Расчет деревянного перекрытия на зыбкость

Обновлено: 15.05.2024

Деревянная балка перекрытия является изгибаемым элементом конструкции. Если балка цельная, сплошного прямоугольного или квадратного сечения, при этом устойчивость балки из плоскости изгиба обеспечена другими элементами конструкции, например лагами или досками, крепящимися к балками, то расчет такой балки будет относительно не сложным.

При расчете по первой группе предельных состояний - расчете на прочность - должны соблюдаться требования пп.6.9 и 6.10. При расчете по второй группе предельных состояний - расчете по деформациям - прогибы балки междуэтажного перекрытия не должны превышать значений, приведенных в таблице 19.

Вот собственно и все. А теперь рассмотрим расчет деревянной балки перекрытия согласно требований СП 64.13330.2017 более подробно на конкретном примере.

Примечания:

1. Статья писалась в конце 2016 года, когда еще актуальной была редакция СП 64.13330.2011. После вступления в силу новой редакции СП 64.13330.2017 данная статья была отредактирована, тем не менее мелкие ошибки и опечатки в тексте статьи возможны.

2. Если нагрузка на балку вам уже известна, а вникать в теоретические основы расчета у вас нет никакого желания, то можете сразу воспользоваться калькулятором. Впрочем воспользоваться калькулятором можно и после того, как определены нагрузка и расчетное сопротивление.

Итак планируется междуэтажное перекрытие по деревянным балкам для дома, имеющего следующий план:

Рисунок 515.1. План помещений второго этажа.

1. Общий Расчет балки перекрытия санузла на прочность

Для того, чтобы рассчитать деревянную балку на прочность согласно требований СП, следует сначала определить множество различных данных на основании общих положений расчета балок.

1.1. Виды и количество опор

Деревянные балки будут опираться на стены. Так как мы не предусматриваем никаких дополнительных мер, позволяющих исключить поворот концов балки на опорах, то опоры балки следует рассматривать, как шарнирные (рисунок 219.2).

Рисунок 219.2.

Примечание: Так как концы балок, опирающиеся на каменные стены, для уменьшения риска гниения балок как правило обрабатывают гидроизоляционными материалами, имеющими относительно малый модуль упругости, при этом глубина заделки концов балки в стену не превышает 15-20 см, то даже если на опорные участки таких балок будет опираться каменная кладка, то это все равно не позволяет рассматривать такое опирание, как жесткое защемление.

1.2. Количество и длина пролетов

Согласно плану, показанному на рисунке 515.1, для перекрытия в санузле (помещение 2-1) длина пролета будет составлять около:

l = 4.18 - 0.4 = 3.78 м

При этом балки будут однопролетными, а значит статически определимыми.

1.3. Система координат

Расчет будем производить используя стандартную систему координат с осями х, у и z. При этом балка рассматривается как стержень, нейтральная ось которого совпадает с осью координат х, а начало координат совпадает с началом балки. Соответственно длина балки измеряется по оси х.

1.4. Действующие нагрузки

Все возможные расчетные плоские нагрузки для такого перекрытия мы уже собрали:

q_рп = 212.46 кг/м 2

q_рв = 195 кг/м 2

Примечание: при объемной чугунной ванне, установленной посредине балок перекрытия, расчетное значение временной нагрузки может быть значительно больше.

Однако такие значения нагрузок можно использовать только при расчете монолитного перекрытия. В нашем же случае балки перекрытия представляют собой крайние или промежуточные опоры для многопролетных балок - досок настила и остального пирога перекрытия.

Таким образом для более точного определения нагрузки на наиболее загруженную балку следует точно знать, доски какой длины будут использоваться в качестве настила по балкам. Если такого знания нет, то я рекомендую рассматривать наиболее неблагоприятный вариант, а именно - доски будут перекрывать 2 пролета, т.е. опираться на 3 балки перекрытия.

В этом случае наиболее нагруженной будет балка - промежуточная опора для таких досок - двухпролетных балок, соответственно значения нагрузок для такой балки следует увеличить в 10/8 = 1.25 раза или на 25%, тогда:

q_рп = 212.46·1.25 = 265.58 кг/м 2

q_рв = 195·1.25 = 243.75 кг/м 2

Если доски будут перекрывать 3 пролета, то значения нагрузок следует увеличить в 1.1 раза (253.4.4). При 4 пролетах - в 8/7 = 1.15 раза (262.7.10) и так далее, тем не менее остановимся на первом варианте, так оно надежнее.

Так как на рассчитываемое перекрытие действует только одна кратковременная нагрузка (особые нагрузки типа взрывной волны или землетрясения мы для нашего перекрытия не предусматриваем), то при рассмотрении основного сочетания нагрузок используется полное значение кратковременной нагрузки согласно СП 20.13330.2011 "Нагрузки и воздействия" п.1.12.3, тогда:

q_р = 265.58 + 243.75 = 509.33 кг/м 2

Так как балки рассчитываются не на плоскую, а на линейную нагрузку, то при шаге балок 0.6 м расчетная линейная нагрузка на балку составит:

q_рл = 509.33·0.6 = 305.6 кг/м

1.5. Определение опорных реакций и максимального изгибающего момента

Так как загружение балки равномерно распределенной нагрузкой - достаточно распространенный частный случай, то для определения опорных реакций можно воспользоваться готовыми формулами:

А = В = ql/2 = 305.6·3.78/2 = 577.6 кг

М_max = ql 2 /8 = 305.6·3.78 2 /8 = 545.82 кгм или 54582 кгсм

1.6. Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов

В нашем частном случае, когда нагрузка является равномерно распределенной, можно опять же воспользоваться готовыми эпюрами, благо их для такого случая построено уже множество:

Рисунок 149.7.2. Эпюры поперечных сил и моментов, действующих в поперечных сечениях

Для большей наглядности можно нанести полученные значения поперечных сил (опорные реакции - это и есть значения поперечных сил в начале и в конце балки) и максимального изгибающего момента на эпюры.

