Двутавровые деревянные балки для перекрытий: виды, преимущества и сфера применения

Отечественное домостроение с давних времен ориентируется на применение крупных и тяжеловесных элементов каркаса, благодаря которым сооружаются прочные и надежные конструкции с высокой несущей способностью. Однако в условиях современного рынка с учетом стремления потребителей к сокращению финансовых ресурсов при строительстве ситуация изменилась в обратную сторону. Этот процесс, в частности, иллюстрирует распространение двутавровых деревянных балок для перекрытий, которые в Канаде и Северной Америке используются для сооружения модульно-каркасных домов.

Концепция

Замена капитальных твердотельных и выносливых конструкций дает множество преимуществ, в числе которых расширение возможностей строительства верхних частей сооружения. Именно эти функции обеспечивает двутавровая система, объединяющая в себе жесткость монолитных балок и функциональность облегченных строительных ферм. Классические цельные бревна нерационально использовать на верхнем этаже, поскольку они перегружают базовый несущий каркас. В свою очередь, двутавровые деревянные балки для перекрытий формируют достаточную конструкционную поддержку, но не снижают качество выполнения первостепенных задач. Аналогию при сравнении железобетонных или монолитных деревянных конструкций с элементами модульно-каркасных сооружений можно взять из примера арматурных стержней. Обычные толстые металлические прутья успешно заменяются тонкими легкими изделиями из стеклопластика, в которых при этом сохраняются те же прочностные характеристики.

Как элемент перекрытия

Для начала нужно разобраться с техническими особенностями перекрытия в частных домах. Это конструкция, представляющая собой горизонтально расположенный элемент плиточной формы, который выполняет ограждающую или удерживающую несущую функцию. В обычных одноэтажных домах или коттеджах перекрытие выступает своего рода перегородкой, по высотному уровню отделяющей первый этаж от чердачного помещения или мансарды. Поэтому стоит изначально рассматривать деревянные двутавровые балки в перекрытиях и стропильных системах как элемент с двусторонним функционалом. В зависимости от обустройства крыши, на двутавровые балки могут оказывать давление и опорные стойки от кровельного покрытия. Что касается конструкции самого перекрытия, то базовый ее скелет составят ребра жесткости, которые будут направляться по мауэрлату от одной стены до противоположной. То есть двутавровые балки сформируют силовой каркас уже для монтажа менее ответственных и по большей части декоративных элементов конструкции, например, обшивки из древесно-стружечных материалов.

Устройство

Сразу надо отметить, что принципы и технология изготовления строительной двутавровой балки формировались долгое время, и в середине 20 века сборка осуществлялась на основе тех же монолитных брусков и промежуточной разделяющей планки. Однако способ компоновки принципиально не изменился. Это та же система, которая складывается из центральной стенки и двух силовых перекладин. Сегодня же двутавровая деревянная ригель-балка для устройства перекрытий изготавливается из ориентированно-стружечной OSB-панели и LVL-брусков (клееный брус). С одной стороны, высокие технико-эксплуатационные качества двутавра обеспечиваются уникальным сочетанием физических свойств двух современных материалов, а с другой – самой компоновкой, в которой оптимизируется несущая способность с сохранением оптимальных размерных и весовых показателей, что также исключает перегрузки относительно каркаса здания.

Эксплуатационные особенности перекрытия

Практика перехода от цельных мерных балок и конструкций перекрытия к оптимизированной технологии двутавровой балки демонстрирует следующие конструкционные особенности сооружения:

• Практически отсутствуют ограничения по креплению уже упомянутой обшивки к ребрам двутавра. Посредством механического жесткого крепежа или путем приклеивания к несущему скелету можно фиксировать ДСП, МДФ, фанеру и даже ламинированные панели при необходимости.
• Балки на высоте даже без дополнительной поддержки за счет сложной и неоднородной структуры обеспечивают необходимую жесткость перекрытия, достаточную для исключения вероятности прогиба.
• Применением напольных черновых покрытий толщиной не менее 2 см можно существенно повысить жесткость двутавровых деревянных балок. Для межэтажных перекрытий или при отделении мансарды это особенно важно, так как на верхний уровень будут оказываться более высокие нагрузки.
• Многое по-прежнему будет определяться способом монтажа и, в частности, типом крепежных материалов. Но в этой части стоит подчеркнуть, что производители расширяют ассортимент модифицированных балок с замковыми соединениями и пазовыми крепежами, которые в принципе позволяют обходиться без строительного клея, скоб, перемычек и метизов при выполнении монтажа.
• Применение вспомогательных распорок и блокировок при наложении потолков без силовой обвязки позволяет минимизировать вибрации пола, снижая также и риски возникновения скрипов.

Разновидности

Деревянные балки такого типа в основном разделяют по признаку типоразмера. Но существуют как определенные унифицированные форматы выпуска, так и изделия, которые рассчитываются индивидуально под конкретные условия применения. В обоих случаях отмечаются размерные диапазоны, в которых условно выделяются следующие виды двутавровых деревянных балок для перекрытий:

• Модели для коротких пролетов. Высота балки составляет 240-300 мм, а максимальная ширина достигает 38-40 мм. Подходят в качестве модульного элемента в перекрытиях для небольших загородных строений.
• Универсальные балки для коммерческих и жилых домов. В данном случае высота может достигать 400 мм, а толщина – 64 мм. Расширение монтажной зоны за счет увеличения размера брусков дает больше возможностей для укладки черновых покрытий.
• Массивные балки для каркасов, испытывающих высокую нагрузку. Высота достигает 450 мм, а толщина – 90 мм. Такие элементы преимущественно используются в промышленных и коммерческих объектах, где в принципе допускается использование древесины в несущих конструкциях. Что касается частного сектора, то в таких проектах подобные балки могут задействоваться как стержни стропильной системы крыши или мауэрлаты.

