Разнообразие видов балок и практические советы по их применению

Балка — это композитный линейный компонент несущей системы, с поддержками как минимум в двух точках (поддерживается на обоих концах) и функционирующий на изгибе. Использование балок прежде всего направлено на равномерное распределение весовой нагрузки по всей структуре.

Расчет прочности балки при работе на изгиб

Для расчета прочности балки на прогиб (то есть определение веса, который данный элемент несущей конструкции способен выдерживать без появления деформаций и иных ведущих к разрушению конструкции факторов) требуется учитывать целый ряд факторов, основными из которых являются:

• Длина балки. Чем короче балка, тем большую нагрузку она способна выдержать.
• Материал, из которого изготовлена балка. Сталь является наиболее прочным материалом.
• Поперечное сечение балки (площадь и форма). Чем больше площадь, тем больше допустима нагрузка на изгиб.
• Способ закрепления балки в несущей конструкции. Во многом зависит от формы сечения. Балка двутавровая крепится наиболее прочно.

Для расчета максимальной нагрузки на изгиб используют формулы сопромата. Для упрощения процесса можно использовать онлайн-калькулятор, позволяющий получить достаточно точное значение на основании введенных данных.

Виды балок перекрытия – преимущества и недостатки

Деревянные балки

Их чаще всего выбирают в качестве перекрытий в домах из дерева, бруса, в кирпичных домах и домах, построенных из газосиликатных блоков для мансардных перекрытий, а также в случаях, если хотят сэкономить на материалах, либо если мощность фундамента не рассчитана на тяжелые перекрытия между этажами, а также при нестабильных грунтах на участке.

Основной материал, используемый для балок подобной вариации – древесина лиственной и хвойной породы, тщательно просушенная и прошедшая специальную обработку, что позволяет улучшить её эксплуатационные и технические параметры. Подобное балочное перекрытие включает в себя непосредственно сами балки, утеплитель, накат и пол.

Преимущества:

• удобство и простота монтажа;
• приемлемая стоимость;
• незначительный вес изделия.

Недостатки:

• высокий уровень огнеопасности;
• подверженность поражению жуком-короедом;
• возможное гниение конструкции с течением времени;
• конструкция перекрытия по деревянным балкам применяется только до четвертого этажа.

С целью упрощения расчета деревянной балки и выбора для нее сечений и шага мы приводим таблицу, которая поможет определиться с предварительным выбором сечений для однопролетных деревянных балок. Вам остается только собрать нормативные нагрузки:

При монтаже деревянные балки перекрытия укладываются на поперечные опоры, которыми может служить дополнительный брус, либо армопояс, залитый по периметру кладки стены. Поперечные опоры служат для равномерного распределения нагрузки на стены, и далее на фундамент дома. Части балок, укладываемые на стены, оборачиваются гидроизоляционным материалом. Обычно используют рубероид, при этом торцы не изолируют, что позволяет балке «дышать».

Самое главное при выборе материала для перекрытий по деревянным балкам — внимательно подбирать качественную древесину без трещин, повреждений, хорошо высушенную, с пропиткой от возгорания и гнили, а также с подходящим для постройки расчетным сечением балок.

В частном строительстве частая практика — использование монолитных бетонных перекрытий, либо других видов наиболее прочных перекрытий на нижних этажах постройки, и одновременное использование балочных перекрытий на более высоких этажах — например, мансарде. Делается это с целью облегчения общих нагрузок на фундамент.

Стальные балки

Металлические балки перекрытия выполнены из высокопрочного стального сплава по технологии горячего или холодного катания. Конструктивно представлены в виде двутавра, швеллера или уголка, при этом двутавровые балки имеют наибольшую востребованность и популярность. Укладка возможна, как «плашмя», так и на ребро.

Преимущества:

• допустимы пролеты большей длины, нежели при использовании балок из дерева;
• стойкость к воздействиям биологического характера и гниению;
• огнеустойчивость.

Недостатки:

• высокая цена;
• возможно образование коррозии;
• низкие звуко- и теплоизоляционные параметры;
• для монтажа требуется специальная техника.

Железобетонные балки

Железобетонные балки перекрытия – оптимальный вариант для крупномасштабного строительства, способный выдержать даже существенные внешние нагрузки при большой длине обустраиваемого пролёта. Нагрузочные параметры представлены на очень высоком уровне.

Преимущества:

• отсутствие прогибов;
• повышенная несущая способность;
• формирование длинных пролётов с различными формами.

Недостатки:

• сложность монтажа;
• потребность задействования специализированной техники.

Комбинированные балки

Комбинированная балка выполнена на основе сразу нескольких материалов, например, дерева и ОСП. Их использование распространено в частном строительстве при создании каркасных домов. Изделия могут иметь различную форму, но наибольшую распространённость имеет комбинированная двутавровая балка, способная эффективно сопротивляться разного рода внешним нагрузкам, выдерживая даже значительные напряжения.