Примечание: В данном случае эпюра моментов помечена знаком минус, просто потому, что откладывается снизу от оси координат х. А вообще знак для моментов принципиального значения не имеет, так как при действии момента всегда есть и растянутая и сжатая зона поперечного сечения. Таким образом наиболее важно понимать, где при действии момента будет растянутая, а где сжатая зона сечения. Впрочем для деревянных балок это большого значения не имеет.

1.7. Определение требуемого момента сопротивления

Согласно СП 64.13330.2011 "Деревянные конструкции" п.6.9 расчет изгибаемых элементов, обеспеченных от потери устойчивости плоской формы деформирования, следует производить, исходя из следующего условия:

где М - расчетное значение изгибающего момента. В нашем случае (для балки постоянного сечения при действии равномерно распределенной нагрузки) достаточно проверить балку на действие максимального изгибающего момента. В общем случае при достаточно сложной комбинации различных нагрузок или для балок переменного сечения могут потребоваться проверки на прочность в нескольких сечениях. Для определения момента в этих сечениях и используется эпюра моментов.

R_и - расчетное сопротивление древесины изгибу. Определение расчетного сопротивления древесины в зависимости от различных факторов - отдельная большая тема. В данном случае ограничимся тем, что при использовании балок из цельной древесины - сосны 2 сорта расчетное сопротивление изгибу для балок перекрытия санузла может составлять R_и = 113.3 кгс/см 2 .

R и _д.ш. - расчетное сопротивление для элементов из однонаправленного шпона, но так как в данном случае мы рассматриваем балку из цельной древесины, то возможные значения клееных элементов нас не интересуют

W_расч - расчетный момент сопротивления рассматриваемого поперечного сечения. Для элементов из цельной древесины W_расч = W_нт, где W_нт - момент сопротивления рассматриваемого сечения с учетом возможных ослаблений - момент сопротивления нетто.

Так как для рассчитываемых балок не предусматривается никаких ослаблений в зоне максимального загружения (гвозди крепления досок перекрытия не в счет), то требуемый по расчету момент сопротивления поперечного сечения балки можно определить, преобразовав соответствующим образом формулу (533.1):

W_расч ≥ М/R_и = 54582/113.3 = 481.73 см 3

1.8. Определение геометрических параметров сечения

Так как мы предварительно приняли прямоугольное поперечное сечение балок, имеющее размеры b - ширину и h - высоту, то задавшись значением одного из этих параметров, мы можем определить значение другого.

Если принять ширину балок 10 см, исходя из сортамента производимых в ближайших окрестностях лесоматериалов, то требуемую высоту поперечного сечения можно определить по формуле:

(147.4)

h_тр = √ 6·481.73/10 = 17 см.

Исходя из все того же сортамента, высоту балок следует принять не менее 20 см. Также можно уменьшить шаг балок, например при шаге балок 0.45 м значение расчетного момента сопротивления составит не менее

W_расч = 0.5·481.73/0.6 = 361.3 см 3

и тогда минимально допустимая высота сечения

h_тр = √ 6·361.3/10 = 14.72 см.

А значит можно принять высоту балок равной 15 см. Впрочем, возможны и другие варианты подхода, например, более точно учесть количество пролетов, перекрываемых досками, это позволит уменьшить значение нагрузки на 10-15%.

2. Определение прогиба

Так как для однопролетных балок с шарнирными опорами значение прогиба может стать определяющим, то я рекомендую определять прогиб сразу после определения параметров сечения.

При действии равномерно распределенной нагрузки на однопролетную балку с шарнирными опорами значение прогиба без учета влияния поперечных сил можно определить по следующей формуле:

f₀ = 5ql 4 /(384EI)

где q - нормативное значение нагрузки.

Значения плоских нормативных нагрузок, необходимые для определения прогиба, мы уже определили при сборе нагрузок. Они составляют:

q_нп = 171.6 кг/м 2

q_нв = 150 кг/м 2

Соответственно с учетом шага балок 0.6 м и перераспределения опорных нагрузок линейная нормативная нагрузка составляет:

q_нл = 0.6·1.25(171.6 + 150) = 241.2 кг/м (2.412 кг/см)

Е = 10 5 кгс/см 2 , модуль упругости древесины, принимаемый по СП 64.13330.2011 "Деревянные конструкции".

Примечание: согласно СП 64.13330.2017 модуль упругости следует принимать равным Е = 116000·0.9·0.95 = 0.9918·105 кгс/см 2 .

I = bh 3 /12 = 10·20 3 /12 = 6666.67 см 4 , - момент инерции рассматриваемого прямоугольного сечения балки.

f₀ = 5·2.412·378 4 /(384·10 5 ·6666.67) = 0.962 см

При действии равномерно распределенной нагрузки на балку значение коэффициента с, учитывающего влияние поперечных сил на значение прогиба, составит согласно таблицы Е.3:

с = 15.4 + 3.8β (533.2)

Так как высота балки у нас постоянная величина, то β =1 = k и соответственно

Тогда при высоте балки h = 0.2 м и пролете l = 3.78 м (h/l = 0.053) значение прогиба с учетом поперечных сил составит:

f = f_o[1 + c(h/l) 2 ]/k = 0.962[1 + 19.2·0.053 2 ]/1 = 1.01 см

Предельно допустимое значение прогиба деревянных балок междуэтажного перекрытия согласно таблицы 19 СП 64.13330.2017 "Деревянные конструкции" составляет f_д = l/250 = 387/250 = 1.55 см.

Необходимые требования по максимально допустимому прогибу нами соблюдены, мы можем продолжать расчет.

1.9. Проверка по касательным напряжениям (прочность по скалыванию)

При изгибе в сечениях, поперечных и параллельных нейтральной оси балки, будут действовать касательные напряжения. В деревянных балках это может привести к скалыванию древесины вдоль волокон. поэтому касательные напряжения т не должны превышать расчетного сопротивления R_ск скалыванию:

где Q - значение поперечной силы в рассматриваемом поперечном сечении, определяемое по эпюре моментов. В нашем случае максимальные касательные напряжения будут действовать на опорах балки, Q = 557.6 кг

S'_бр - статический момент брутто (т.е. без учета возможных ослаблений сечения) сдвигаемой (скалываемой) части сечения. Статический момент определяется относительно нейтральной оси балки.

b_рас - расчетная ширина сечения рассматриваемого элемента конструкции. В данном случае у нас ширина балки равна b_рас = 10 см.

