При строительстве деревянных домов, каркасных построек, деревянных надстроек над капитальными зданиями (мансарда, второй этаж) применяются почти всегда только деревянные балки перекрытий. Это связано как с необходимостью максимально близких физико-технических характеристик всех строительных материалов, так и с соображениями прочности - нет смысла на относительно легкие деревянные или каркасные стены монтировать тяжелые элементы перекрытий.
В современном строительстве используются деревянные балки трех видов:
- цельное или тесаное бревно - сравнительно редко, в основном при создании бревенчатых домов;
- цельный или срощенный брус - наиболее частый вариант, используется обычно именно цельный брус;
- клееные балки с сечением в виде прямоугольника, уголка, тавра или двутавра.
Соответственно, при расчете нагрузочной способности перекрытий, шага балок перекрытия и их сечения необходимо учитывать особенности выбранного материала и знать его характеристики.
Технические условия для деревянных балок перекрытия изложены в ГОСТ 4981-87. Этот документ предусматривает несколько видов балок:
- БЦ0 - балка из цельной древесины без черепных брусков;
- БЦ1 - то же, с одним черепным бруском;
- БЦ2 - то же с двумя черепными брусками;
- БК0 - балка из клееной древесины без черепных брусков;
- БК1 - то же, с одним черепным бруском;
- БК2 - то же с двумя черепными брусками.
Обратите внимание, что ГОСТ рассматривает балки из бруса с прямоугольным сечением, бревно-кругляк рассчитывается по отдельным нормативам.
По иллюстрациям хорошо видно - фактически ГОСТ рассматривает только балки с прямоугольным сечением, уголок и тавр, двутавр в документе не упоминается. Соответственно, и данные о размерах таких изделий, точнее, требования к размерам есть только для этих типов изделий (таблица 1).
Прочностные характеристики для расчетов берутся из СНиП II-25-80 для изделий из цельной древесины, ГОСТ 19414-90 для срощенного бруса и ГОСТ 20850-84 для клееного бруса.
Обычно принимают следующие расчетные сопротивления для древесины сортов 1...3 по таблице 2.
Если вместо хвойной древесины (сосна, ель) используются другие породы дерева, принимают данные из таблицы 3.
Площадь сечения, моменты инерции и сопротивления определяются по формулам из таблицы ниже (для квадратного и прямоугольного бруса).
Есть также уже готовый набор значений для типовых размеров бруса с квадратным сечением.
Таким образом, подставляя в стандартные расчетные формулы данные из таблиц 1...5, можно получить необходимые данные для деревянных балок с прямоугольным или квадратным профилем. Для более сложных сечений расчет вести сложнее, и если для балок типов БЦ и БК данные в ГОСТах есть, то для деревянного двутавра исходную информацию найти трудно - как минимум потому, что каждый производитель изготавливает двутавровые балки по собственным техническим условиям.
Фактически для расчета балки сложного сечения необходимо принимать формулы для вычисления момента инерции и сопротивления по таблице 7.
Полученные из таблиц данные используют для расчета прогиба балки (момент инерции) и для расчета несущей способности (момент сопротивления).
Таким образом, на основании приведенных данных и формул можно определить необходимую площадь сечения балки с простым или сложным профилем, а также ее прогиб. Если выбранное сечение удовлетворяет условиям прочности и обеспечивает прогиб менее допустимой величины, балка полностью подходит для строительства.