Определение нагрузки на балки перекрытия

Главная задача проектировщика на этапе разработки схемы перекрытия заключается в оценке потенциальной нагрузки на несущие элементы. От нее следует отталкиваться при подборе двутавровых деревянных балок для перекрытий по размерам. Также важно определить шаг в расстановке ребер жесткости. Например, постоянная статическая нагрузка, которая предполагается на чердаке, составляет 50 кг. Для запаса на динамическую нагрузку базовая величина умножается на коэффициент от 1,3 до 1,5 в зависимости от типа нагрузок. Так, на выходе может получиться 75 кг. Этот показатель учитывает собственную нагрузку перекрытия, но в зависимости от объектов, которые будут размещаться на чердаке, эта величина может повышаться в несколько раз. К ней стоит добавить и вес от вспомогательных усиливающих и теплоизоляционных материалов.

Расчет двутавровых деревянных балок для перекрытия

В первую очередь надо подчеркнуть, что каждая балка получает на выпуске своего рода паспорт, в котором указываются все основные физико-технические характеристики с допустимой весовой нагрузкой. Даже при условии соответствия этих параметров у разных элементов нагрузочная мощность может быть разной, так как на нее влияют и другие факторы – от породы древесины до технологии изготовления. Стандартный расчет двутавровых деревянных балок для перекрытия производится по высоте и ширине – показатели, которые варьируются от 100 до 450 мм и от 30 до 90 мм соответственно. При этом высота подбирается на основе предполагаемого слоя утеплителя и планируемой прокладки коммуникационных каналов. Даже минимальной величины в 100-200 мм достаточно, чтобы группа ребер жесткости выдерживала нагрузку в 200-250 кг. При необходимости недостаток мощности балки можно компенсировать частотой ее расположения – отступы варьируются от 0,5 до 1,5 м.

Самостоятельное изготовление

В изготовлении балки двутавра нет ничего сложного. Материалы типа OSB-плиты и клееного бруса сегодня доступны на рынке в разных форматах. Что требуется от исполнителя в ходе монтажа? Только умелое обращение с инструментом и выверенный расчет геометрии элементов. Плита подходящей ширины устанавливается с двух сторон в подготовленные пазы двух брусков по всей длине. Собственно, основная задача сводится к формированию этих пазов. Это можно сделать электролобзиком и стамеской подходящего формата. Что касается крепления, то двутавровые деревянные балки для перекрытий удерживаются и прессуются собственным весом при эксплуатации, поэтому специального физического крепежа не потребуется. Достаточно клея для фиксации OSB-плиты в пазах на время производства монтажных мероприятий.

Технология установки

Могут быть разные конфигурации монтажа, которые различаются по материалу основы, способу примыкания и требованиям к нагрузке. Так, в качестве основы могут выступать кирпичные стены, деревянные элементы, бетонные плиты и металлические конструкции. В каждом случае монтаж деревянных двутавровых балок для перекрытия производится с помощью соответствующей крепежной фурнитуры:

• Оцинкованный уголок поможет выполнить обвязку с элементами стропильной системы.
• Примыкание бруса к кирпичу или бетону оформляется металлическим хомутом.
• Продолговатые линии смычки независимо от материала основания (в том числе с переходными участками от кирпича к древесине) выполняются с помощью монтажных металлических лент.
• Ответственные узлы-соединения перекрытия со стенами обеспечиваются стяжными хомутами.

Преимущества технологии

Согласно отзывам специалистов, к достоинствам двутавра можно отнести следующие эксплуатационные факторы:

• Почти идеальная геометрия, что облегчает последующие работы по устройству чернового покрытия.
• Высокая прочность. Жесткость балок из клееного бруса практически исключает изгибающие моменты и деформацию конструкции.
• Широкие возможности совмещения с другими материалами. Подобрав оптимальные размеры двутавровой деревянной балки для перекрытия, можно органично вписать в их нишу теплоизолятор – даже мелкий формат с высотой 250 мм и шириной бруска в 30 мм позволит интегрировать небольшие панели пенополистирола или плиты минваты.
• Высокая звукоизоляция. Опять же, уникальная комбинация составных частей балки позволяет минимизировать вибрации и шумовые воздействия за счет демпфирующего эффекта.

Функциональные возможности

По отзывам, одним из ключевых преимуществ двутавра является то, что он формирует свободное пространство за счет пазов между ребрами жесткости. В них при помощи замыкающих приспособлений удобно прокладывать инженерные сети – трубопроводы, электрическую проводку и другие линии, для которых требуется скрытая проводка. В этом смысле преимущества двутавровых деревянных балок для перекрытий перед обычными монолитными конструкциями будут заключаться в двух моментах. Во-первых, это наличие ниш для удобной установки трассы. Во-вторых, отсутствие ограничений, связанных с контактным примыканием того же электрокабеля или трубы с горячим теплоносителем к поверхностям балки. И плита OSB, и клееный брус в двутавре подвергаются специальной обработке, которая делает возможным подобное сопряжение.

Заключение

Данная технология выгодна как универсальное конструкционное решение в модульно-блочном строительстве домов с разными характеристиками. Это подтверждают и отзывы о двутавровых деревянных балках для перекрытий, в которых отмечается и удобство монтажа, и технико-эксплуатационные достоинства материала. Что касается экономического фактора, то, как отмечают потребители, двутавр в некоторых модификациях действительно стоит дороже обычных балок. Но эту разницу компенсирует снижение затрат на транспортировку и погрузочно-разгрузочные мероприятия, а также высокая долговечность конструкции, не требующей специального техобслуживания.