R_ск - расчетное сопротивление древесины скалыванию. Как и при определении расчетного сопротивления изгибу значение, определенное по таблице 3, следует дополнительно умножить на ряд коэффициентов, учитывающих различные факторы. Впрочем факторы у нас не изменились и потому согласно п.5.а) и определенным ранее коэффициентам расчетное сопротивление скалыванию составит:

R_ск = 1.6·0.9·0.95 = 1.368 МПа (13.95 кгс/см 2 )

I_бр - момент инерции брутто, т.е. опять же определяемый без учета возможных ослаблений сечения. В данном случае момент инерции брутто совпадает с определенным ранее моментом инерции.

Впрочем, для балок прямоугольного сечения нет большой необходимости при подобных расчетах определять как статический момент полусечения, так и момент инерции. По той причине, что максимальные касательные напряжения действуют посредине высоты балки и составляют:

Требование по прочности по скалыванию соблюдается, причем с 3-х кратным запасом.

На этом расчет деревянной балки постоянного сплошного сечения, устойчивость которой из плоскости изгиба обеспечена другими элементами конструкции, можно считать законченным. Во всяком случае никаких дополнительных требований Сводом Правил в таких случаях не предъявляется.

Тем не менее я рекомендую дополнительно проверить опорные участки балки

1.10. Проверка на прочность опорных участков балки

Любая балка в отличие от показанной на рисунке 219.2 модели имеет опорные участки. На этих опорных участках действуют нормальные напряжения в сечениях, параллельных нейтральной оси балки.

Распределение нормальных напряжений на этом участке зависит от множества различных факторов, в частности от угла поворота поперечного сечения балки на опоре, длины опорных участков и т.п.

Если для упрощения расчетов принять линейное изменение нормальных напряжений от максимума до 0, то примерное значение максимальных нормальных напряжений на опорных участках можно определить по следующей формуле:

где Q - значение поперечной силы согласно эпюры "Q", как и прежде оно составляет Q = 557.6 кг;

b - ширина балки b = 10 см;

l_оп - длина опорного участка, из конструктивных соображений примем l_оп = 10 см;

2 - коэффициент учитывающий неравномерность распределения напряжений на опорном участке;

R_cм90 - расчетное сопротивление смятию поперек волокон. Согласно п.4.а) таблицы 3 и с учетом поправочных коэффициентов расчетное сопротивление смятию поперек волокон составит:

R_см90 = 4·0.9·0.95 = 3.42 МПа (34.8 кгс/см 2 )

Как видим условие по прочности на опорных участках также соблюдается и снова с хорошим 3-х кратным запасом.

И теперь расчет балки перекрытия санузла можно действительно считать законченным.

Дополнительные проверки на прочность в местах действия сосредоточенных нагрузок здесь не требуются как минимум потому, что при принятой расчетной схеме сосредоточенные нагрузки отсутствуют. Да и рассматривать плоское напряженное состояние балки для определения максимальных напряжений при постоянном сплошном прямоугольном сечении балки и принятой схеме нагрузок и опор на мой взгляд также не требуется.

На этом пока все.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье "Записаться на прием к доктору"

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Для Украины - номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 4128 9630

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).

Пожалуйста подскажите методику расчета конструкции на зыбкость (Учебник, пособие, любую литературу, свой опыт). Особенно, как проверить светотехнический мостик на зыбкость?

Прогиб 0,7 мм - это приращение прогиба от сосредоточенной нагрузки в 100 кг к уже имеющимуся прогибу от прочих нагрузок.

Это просто прогиб от той самой нагрузки в 100кг. Слово "приращение" употреблено автором поста только для того, чтобы подчеркнуть, что при определении прогиба для расчета на зыбкость никакие нагрузки, кроме этих 100кг не учитываются.

Подскажите пожалуйста, при расчете на зыбкость косоуров лестничного марша, момент инерции (металл) определяется для обоих косоуров или только для одного?

Подскажите пожалуйста, при расчете на зыбкость косоуров лестничного марша, момент инерции (металл) берется от обоих косоуров или только от одного?

В СНиП сказано, что расчет ведется не для косоуров, а лестничного марша, поэтому я бы в расчет принимал оба косоура.

Просто по конструктиву без расчета ниже 16 швеллера у нас не ставят для одного косоура. При проверке оказалось, что одного такого швеллера с лихвой хватит (выводил I). Вот я и спрашиваю.

Как по мне - на одном марше может поместится 2 человека (как при эвакуации, так и при обычном движении). И на каждый косоур будет по 100кг нормативной нагрузки. Загружать 100кг на один, как по мне логично.

Загружать один косоур нагрузкой в 100 кг вполне логично. По ширине пролета ступени между косоурами может перемещаться нагрузка в 1 кН, и наиневыгоднейшее ее положение - над одним из косоуров.

у нас был один преподаватель в институте. он всегда говорил. если в СНиПе чтолибо написано неоднозначно, то надо принимать наихудший вариант. больше не меньше.

1. загрузка одного косоура 100кг - зачастую приводит к и так большим запасам.
2. в СНиП 2.01.07, табл.19, п.4 ничего не сказано про косоуры.
3. с чего вы взяли что косоуры работают отдельно друг от друга? и с чего прогиб одного косоура вы приравниваете к прогибу марша вцелом?

– расчётное сопротивление древесины скалыванию согласно табл. 3 СП 64.13330.2011.

Вывод: сечение балки 100 х 200 древесины 2-го сорта удовлетворяет условию прочности.

Расчет балки по II группе предельных состояний

Предельный вертикальный прогиб для балки пролетом 5,1 м согласно табл. Е.1 СП 20.13330.2011

- коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, принимаемый равным 1 для балок постоянного сечения.

- коэффициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.

Вывод: сечение балки 100 х 200 древесины 2-го сорта удовлетворяет условию жесткости.

Расчет на зыбкость

Предельные прогибы элементов перекрытий помещений жилых и общественных зданий, исходя из физиологических требований, следует определять по формуле:

— ускорение свободного падения;

— нормативное значение нагрузки от людей, возбуждающих колебания, принимаемое по табл. Е2 СП 20.13330.2011;

— пониженное нормативное значение нагрузки на перекрытия, принимаемое по таблице Е2 и пункту 8.2.3 СП 20.13330.2011;

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

— частота приложения нагрузки при ходьбе человека, принимаемая по табл. Е2 СП 20.13330.2011;

— коэффициент, принимаемый по табл. Е2 СП 20.13330.2011.

;

– коэффициент для элементов, рассчитываемых по балочной схеме;

– шаг балок, ригелей, ширина плит (настилов);

– расчетный пролет элемента конструкции.

Прогиб, исходя из физиологических требований, равный 0,0076 м < 0,029 - предельного прогиба.

Вывод: сечение балки 100 х 200 древесины 2-го сорта удовлетворяет требованиям зыбкости.

Расчет на сосредоточенную силу

Рисунок 5.2 – Схема распределения сосредоточенной силы

Вывод: сечение балки 100 х 200 древесины 2-го сорта не удовлетворяет требованиям прогиба на сосредоточенную силу.

ПОДБОР КЛЕЕФАНЕРНОЙ БАЛКИ ПЕРЕКРЫТИЯ

Исходные данные

Перекрытие по клеефанерным балкам запроектировано на отметке +3.000;

Материал поясов: древесина хвойных пород 2 сорта (сосна), расчетное сопротивление изгибу МПа, расчетное сопротивление скалыванию МПа по табл. 3 СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции», модуль упругости по п. 5.3. СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции».

Материал стенки: березовая фанера марки ФСФ сорт В/ВВ семислойная по табл. 6 СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции». Клей КФ-БХ по ГОСТ 14231-78.

Пролет балок – 5,1 м, шаг балок 0,65 м.

Условия эксплуатации – 1 по табл. 1 СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции»: эксплуатационная влажность древесины – , максимальная влажность воздуха при температуре – 65%.

Рисунок 6.1 – Конструкция междуэтажного перекрытия

Сбор нагрузок

Таблица 6.1 – Сбор нагрузок, кН/м 2

Вид нагрузки и ее подсчет	Нормативная	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная
Постоянная нагрузка: Доска пола	0,16	1,1	0,176
Звукоизоляция Rockwool Акустик Баттс 50 мм 400 Н/М3 0,054001=20 Н/м 2	0,02	1,2	0,024
Итого:	0,18	0,2
Временная нагрузка:	1,5	1,3	1,95
Итого:	1,68	2,15

Собственный вес балки:

кН/см,

Нагрузка на 1 метр длины балки:

кН/м,

кН/м

Подбор сечения

кН м

кН,

Рисунок 6.2 – Расчетная схема балки, эпюра моментов и поперечных сил

мм,

Принимаем высоту балки мм;

Необходимая суммарная толщина фанерной стенки из условия работы на срез:

мм,

– расстояние между осями поясов, предварительно определяемое по формуле:

мм,

МПа – расчетное сопротивление фанеры срезу, принимаемое согласно табл. 6 п. 5.2 СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции».

Принимаем конструктивное решение балки перекрытия – одноступенчатую балку с толщиной фанерной стенки 8 мм.

Фанерная стенка приклеивается с внутренней стороны поясов.

Верхний и нижний пояса приняты одинакового сечения из вертикальных слоев досок.

Направление волокон рубашки фанеры принимаем продольное (вдоль длины балки).

Требуемую ширину поперечного сечения находим из условия равной прочности и устойчивости растянутого и сжатого поясов при коэффициенте продольного изгиба:

мм,

где мм – расстояние между точками раскрепления верхнего пояса из плоскости;

Рисунок 6.3 – Поперечное сечение клеефанерной балки

Требуемая ширина дощатого пояса балки:

мм,

мм, с учетом стандартных размеров принимаем брусок мм

Таким образом, ширина поперечного сечения балки:

мм,

Требуемая высота пояса балки:

мм,

– коэффициент, учитывающий уменьшение напряжений в поясе за счет включения в работу фанерной стенки;

мм – полная высота балки в сечении;

мм – расстояние между осями поясов в рассматриваемом сечении;

МПа – расчетное сопротивление растяжению древесины 2 сорта, принимаемое согласно табл. 3 п. 5.2 СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции»;

Сечение верхнего и нижнего поясов принимаем одинаковыми с четырехсторонней острожкой их.

Десерты и пироги - Кейтеринг Санкт-Петербург - доставка готовых блюд ООО ссылка.

Расчет деревянных однопролетных опорных балок перекрытия выполняется на прочность, от воздействия расчетных нагрузок и деформацию (прогиб) от воздействия нормативных нагрузок.

С целью упрощения расчетов, можно скачать файла в формате XLSX, см. ниже, для расчета деревянных несущих однопролетных опорных балок (из досок и брусьев).

Для расчета необходимо определиться с шагом балок (расстояние между осями балок) и уйти от так называемого явления "зыбкости" перекрытия. Шаг балок в разных источниках колеблется от 600 до 1040 мм (Линович Л.Е. Расчет и конструирование частей гражданских зданий, 1972 г.; Осипов Л.Г., Сербинович П.П., Красенский В.Е. Гражданские и промышленные здания, часть 1, 1957 г.), но рекомендуемым является шаг - не более 750 мм.

Есть на пример междуэтажное деревянное перекрытие жилого дома. Расстояние между несущими стенами (пролет балки) - 5,0 м, расстояние между осями балок - 0,7 м.