Преимущества:

• отличные прочностные данные;
• стойкость к деформированию;
• незначительный вес.

Недостатки:

• высокая цена;
• неудобство утепления плитным материалом.

Рекомендации при выборе строительных балок и возведении конструкций

• Основным фактором при выборе балки для возведения несущей конструкции является расчет веса максимальной нагрузки при воздействии поперечных вертикальных сил. Однако, в районах с нестабильными климатическими условиями и высокой степенью сейсмологической опасности необходимо произвести расчет действия поперечных горизонтальных сил.
• Профили двутавра могут иметь в маркировке следующие буквы: Б, Ш, К. Расшифровка: Б – стандартная, Ш – широкополочная и К – колонная двутавровая балка соответственно.

Выбрать оптимальные профили балки при строительстве – обеспечить долговечность и надежность конструкции!

Технические характеристики – как не ошибиться при выборе

Деревянные балки эффективны при закрытии пролёта в 2,5-4 м. Максимальная длина – 6 м, при большей протяжённости не обойтись без монтажа опорных колонн или иных конструкций.

Крепление стропил к балкам перекрытия из дерева осуществляется посредством стальных пластин, уголков и скользящих опор. При определении сечения за стандарт принимают общую нагрузку в 350-400 кг/м2 для перестраховки. Оптимальное соотношение высоты и ширины изделия 1,4:1. Необходимая длина деревянных балок перекрытия определяется размерами того пролета, который они будут перекрывать, дополнительно нужно учесть размеры заступов на стену — не менее 12 см, для бруса — не менее 15 см.

Ширина доски для балки варьируется в пределах 4-20 см, высота 10-30 см, диаметр брёвен может достигать 11-30 см. В зависимости от габаритов балки, шаг укладки составляет 0,3-1,2 м (как правило, 0,6-1 м).

Расстояние между балками перекрытия из металла колеблется в пределах 1-1,2 м. Номер (размер) балки при нагрузке в 400 кг/м2 выбирается исходя из длины обустраиваемого пролёта и шага укладки. Так, при пролёте в 6 м и шаге 1-1,2 м оптимален 20 двутавр (высота 20, ширина 10 см); пролёт 4 м, шаг 1-1,2 м — №12 (высота 12, ширина 6,4 см); пролёт 3 м, шаг 1-1,2 м — №10 (высота 10, ширина 5,5 см).

Современная бетонная балка перекрытия способна закрыть проём длиной в 3-7,5 м, а укладка проводится с шагом в 1-1,5 м. Минимальная высота элемента составляет 1/20 часть длины пролёта, ширина рассчитывается исходя из пропорции 5:7 (5 — ширина, 7 — высота).

Размеры балок перекрытия комбинированного типа могут быть самыми разными. Для серии W наибольшая длина составляет 6 м, категория L предусматривает длину до 13,5 м. Основное отличие между группами заключается в типе бруса. В первом случае это струганое изделие, прошедшее камерную сушку, во втором — клееные балки перекрытия, соединённые из отдельных элементов посредством особой технологии, что придаёт итоговому продукту повышенную жёсткость, прочность и надёжность.

Опорные элементы

В качестве несущих изделий обычно используются деревянные брусья или бревна с определенным сечением. Однако конечный выбор линейных размеров в основном зависит от эксплуатационных условий.

Несущая способность деревянной балки должна подбираться с учетом не только вертикальной весовой нагрузки. Следует также брать в расчет горизонтальные поперечные силы, к которым можно отнести, например, ветровое воздействие.

Выбор сечения

Прежде чем начнется укладка элементов, необходимо определиться с основными размерами. Выбор конкретного сечения оказывает непосредственное влияние на шаг инсталляции. Специальная таблица поможет в выборе продукции.

Внимание! При необходимости можно делать полы по деревянным балкам без дополнительной установки лаг. В этом случае расстояние между элементами не рекомендуется делать более 1 м.

Изготовление двутавровой конструкции

В случае необходимости сооружается деревянная балка своими руками, что приводит к экономии денежных ресурсов. При правильном подходе можно добиться максимально точных размеров. Подобное изделие может применяться для устройства межэтажных перекрытий.

При проведении работ понадобятся бруски сечением 35×25 мм и листы ОСП. При помощи электрической пилы или любого другого подходящего инструмента в центре отобранных пиломатериалов делается специальная выборка. В нее наносится специальный клей, после чего вставляется обрезок древесной плиты нужной ширины.

Полученное изделие стягивается гидравлическим прессом на определенное время. Период ожидания зависит от типа применяемого клея. В качестве сдавливающего приспособления могут использоваться специальные ремни и карабины. Такой способ сдавливания может считаться не менее эффективным.

