многие застройщики предпочитают закупать балки у производителей.

А разве не было бы интереснее сделать балки перекрытия самому? Отпадут все проблемы с транспортировкой и не нужно будет подгонять материал по месту установки.

Не всегда нужно быть благодарным только тому, что есть на рынке, если самостоятельно можно сделать гораздо более интересный конечный продукт.

Глубокие детали производства самих балок описывать нет смысла, так как каждый строитель, даже при установке обычных стоек, имеет свою методику и способы постройки, свой набор инструментов и понимание вопроса. Статья дает общее представление об изготовлении деревянных двутавровых балок своими руками.

Сортамент двутавров: номенклатура материалов изготовления и форма сечения

Действующий стандарт определяет несколько разновидностей двутавров, имеющих различные размерные характеристики, вес и форму сечения, что определяется номенклатурой материалов.

Н-образный металлопрокат характеризуется различной формой сечения. У стального горячекатаного двутавра, регламентированного ГОСТом 8239-89, полки со стенкой образуют угол в 8-12°. Изделие применяется в качестве опорной кран-балки для тельферных линий. Нормальный двутавр (по ГОСТу 26020-83), обозначающийся в конструкторской документации буквой «Б», выполнен с параллельными гранями полок. Это упрощает процесс производства, снижая одновременно сопротивляемость деформации профилем.

Широкополочный двутавр (ГОСТ 26020-83 обозначает изделие маркировкой «Ш») имеет увеличенную в 1,5 раза ширину полок в сравнении с вышеизложенными типами металлопроката. Это положительно сказывается на жесткости, прочности и долговечности конструкции. Благодаря этому она способна выдержать нагрузку на 40% больше, чем нормальная балка.

Читайте также:  Как армировать монолитное перекрытие – технология и схема работ

Двутавры колонные по ГОСТу 26020-83 обозначаются буквой «К». Изделия имеют максимальную ширину полок с увеличенной толщиной, что позволяет получить высокопрочное изделие. Двутавр применяется при возведении особо ответственных конструкций.

Для создания лестниц, перекрытий, опор, ферм, мостов и различных гидросооружений используется регламентируемый ГОСТом 26020-83 двутавр нормальный. Широкополочные балки находят свое употребление в несущих конструкциях перекрытий и лестничных пролетах. В промышленном строительстве преимущественно применяются колонные конструкции.

Для лестниц применяется двутавр нормальный, который регламентируется ГОСТом 26020-83

В соответствии с ГОСТом 8239-89 и ГОСТом 26020-83 сортамент двутавров содержит следующую номенклатуру материалов, которые используются для изготовления двутавровых балок:

  • углеродистая сталь обыкновенного качества, регламентируемая ГОСТом 380-2005, может быть спокойной, кипящей и полустойкой, характеризуется оптимальным соотношением прочностных, технических характеристик и цены;
  • строительная сталь, в соответствии с ГОСТом 27772-88, отличается повышенными требованиями относительно содержания в сырье вредных примесей;
  • алюминиевый сплав (по ГОСТу 4784-97) используется для создания облегченных профильных изделий, для которых характерны высокие эстетические и коррозионные свойства;
  • высокопрочная сталь для мостостроения, отвечающая требованиям ГОСТа 4784-97, применяется при возведении особо ответственных конструкций и обладает повышенным сопротивлением к влиянию циклических нагрузок.

Масса двутавра, балки теоретический вес метра погонного (1/мп)

Параметры балки Длина Вес метра
Масса двутавра, балки ГОСТ 8239-93
Балка 10 ,12м 9,46
Балка 12 ,12м 11,5
Балка 14 ,12м 13,7
Балка 16 ,12м 15,9
Балка 18 ,12м 18,4
Балка 20 ,12м 21
Балка 27 ,12м 31,5
Балка 30 ,12м 36,5
Балка 36 ,12м 48,6
Балка 45 ,12м 57
Масса двутавра, балки АСЧМ 20-93
Балка 12Б1 ,12м 8,7
Балка 14Б1 ,12м 10,5
Балка 16Б1 ,12м 12,7
Балка 16Б2 ,12м 15,8
Балка 20Б1 ,12м 21,3
Балка 25Б1 ,12м 25,7
Балка 25Б2 ,12м 29,6
Балка 30Б1 ,12м 32
Балка 30Б2 ,12м 46,78
Балка 35Б1 ,12м 41,4
Балка 35Б2 ,12м 49,6
Балка 40Б1 ,12м 56,6
Балка 40Б2 ,12м 66
Балка 45Б1 ,12м 66,2
Балка 45Б2 ,12м 76
Балка 50Б1 ,12м 72,5
Балка 55Б1 ,12м 89
Балка 60Б1 ,12м 94,6
Балка 20Ш1 ,12м 30,6
Балка 20К1 ,12м 41,4
Балка 25Ш1 ,12м 44,1
Балка 25К1 ,12м 62,6
Балка 30Ш1 ,12м 56,8
Балка 30К1 ,12м 87
Балка 35Ш1 ,12м 65,3
Балка 35К1 ,12м 109,1
Балка 40Ш1 ,12м 88,6

Как приобрести качественный двутавр для своего дома?