Чертеж 1

Расчет:

1. Определить зону с которой будут собираться нагрузки на балку перекрытия. Она составляет половину расстояния между осями балок с одной и другой стороны от оси рассчитываемой балки. В нашем случае зона сбора нагрузки на балку составит:

0,35 + 0,35 = 0,7 м (см. Чертеж 1)

2. Определить нагрузку от перекрытия передающуюся на балку. Она состоит из собственного веса перекрытия и временной нагрузки на него.

Чертеж 2

Нужно найти вес 1 м 2 каждого слоя (см. Чертеж 2):

- половая доска, толщ. - 0,05 м;
- звукоизоляция, толщ. - 0,1 м;
- вагонка доска, толщ. - 0,02 м.

Вес 1 м 3 древесины для пород: сосна, ель, кедр, пихта (берем с запасом для класса условий эксплуатации 3 (влажный) из таблицы Г.1, свода правил "Деревянные конструкции") - 600 кг.
Вес 1 м 3 звукоизоляции (в зависимости от плотности утеплителя, берем на пример URSA GEO M-15 с плотностью от 14 до 15 кг/м3) - 15 кг.

(600 х 0,05) + (15 х 0,1) + (600 х 0,02) = 43,5 кг/ м 2

3. Определить вес 1 погонного метра балки. Для этого берем предполагаемое сечение несущей балки, на пример 0,12 х 0,2 (h) м, в таком случае вес 1 погонного метра балки составит:

600 х 0,12 х 0,2 = 14,4 кг/м.п.

4. Найти нормативную и расчетную нагрузки от 1 м 2 перекрытия без учета балок перекрытия.

Нормативная нагрузка

Из свода правил "Нагрузки и воздействия":

- временная нормативная нагрузка на междуэтажное перекрытие в жилых зданиях составляет - 1,5 кПа или 150 кг/м 2 ;
- нормативная нагрузка от веса перегородок составляет - 0,75 кПа или 75 кг/м 2 ;
- нормативные значения нагрузок на ригели и плиты перекрытий от веса временных перегородок следует принимать в зависимости от их конструкции, расположения и характера опирания на перекрытия и стены. Указанные нагрузки допускается учитывать как равномерно распределенные добавочные нагрузки, принимая их нормативные значения на основании расчета для предполагаемых схем размещения перегородок, но не менее 0,5 кПа или - 50 кг/м 2 ). Лучше учесть вес предполагаемых к установке перегородок - 75 кг/м 2 .

Нормативная нагрузка от 1 м 2 перекрытия без учета балок перекрытия составит:

43,5 + 150 + 75 = 268,5 кг/м 2

Расчетная нагрузка

Из свода правил "Нагрузки и воздействия":

- коэффициент надежности по нагрузке для веса строительных конструкций для: бетонные (со средней плотностью свыше 1600 кг/м), железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные - 1,1 (применяем для перекрытия);
- временная нормативная нагрузка на междуэтажное перекрытие в жилых зданиях составляет - 1,5 кПа или 150 кг/м 2 ;
- нормативные значения нагрузок на ригели и плиты перекрытий (в нашем случае деревянное перекрытие) от веса временных перегородок следует принимать в зависимости от их конструкции, расположения и характера опирания на перекрытия и стены. Указанные нагрузки допускается учитывать как равномерно распределенные добавочные нагрузки, принимая их нормативные значения на основании расчета для предполагаемых схем размещения перегородок, но не менее 0,5 кПа. 1,3 - при полном нормативном значении менее 2,0 кПа; если нагрузка на перекрытие 2,0 кПа и более, то 1,2 - при полном нормативном значении нагрузки;
- нормативные значения нагрузок на ригели и плиты перекрытий от веса временных перегородок следует принимать в зависимости от их конструкции, расположения и характера опирания на перекрытия и стены. Указанные нагрузки допускается учитывать как равномерно распределенные добавочные нагрузки, принимая их нормативные значения на основании расчета для предполагаемых схем размещения перегородок, но не менее 0,5 кПа или - 50 кг/м 2 ). Также лучше учесть вес предполагаемых к установке перегородок - 75 кг/м 2 ;
- нормативные значения нагрузок на ригели и плиты перекрытий от веса временных перегородок следует принимать в зависимости от их конструкции, расположения и характера опирания на перекрытия и стены. Указанные нагрузки допускается учитывать как равномерно распределенные добавочные нагрузки, принимая их нормативные значения на основании расчета для предполагаемых схем размещения перегородок, но не менее 0,5 кПа. 1,3 - при полном нормативном значении менее 2,0 кПа; если нагрузка на перекрытие 2,0 кПа и более, то 1,2 - при полном нормативном значении нагрузки.

Расчетная нагрузка от 1 м 2 перекрытия без учета балок перекрытия составит:

(43,5 х 1,1) + (150 х 1,3) + (75 х 1,3) = 340,35 кг/м 2

5. Найти нормативную и расчетную нагрузки от 1 м 2 перекрытия с учетом балок перекрытия при ширине сбора нагрузки = 0,7 м.

Нормативная нагрузка

268,5 х 0,7 + 14,4 = 202,35 кг/п.м.

Расчетная нагрузка

Из свода правил "Нагрузки и воздействия":

(340,35 х 0,7) + (14,4 х 1,1) = 254,09 кг/п.м.

6. Определить изгибающий момент балки:

M - изгибающий момент балки, в кгм;
q - расчетная нагрузка на 1 п.м. балки;
l - пролет балки.

(254,09 х 25) / 8 = 794,0 кгм

7. Определить сечение балки (расчет на прочность по расчетным нагрузкам)

Из свода правил "Деревянные конструкции":

- расчетное сопротивление древесины на изгиб - 130 кгс/м 2

Найти момент сопротивления деревянной балки в см 3 , для этого переводим 794,0 кгм (изгибающий момент балки) в кгсм.

794,0 х 100 = 79400 кгсм

Далее находим сам момент сопротивления - W

79400 / 130 = 610,8 см 3

Далее по таблицам 1 (Моменты сопротивления (W) и инерции (J) досок и брусьев) или 2 (Моменты сопротивления (W) и инерции (J) бревен) исходя из полученного расчетом момента сопротивления 610,8 см 3 подобрать сечение балки исходя из принятой до начала расчета высоты балки - 20 см.