При изготовлении вместо ОСП может применяться даже лист металла. Таким образом, получается деревянно металлическая балка.

Работы по установке

После того как были сделаны самостоятельно или приобретены готовые изделия, можно приступать к процессу монтажа. Элементы можно укладывать непосредственно на стены строения путем врезки или устанавливать при помощи специальных крепежей.

Специальная инструкция поможет осуществить работы без существенных ошибок.

1. Сначала выполняется разметка. При помощи простого карандаша чертятся линии, по которым будут выставляться балки.
2. Готовые элементы отрезаются по размеру. В качестве режущего инструмента можно использовать циркулярную пилу.
3. После этого изделия укладываются по меткам и фиксируются при помощи специальных крепежей или обычных гвоздей.

Важно! Если устраивается пол первого этажа по деревянным балкам, то должен в обязательном порядке укладываться черновой настил и осуществляться теплоизоляция перекрытия.

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.

Классификация и маркировка стальных элементов

Классификация конструкций из стали проводится и имеет свой буквенно-цифровой шифр. Такое кодирование позволяет проводить необходимую классификацию и учитывать нужные по параметрам элементы в строительстве еще на этапе разработки проектно-сметной документации.

Основой для такого вида классификации являются официально утвержденные государственные стандарты и технические условия, по которым классифицируются все виды балок, независимо от материала изготовления или производителя.

Так, в маркировке стальных двутавровых профилей, кроме указания их размеров, а высота может быть от 100 мм до 1000, указывается и буквенный шифр, в котором указывается, например, размеры граней полок:

• «Б» — означает, что изделие имеет нормальную ширину параллельных граней;
• «Ш» — указывает, что полки имеют увеличенную ширину и относятся по классификации к «широкополочным» выдам продукции;
• «К» — говорит, что такой профиль может быть использован в качестве колонной опоры.

Виды и классификация

Железобетонные балки перекрытий отличаются друг от друга в зависимости от шага колонн, ширины пролета и типа строения. В связи с этим элементы различаются:

1. Формой поперечного сечения;
2. Конструктивными особенностями (бывают одно — двухскатными и с горизонтальными поясами);
3. Назначением;
4. Габаритами.

По форме сборные железобетонные прогоны перекрытия бывают:

1. Трапециевидными;
2. Прямоугольными;
3. Тавровыми;
4. Двутавровыми;
5. С L — образным сечением.

Чаще в строительстве применяются межэтажные балки перекрытия таврового сечения, которые способствуют равномерному распределению нагрузок и формированию ровной плоскости пола. При больших пролетах предусматривают дополнительную опору.

Железобетонные строительные элементы имеют разное назначение:

1. Элементы для фундамента (фундаментные балки).
2. Изделия для устройства кровли.
3. Формирование пролетов на промышленных предприятиях подкрановых путей.
4. При строительстве промышленных объектов, а также в крупнопанельном строительстве зданий жилого назначения, для опоры ЖБ плит перекрытия используют высокопрочные балки двутаврового сечения.
5. При обвязке бетонной конструкции применяют специальные железобетонные балки для устройства перемычек над оконными и дверными проемами.

ЖБ балки отличаются способом производства и бывают: сборными (изготовленными в заводских условиях), монолитными и сборно-монолитными.

Какие виды балок существуют?

Существует несколько видов балок, которые могут быть использованы в строительстве:

1. Деревянные балки: это наиболее распространенный вид балок. Они могут быть изготовлены из различных пород дерева, таких как сосна, ель, дуб и другие. Деревянные балки могут использоваться для создания перекрытий, каркасов и других конструкций.

2. Железобетонные балки: они изготавливаются из железобетона и применяются для создания прочных и долговечных конструкций. Железобетонные балки могут быть различной формы и размера.

3. Стальные балки: они изготавливаются из стали и используются для создания конструкций с высокой нагрузкой. Стальные балки могут быть различной формы и размера.

4. Композитные балки: они изготавливаются из смеси различных материалов, например, стекловолокна и смолы. Композитные балки имеют высокую прочность и легкие вес, что делает их идеальными для использования в местах, где важна минимальная нагрузка.

5. Лучевые балки: это специальные конструкции, состоящие из нескольких балок, скрепленных между собой и образующих луч. Лучевые балки применяются в строительстве для создания конструкций, например, для создания потолочных перекрытий или деревянных каркасов.

6. Полимербетонные балки: они представляют собой композитный материал, состоящий из полимерной смолы и наполнителя, обычно гравия или песка. Полимербетонные балки имеют высокую прочность, устойчивы к коррозии и могут использоваться в различных условиях эксплуатации.

Видео. Активизация познавательной деятельности обучающихся посредством интегрированного обучения