Расчет балок перекрытия — это целая дисциплина в технической механике и строительной инженерии. Известно, что идеальным соотношением сторон для балки прямоугольного сечения есть семь к пяти. На практике же точного совпадения этих величин добиваются крайне редко и пропорция считается довольно условной. Борьба с механическими нагрузками при сохранении минимальных размеров и оптимальной формы балки заставляла в разное время внедрять разные решения, а сегодня мы рассмотрим некоторые, самые интересные из них.
Балки для перекрытия — проблемы и решения
Если останавливаться на пиломатериалах при проектировке дома, тогда вариантов перекрытия остается не так много. Двутавры из металла и балки фундаментные мы в расчет не берем — слишком тяжелые. Балка двутавровая, как наиболее рациональный способ выполнить жесткую конструкцию, выполняется и из дерева, но такая работа имеет смысл, если речь идет о небольшом каркасном строительстве. Из деревянных профилей остаются только окантованные бревна, лес-кругляк и балка прямоугольного сечения.
Теперь остается разобраться в размерах и конфигурациях, ведь не всегда есть возможность или желание выставлять балку напоказ. А это значит, что ее придется зашивать, тем самым уменьшая объем помещения, что не всегда желательно. Балка круглого сечения, как правило, может выдерживать довольно высокие нагрузки и иногда даже большие, чем прямоугольные при той же площади сечения. Только проблема в том, что при этом она будет иметь довольно серьезный прогиб.
Усиленная балка перекрытия
Получается, что плоский потолок к такой конструкции уже не приладить. Хотя при строительстве хозяйственных или каких-либо промышленных помещений такой вариант будет дешевле и практичнее. Ровный потолок там нужен не критично.
Выходит, что при желании спрятать балку под плоским потолком можно только в том случае, если она будет прямоугольного сечения. Даже если ее прочность будет недостаточна, ее всегда можно усилить, но только наращивая в высоту. Правда, до определенного предела, пока она не начнет изгибаться по длине. Сам собой напрашивается ответ — можно же взять не одну, а две балки и уложить их рядом или в высоту, что, в общем-то одно и то же. Как вариант, возможно. Но если бы не было одной конструкции, которая появилась в 1932 году.
Конструкция составной балки, предложенная В. С. Деревягиным
Все гениальное просто, и это подтверждает конструкция балки перекрытия Деревягина, которую он представил в 30-х годах прошлого века. Эта простая схема способна в четыре раза увеличить прочность балки на изгиб, по сравнению с цельной балкой такого же сечения. Конструкция работает следующим образом.
Мы уже упоминали о том, что при укладывании балки одну на другую ее несущая способность возрастает. Безусловно, но это не есть прогрессивное решение, и вот почему. Обе балки, расположенные одна над другой, будут работать отдельно, как две конструктивные единицы, передавая нагрузку друг другу. И верхняя и нижняя балки неизбежно будут прогибаться, при этом радиус кривизны у них будет разным при одинаковой длине. То есть балки работают по принципу рессоры, что нежелательно, если мы хотим добиться жесткости конструкции и неподвижности концов каждой из балок.
Напрашивается еще одно решение — ликвидировать смещение балок друг относительно друга, тогда можно получить конструкцию гораздо жестче. При этом, если найти способ, как закрепить балки между собой без ущерба прочности, мы добьемся стабильности обеих балок. И еще было бы хорошо, чтобы добиться этого, не прибегая к космическим технологиям и не применяя других материалов, кроме тех, которые есть в наличии, а именно — пиломатериала.
Балка на пластинчатых нагелях
Теоретически, нет ничего проще. Но если спроецировать ситуацию на реальные условия использования самого обычного квадратного бруса со стороной сечения 15 см, то для получения двойной жесткости будет необходим брус с высотой сечения 30 см. Едва ли можно без проблем отыскать такой материал в нужном количестве. Эту проблему решил В.С. Деревягин.
Простота конструкции показана на чертеже, где балках выбраны ниши под нагели. Нагели тоже представляют собой деревянные шпонки, но ориентация волокон у них перпендикулярна волокнам бруса. Если посадить обе балки на пластинчатые нагели, в результате мы получим цельный фактически брус с необходимой высотой сечения. Смещение балок друг относительно друга полностью исключается. Изготовить такую балку совсем несложно и для этого не нужны особенные приспособления. Причем заменить деревянные нагели можно несколькими способами.
Доступные способы изготовления
Способов можно найти несколько:
- Клеевой метод. Для этого необходимо усадить обе балки на клей. Такой метод едва ли будет интересен для использования в домашних условиях из-за сложности процесса склейки.
- Резьбовой метод. Можно через равное расстояние стягивать балки металлической резьбовой шпилькой. Из минусов такого способа — дороговизна и трудоемкость.
- Шпоночный метод. Вместо пластинок, работающих на изгиб, можно использовать шпонки круглого сечения из дерева, которые можно изготовить самому и которые не будут стоить практически ничего. А круглое отверстие всегда проще просверлить, чем вырезать прямоугольное.
Практичное и недорогое решение того, как сделать балку Деревягина, уже в ваших руках. Осталось сопоставить свои технические возможности с имеющимся материалом, и перекрытие получит надежные и недорогие конструкционные элементы, стойкие к высоким нагрузкам.