Из таблицы 1 для досок и брусьев подходит балка 10 х 20 с моментом сопротивления 667, но лучше взять с запасом следующего с сечения 12 х 20, как и предполагалось . Из таблицы 2 для бревен подходит балка диаметром 20 см с моментом сопротивления 785.

Таблица 1. Моменты сопротивления (W) и инерции (J) досок и брусьев

Таблица 2. Моменты сопротивления (W) и инерции (J) бревен

Применять подобранные балки после расчета на прочность нельзя, т.к. их необходимо проверить еще и на прогиб.

Расчет деформации при изгибе выполняется по нормативным нагрузкам.

1. Перевести полученную ранее нормативную нагрузку на 1 п.м. балки при ширине сбора нагрузки 0,7 м - 202,35 кг/п.м в кгс/см

202,35 / 100 = 2,024 кгс/см

и пролет балки - 5 м в см

5 х 100 = 500 см

2. Вычислить прогиб балки

f - прогиб балки, в см;
q - нормативная нагрузка на 1 п.м. балки;
l - пролет балки;
E - модуль упругости древесины вдоль волокон - 100000;
J - момент инерции балки из таблицы 1 (в нашем случае берем значение 8000 для подобранной балки 12 х 20 (h)).

(5 / 384) х ((2,024 х 500 4 ) / (100000 х 8000)) = 2,06 см

3. Найти предельный прогиб для нашей балки пролетом 500 см

Из старого свода правил "Деревянные конструкции" (не действующий) см. табл. 3:

- предельный прогиб в долях пролета для балок междуэтажных перекрытий - 1/250.

Таблица 3. Предельные прогибы в долях пролета

Сейчас есть эстетическо-психологические требования к прогибам деревянных балок в своде правил "Нагрузки и воздействия", но они менее требовательны, так что лучше пользоваться данной таблицей.

500 / 250 = 2 см (предельный прогиб для нашей балки)

4. Сравнить полученный предельный прогиб балки с предельным расчетным прогибом.

У нас прогиб получился больше 2 см, а именно - 2,06 см, значит увеличиваем сечение балки до 15 х 20.

Снова находим момент инерции, только в формулу уже подставляем из таблицы момент инерции для балки, сечением 15 х 20 (h) - 10000.
Также подствляем в формулу нормативную нагрузку, переведенную в кгс/см с учетом веса балки 0,15 х 0,2:

Вес балки - 600 х 0,15 х 0,2 = 18,0 кг/м.п.

Нормативная нагрузка - 268,5 х 0,7 + 18,0 = 205,95 кг/п.м.

Перевод нормативной нагрузки из кг/п.м в кгс/см – 205,95 / 100 = 2,06 кгс/см.

Подставляем полученные данные в формулу

(5 / 384) х ((2,06 х 500 4 ) / (100000 х 10000)) = 1,68 см

Это меньше допустимого прогиба - 2,0, значит берем балку длиной 5 м, сечением 15 х 20.

Таким образом, после выполненных расчетов деревянной балки на прочность и на прогиб от воздействия нагрузок, применяем в конструкции перекрытия деревянные балки длиной 5 м, сечением 15 х 20 (h), с шагом между осями балок 0,7 м.

Онлайн-калькулятор для расчета балки на прогиб/изгиб и прочность. Расчет деревянных балок перекрытия на прогиб. Подбор сечения балки.

Балка – это элемент строительных несущих конструкций, который широко используется для возведения межэтажных перекрытий. Перекрытия, в свою очередь, предназначены для разделения по высоте смежных помещений, а также принятия статических и динамических нагрузок от находящихся на нем предметов интерьера, оборудования, людей и т.д.

В большинстве случаев, для частного домостроения используются деревянные балки из цельного бруса, отесанного бревна, клееных досок или шпона. Эти материалы, при правильном подборе параметров, способны обеспечить необходимую прочность и жесткость основания, что является залогом долговечности постройки.

Мы предлагаем вам выполнить онлайн расчет балки перекрытия на прочность и изгиб, подобрать её сечение и определить шаг между балками. Также вы получите набор персональных чертежей и 3D-модель для лучшего восприятия возводимой конструкции. Программа учитывает СНиП II-25-80 (СП 64.13330.2011) и другие справочные источники.

Точный и грамотный расчет деревянных балок в сервисе KALK.PRO, позволяет узнать все необходимые параметры для сооружения крепкого перекрытия. Все вычисления бесплатны, есть возможность сохранения рассчитанных данных в формате PDF, плюс доступны схемы и 3D-модель.

Инструкция к калькулятору

Наш сервис предоставляет на выбор два вида расчета однопролетных балок перекрытия. В первом случае, вам предлагается рассчитать сечение балки при известном шаге между ними, во втором случае, вы можете узнать рекомендуемое значение шага между балками при выбранных характеристиках сечения. Разберем работу калькулятора на примере, когда ваша задача заключается в нахождении сечения балки.

Для расчета вам понадобится знать ряд обязательных начальных параметров. В первую очередь это характеристики самой балки:

ширина сечения (толщина), мм;
длина пролета балки (на изображении BLN), м;
вид древесины (сосна, ель, лиственница…);
класс древесины (1/К26, 2/К24, 3/К16);
пропитка (есть, нет).

В случае, если вы не знаете толщину предполагаемой балки, в первом блоке следует выбрать пункт «Известно соотношение высоты сечения балки к её ширине - h/b» и указать значение 1,4. Эта наиболее оптимальная величина, которая получена эмпирическим методом и указывается во многих справочниках.

Затем нужно указать условия, в которых будет эксплуатироваться перекрытие:

температурный режим ( < 35 °C .. >50 °C);
влажностный режим;
присутствуют постоянные повышенные нагрузки или нет.

После этого, сконфигурируйте конструкцию и заполните поля калькулятора:

длина стены дома по внутренней стороне, м;
шаг между балками, см;
полная длина балки (на изображении BFL), м;
нагрузка на балку, кг/м 2 ;
предельный прогиб в долях пролета.