В заводских условиях двутавры изготавливают из ценной древесины хвойных пород: лиственницы или сосны. Если вы решили приобрести готовые двутавровые деревянные балки, дадим вам пару ценных советов:

  • Пункт 1. Обратите внимание на шов: должен быть заметен небольшой выход клея. Это нормально.
  • Пункт 2. По всей полке вырез должен быть конической формы, а сама OSB должна быть фрезерирована и вставлена правильно.
  • Пункт 3. OSB должна быть через каждые полметра пристрелена скобами прямо в полку. Это помогает сохранять давление до того, как полностью застынет клей.
  • Пункт 4. Вы имеете право попросить сертификат качества продукта и посмотреть, применяется ли нужный тип клея – тот, который допущен для клееных несущих конструкций.
  • Пункт 5. Проверьте, есть ли в сопутствующей документации протокол испытания образцов балок, их номер технических условий и выпуска.

Выглядеть качественные двутавровые балки должны так:

Здесь секрет кроется в том, такие балки предварительно хорошо высушены, тогда как обычная древесина все еще содержит определенный процент влажности. Да и сама конструкция балки позволяет легко прорезать отверстия в перекрытии для проведения канализации, вентиляции газа и воды, а в условиях строительства частного дома или коттеджа это – важный момент.

Что касается клеевого соединения заметим, что некоторые российские застройщики уже давно отказались от заказа сырья от более мелких фирм и приобретают заграничные двутавровые балки, т.к. отечественное производство двутавровых деревянных балок и его итоговое качество не всегда радует. Да и опыта мало, канадская технология пока еще слишком непривычна и не находит в нашей стране большого количества последователей. Вот поэтому порой проще изготовить двутавровую деревянную балку своими руками – здесь нет ничего сложного. А мы расскажем, что и как.

Расчёт деревянного перекрытия

Расчёт сечения балок перекрытия производится на этапе проектирования. Правильно выполненные расчёты позволяют оптимизировать расходы на строительстве, обеспечив необходимую жёсткость и запас прочности конструкций. Для расчёта сечения необходимы следующие данные: длина балок, расстояние между ними, нагрузки, которые будут воздействовать на конструкцию.

Длина

Линейные размеры будущего перекрытия определяются достаточно просто. Измеряется пролёт, который необходимо перекрыть. Если строение прямоугольное, балки рекомендуется устанавливать по короткой стороне. К полученному значению прибавляется напуск (запас), необходимый для заделки в стены (с обеих сторон):

  • По 150 мм: если несущие стены выполнены из кирпича или любого вида строительных блоков.
  • Если строение деревянное (брус или бревно), то глубина заделки должна составлять не менее 70 мм.

Обратите внимание! При использовании метода крепления балок к несущим стенам при помощи металлических скоб, напуск не нужен.

Читайте также:  Заливка бетоном цоколя: практические функции и технология устройства

Количество и расстояние между балками

Количество балок напрямую зависит от шага их укладки. Оптимальное значение расстояния между соседними балками составляет от 40 до 110 см. Часто на шаг укладки подгоняют под размеры утеплителя: балки располагают таким образом, чтобы теплоизоляционный материал входил между лагами без подрезания. Однако следует помнить, что увеличение расстояния между балками приводит к росту их расчётного сечения.

Нагрузки

Действующие на перекрытие нагрузки делятся на два типа:

  1. Постоянные: собственный вес конструкции.
  2. Временные: вес людей и предметов, находящихся в помещении.

Расчёт точных параметров нагрузок выполняется проектировщиками на этапе составления проекта. В частном строительстве берутся усреднённые значения по типу перекрытий:

  • Для неэксплуатируемых чердачных помещений из лёгкого заполнителя показатель нагрузки берётся 150–200 кг/м².
  • Если чердак планируется использовать для хранения вещей или подшивка и утепление производится тяжёлыми материалами, значение нагрузки увеличивается до 250 кг/м².
  • Для межэтажных, подвальных и мансардных перекрытий значение действующей нагрузки приравнивается к 350–400 кг/м².

Прогиб деревянных перекрытий от расчётных нагрузок не должен превышать соотношения к длине балки 1:350 для межэтажных и подвальных перекрытий, для чердачных и мансардных – 1:250.

Расчёт сечения

Зная расчётную нагрузку и расстояние между балками, сечение подбирается при помощи специальных таблиц, облегчающих расчёты. Пример такой таблицы для небольших пролётов представлен ниже. Следует помнить, что при промежуточных данных, округлять следует в большую сторону, чтобы несущие конструкции имели запас прочности.

Как определить нагрузку?

На деревянные балки перекрытия постоянно воздействует нагрузка, складывающаяся из нескольких составляющих. Первым слагаемым является собственный вес всех деталей, составляющих перекрытие. Второе слагаемое – эксплуатационная нагрузка. Она бывает временной или постоянной. Точный расчет достаточно сложный, но вполне возможно применять упрощенный вариант формулы.

Если рассчитывается нагрузка для перекрытия чердака, в котором не будут что-либо хранить, то постоянная нагрузка принимается за 50 кг/м2.

Эксплуатационная нагрузка в таком варианте будет: 70*1,3=90 кг/м2. 70 – нормативное значение для данного чердака, 1,3 – коэффициент запаса.

Общая расчетная нагрузка – сумма из двух названных, т.е. 50+90=130 кг/м2. Округляем и получаем 150 кг/м2.

Данные расчеты предполагают, что будет использоваться легкий утеплитель. Если же будут применяться материалы с большим весом или чердак будет активно использоваться для разных целей, то нормативная нагрузка, действующая на перекрытие повышается до 150 кг/м2. В этом случае 150*1,3+50=245 кг/м2. Данное значение можно округлить до 250 кг/м2.

При создании мансарды учитывается вес напольного покрытия и основы пола, мебели, людей. В результате нагрузка получается от 350 до 400 кг/м2.

Можно ли изготовить двутавровую балку самостоятельно

Многие люди, которые решили возводить конструкцию из деревянных перекрытий, предпочитают приобретать материалы, производящиеся на фабрике. Но мало кто знает, как происходит данный процесс. Изначально на производстве применяется фрезеровочный станок, с его помощью делается необходимая траншея, а также шлифовка. После этого изделие отправляют на резку ОСП, это позволяет наиболее точно нарезать детали нужных параметров. Следующим этапом является склеивание полученных деталей. В завершение используют специализированный пресс. Согласитесь, такой процесс при желании можно выполнить самостоятельно без особых затруднений.

Можно ли изготовить двутавровую балку самостоятельно

Расчет нагрузки, действующей на перекрытие.

Нагрузка собственного веса всех элементов перекрытия, среди которых балки перекрытия, зашивки, межбалочное заполнение и вес эксплуатационной нагрузки, включающей в себя вес мебели, других предметов и устройств, находящихся в помещении, вес людей составляют общую нагрузку, действующую по балкам перекрытия на само перекрытие. Рассчитать эту нагрузку довольно сложно, она выполняется специалистами и представляет собой громоздкие расчеты, выполняемые специалистами в процессе проектирования конструкции перекрытия. Однако, используя приведенный ниже упрощенный вариант, можно выполнить эти расчеты самостоятельно.

Деревянное перекрытие для чердака, в случае если на чердаке не складируются вещи или другие материалы, а утеплитель изготовлен из легких материалов постоянная нагрузка состоит только из собственного веса и составляет обычно 50 кг/м2.

Согласно СНиП эксплуатационная нагрузка составит в данном случае 90 кг/м2, включающая 70 кг/м2 – нормативное значение для этого вида чердака 1,3 – коэффициент запаса.

Сложив 50 кг/м2 и 90 кг/м2 получим общую расчетная нагрузка для указанного выше чердачного перекрытия, которая составит 140 кг/м2, а после округления 150 кг/м2.

Если же чердак планируется использовать для хранения вещей, в других целях, когда на перекрытие будет действовать большая нагрузка, или при изготовлении использовался тяжелый утеплитель и более тяжелые заполнитель и подшивка, нормативное значение нагрузки увеличится до 150 кг/м2, и, соответственно общую округленную нагрузку на чердачное перекрытие следует принимать за 250 кг/м2 (50+150х1,3 = 245 кг/м2). Когда чердачное помещение используется для проживания людей в качестве мансарды, общая расчетная нагрузка, с учетом веса полов, перегородок, мебели, дверей, увеличивается до 300-350 кг/м2. Однако, в данном случае нужно также учесть вес устанавливаемых при устройстве мансарды междуэтажных деревянных перекрытий, а временная нагрузка при эксплуатации состоит из большого количества мебели и людей, общая нагрузка должна приниматься за 350 – 400 кг/см2.