При необходимости впишите стоимость одного кубометра древесины, для того чтобы узнать общую стоимость всех пиломатериалов.

Также, обратим внимание, что обычно шаг балки не делают меньше 0,3 м, так как это нецелесообразно с экономической точки зрения и больше 1,2 м, так как возможен прогиб чернового пола со всеми вытекающими последствиями.

Когда вы нажмете кнопку «Рассчитать», сервис произведет расчет балки онлайн и выведет на экране рекомендуемые значения сечения подобранной балки.

Кроме того, в блоке «Результаты расчета» вы сможете узнать:

параметры балки при расчете на прочность;
параметры балки при расчете на прогиб;
максимальный прогиб балки, см.

Квалифицированный расчет перекрытия по деревянным балкам — залог долговечности сооружения и безопасность для вашей семьи.

Расчет балок перекрытия

Самостоятельный расчет деревянной балки перекрытия – это долгое и нудное занятие, которое обязывает вас знать основы инженерных дисциплин и сопромата. Без определенных навыков и знаний, вручную подобрать материал, рассчитать необходимое сечение или шаг балки – не просто тяжело, а порой и невозможно. Тем не менее, мы попытаемся вам рассказать об основных характеристиках, которые нужны для вычислений и по какому алгоритму работает наш калькулятор.

Виды балок

В настоящее время, деревянные балки, используемые для изготовления перекрытий, можно разделить на два принципиально разных вида:

Исходя из названия становится понятно, что в первом случае, это будет цельный кусок древесины определенного типа сечения (чаще всего это брус на 2 или 4 канта), во втором случае, это клееная балка из досок или шпона LVL.

Несмотря на низкую стоимость, по ряду объективных причин, деревянные балки из цельной древесины в последнее время используются все реже. Качественные показатели этого материала значительно уступают клееному дереву: низкий модуль упругости способствует появлению больших прогибов в середине пролета (особенно это становится заметно при расстоянии между несущими стенами более 4 метров), при высыхании на балках появляются продольные трещины, которые приводят к уменьшению момента инерции прогиба, отсутствие пропитки подвергает древесину воздействиям вредителей и гниения.

Благодаря современным технологиям, клееные балки не имеют подобных недостатков. Их структура однородна и волокна ориентированы по всем направлениям – повышается общая прочность и модуль упругости материала, он получает защиту от растрескивания, а специальная пропитка обеспечивает повышенный уровень пожаробезопасности и устойчивости к влаге. Эти балки разрешено использовать при проемах в 6-9 м и можно рассматривать, как полноценный аналог железному перекрытию.

Подбор сечения балки

Для того чтобы подобрать сечение балки самостоятельно вручную, нужно иметь огромный багаж знаний в сфере сопромата, ведь вам потребуется применять на практике большое количество формул и коэффициентов, поэтому для начинающего мастера это достаточно сложная и не совсем нерациональная задача. Наш калькулятор должен помочь произвести приблизительный расчет деревянного перекрытия и сэкономить значительное количество времени. Однако пользователь должен понимать, что ни одна программа не заменит настоящего специалиста, так как принцип работы сервиса построен на обработке стандартных табличных величин и не может учитывать конкретных ситуаций.

Расчет балок перекрытия из дерева намного проще выполнить с помощью нашего калькулятора. Вам не нужно держать в голове много формул и переживать за неприведенную ошибку!

Расчет балки – Пример

Алгоритм работы программы для расчета балок основывается на СП 64.13330.2011 (Актуализированная редакция СНиП II-25-80). Для большей наглядности, мы разберем расчет однопролетной балки на прогиб и прочность в примере, кратко описывая основные этапы вычисления и формулы.

Длина балки

Расчетная длина балки определяется значением длины пролета и запасом для укладывания их на стену.

Узнать протяженность между пролетами не составляет трудности – с помощью рулетки замерьте расстояние, которые необходимо перекрыть балками, и к полученному числу добавьте величину заделки в «гнезда» равную 300 мм (по 150 мм на сторону) или более.

В случае, когда вы собираетесь крепить балки на специальные металлические крепления, длина пролета будет равна длине балки.

Если ваше помещение имеет неправильную форму, например, 4х5 м, правильнее будет использовать балки меньшей длины, т.е. 4 м, а не 5 м.

Определение расчетной нагрузки

Для того чтобы правильно рассчитать нагрузку на деревянную балку, нужно определить все виды оказываемых воздействий на перекрытие.

Величину нагрузки можно узнать двумя путями: использовать СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия и с его помощью высчитать все необходимые коэффициенты вручную, а затем сложить их, или же можно взять нормативные данные из справочников. Если вы произведете все расчеты правильно, то первый вариант будет более точен, однако никто не застрахован, что при выполнении долгих громоздких вычислений не будет допущена ошибка.

Поэтому для получения приблизительного расчета, целесообразнее взять стандартные величины и применять их в последующих формулах. Согласно справочникам, для межэтажных перекрытий расчетная нагрузка обычно составляет 400 кг/м 2 , а для чердаков – 200 кг/м 2 .

Типовые нагрузки для межэтажных перекрытий - 400 кг/м 2 и чердаков – 200 кг/м 2 применимы не во всех ситуациях. Если подразумевается, что на основание будет воздействовать ненормально большой вес, например, от тяжелого оборудования – необходимо произвести корректировку начальных параметров.

Максимальный изгибающий момент

Изгибающий момент – момент внешних сил относительно нейтральной оси сечения балки или другого твёрдого тела, иначе простыми словами, это произведение силы на плечо.

Максимальный изгибающий момент, соответственно, принимает наибольшее значение, которое может выдержать данное тело без нарушения целостности.

Если на балку будет действовать равномерно распределенная нагрузка (в калькуляторе реализован именно этот случай), то значение максимального изгибающего момента будет равно:

Изгибающий момент (формула): M_max = q × l 2 / 8

q – величина нагрузки на перекрытие;
l – величина пролета перекрытия.

Требуемый момент сопротивления

Момент сопротивления – это способность материала оказывать сопротивления к изгибу, растяжению или сжатию. Для того чтобы определить это значение для деревянной балки, нужно воспользоваться готовой формулой:

Требуемый момент сопротивления (формула): W_треб = М_max / R

М_max – величина максимального изгибающего момента;
R – величина расчетного сопротивления древесины.

Отдельно нужно рассказать о величине R. Она имеет целый ряд поправочных коэффициентов, которые нужно учитывать при расчете балки, если вы хотите получить максимально точный результат. Полная формула выглядит так:

Расчетное сопротивление древесины (формула): R = R_и × m_п × m_д × m_т × m_a × γ_сc × …

R_и – расчетное сопротивление древесины изгибу, подбираемое в зависимости от расчетных значений для сосны, ели и лиственницы при влажности 12% согласно СП 64.13330.2011;
m_п – коэффициент перехода для других пород древесины;
m_д – поправочный коэффициент принимаемый в случае, когда постоянные и временный длительные нагрузки превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок;
m_т – температурный коэффициент;
m_a – коэффициент принимаемый в случае, когда дерево подвергается пропитке антипиренами;
γ_сc – коэффициент срока службы древесины.
. – существуют другие менее важные коэффициенты, однако при расчетах они практически не используются, так как величина поправки слишком незначительна.

Получается, что по сути, величина R это произведение расчетного сопротивления древесины изгибу и различных поправок. В большинстве случаев для получения ориентировочного результата, эти поправки не учитываются, а значение R принимается равным R_и.

Момент сопротивления балки перекрытия

В зависимости от формы сечения балки (квадрат, прямоугольник, круг, овал…) формулы нахождения фактического момента сопротивления будут отличаться. В наших калькуляторах применяются только два типа профиля: прямоугольный и тесаное бревно. Мы продолжим разбирать алгоритм на примере прямоугольного сечения:

Момент сопротивления балки (формула): W = b × h 2 /6

Расчет балки на прочность

Для того чтобы определить подходит балка по прочности или нет, нужно чтобы момент сопротивления балки перекрытия (W), равнялся или был больше требуемого момента (W_треб ):

W_треб ≤ W

Но вычислить реальный момент сопротивления балки перекрытия мы не можем, так как не известна ее высота. В этом случае нужно или воспользоваться перебором сечений, исходя из условия, что наиболее оптимальное соотношение высоты к ширине 1,4:1, или же просто принять W = W_треб, в силу того, что мы не нарушаем условий заданной формулы. Также, после этих манипуляций станет известен параметр h.

Онлайн калькулятор KALK.PRO расчета балки на прочность оперативно вычислит нужное сечение, чтобы перекрытие выдержало расчетную нагрузку БЫСТРО и БЕСПЛАТНО.

Расчет балки на прогиб (изгиб)

Методика определения прогиба балки значительно проще. При распределенной нагрузке, применяется формула:

Прогиб балки (формула): f = (5 × q × l 4 ) / (384 × E × I)

q – величина нагрузки на перекрытие;
l – величина пролета перекрытия;
E – модуль упругости;
I – момент инерции.

Первые два параметра нам известны, модуль упругости для древесины обычно принимается равным 100 000 кгс/м², хотя это и не всегда так, а момент инерции, в зависимости от формы сечения, рассчитывается по разным формулам. Для прямоугольника:

Момент инерции (формула): I = b × h 3 /12

Собирая все в кучу, мы получим итоговую формулу расчета прогиба балки:

Прогиб балки (итоговая формула): f = (5 × q × l 4 ) / (384 × E × (b × h 3 / 12))

После того, как вы получите искомое значение, нужно сравнить его с величиной допустимого (предельного) прогиба балки в долях от пролета. Этот параметр устанавливается СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»:

Элементы конструкций

Максимальный прогиб балки, не более

1. Балки междуэтажных перекрытий

2. Балки чердачных перекрытий

3. Перекрытия при наличии стяжки/штукатурки

Например, для межэтажных перекрытий при длине пролета равной 400 см мы получим условие – 400/250, т.е. предельно возможный изгиб в данной ситуации 1,6 см.

Если ваше значение f превышает его, необходимо изменять сечение балки в большую сторону, до тех пор, пока оно не станет меньше величины предельного прогиба.

Наш калькулятор прогиба деревянной балки сам подберет нужные параметры сечения и избавит вас от сложных громоздких вычислений.

Конечные параметры балки

После того, как вы подберете сечение при расчете на прочность и прогиб/изгиб, можно будет определить минимально допустимые параметры балки.

Предположим, что при расчете на прочность вы получили сечение – 165х150 мм, а при расчете на прогиб – 239х150 мм. Очевидно, что в подобной ситуации следует выбирать наибольшую величину, то есть значение на прогиб, поскольку если вы сделаете ровно наоборот, перекрытие выдержит нагрузку, но очень сильно деформируется и ни о каком ровном потолке не может быть и речи.

В результате расчета несущей способности деревянной балки, мы используем сечение равное 239х150 мм, но тут сталкиваемся с очередной проблемой – балок такого размера серийно никто не производит. В этом случае нужно производить округление обязательно в большую сторону, обычно кратно 50 мм, т.е. нам подойдет балка 250х150 мм. В некоторых ситуациях, можно обратиться к ГОСТ 24454-06, в нем указаны все типовые размеры материалов.

Расчет балки онлайн без знания сопромата – одно из главных преимуществ сервиса KALK.PRO.

Методика расчета балок перекрытия из клееного бруса и отесанного бревна

Технология расчета балок перекрытия из клееного бруса практически не отличается от изделий из цельной древесины. Все этапы работы с калькулятором совпадают и никакие дополнительные коэффициенты вводить не нужно, но при самостоятельном вычислении в формулу нахождения величины расчетного сопротивления (R), нужно будет добавить дополнительный коэффициент k_w , который учитывает форму и размер поперечного сечения.

Например, для прямоугольных клееных балок принимаются следующие поправки:

Читайте также: